智能家居系统的软件设计开题报告 - 图文

毕业设计

开 题 报 告

课 题 名 称 智能家居系统的软件设计

院 系 机电与自动化学院

专 业 班 电气1204班

姓 名

评 分

指 导 教 师

武 昌 首 义 学 院

毕业设计开题报告撰写要求

1.开题报告的主要内容 1）课题设计的目的和意义； 2）主要参考文献综述； 3）课题设计的主要内容； 4）设计方案； 5）实施计划。

6）主要参考文献：不少于5篇，其中外文文献不少于1篇。 2．撰写开题报告时，所选课题的课题名称不得多于25个汉字，课题研究份量要适当， 研究内容中必须有自己的见解和观点。

3.开题报告的字数不少于3000字（艺术类专业不少于2000字），其中，主要参考文献综述字数不得少于1000字，开题报告的格式按学校《本科毕业设计/论文撰写规范》的要求撰写。

4. 指导教师和责任单位必须审查签字。

5．开题报告单独装订，本附件为封面，后续表格请从网上下载并用A4纸打印后填写。

6. 此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在院（系）在此基础上提出调整方案，报学校审批后执行。

武昌首义学院本科生毕业设计开题报告

学 生 姓 名 院（系） 课题名称 机 电 学 号 指导教师 专业班级 职称 电气1204班 智能家居系统的软件设计 1. 课题设计的目的和意义 1.1 课题设计的目的 物联网正成为继互联网革命后的新一代信息技术的创新革命。物联网将各种终端连接起来，实现互通互连，资源共享，并从计算机扩展到生活工作的各个地方。本课题所研究的智能家居系统也是物联网发展的一部分，智能家居以住宅为平台，利用计算机技术、嵌入式技术、传感器技术等相关技术将家居生活有关的设施集成，构成高效的住宅设施与家庭日程事务管理系统，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，提升家居安全性、高效性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的健康居住环境。本次设计将采用以树莓派为载体，将几个有关智能家居应用的独立功能和相关服务整合在其上运行。 1.2 课题设计的意义 随着21世纪社会经济的迅速发展，人们对于智能化的需求越来越迫切。1984年，美国联合科技公司（United Technologies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国Connecticut Hartford的CityPlace-Building，标志着首栋“智能型建筑”的诞生，拉开了全世界争相建造智能家居的序幕。2009年，“物联网”成为全球瞩目的关键词，伴随着智能手机的发展，物联网技术的成熟，都让只能家居业迎来了发展的春天。“物联网”被成为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，其作用是通过传感器和互联网衔接以实现对物体的远程控制与感知。物联网的大潮将会把无线射频的智能家居系统推到一个史无前例的市场高度； 2. 主要参考文献综述 2.1智能家居发展现状 智能化住宅小区在发达国家起步较早，始于20世纪80年代，装备有各种通信、家电、安保等措施，通过总线技术应用计算机和信息技术，实现监视、控制与管理等1

智能功能。 我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准，主要采用国外的技术和产品。当然也陆续出现了我国自主开发的代表性智能家居系统，如海尔的“e家庭”、清华同方的e-Home数字家园、合肥工业大学的“智能家居与家居服务器”等产品，这些都是各大企业和科研单位从不同角度和立场理解智能家居的结果。一个具有良好应用前景的家居系统必须具有开放性和可拓展性，以及使用和维护的简单方便。 智能家居对我国来说还是新鲜事物，目前正处于初级阶段，有关的系统理论还在不断发展、完善。随着智能家居的新技术、新产品日新月异地发展，对它的认识也将不断地提高和深入。 2.2智能家居研究主要成果 智能家居的起源可以追溯到20世纪80年代初，那时大量的电子技术被应用到家用电器上，最初被称为住宅电子化HE(Home Electonics):80年代中期，将家用电器，通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念HA（Home Automation）:80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信，家电，安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为Smart Home。 智能家居，或称智能住宅，在英文中常用Smart Home、Intelligent home，与此含义相近的还有家庭自动化 （Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、数字家园（Digital family）、网络家居（Network Home），智能建筑（Intelligent Building）。 2.3智能家居存在的问题 （1）标准不统一：适度竞争可以促进技术的进步，但过多的竞争就会造成资源的浪费，短期的利益的驱使也可能会使技术和市场引向歧途，因此推动各个层面标准，技术，产品的融合，规范是目前智能家居面临的问题之一。 （2）技术专业化程度高：智能家居产品结合多门技术需要专业人员进行安装，调试和使用培训，使得用户在使用时需要进行复杂的操作。 （3）成本耗费高：智能家居涉及到计算机、通信、自动化、电子等多个学科领域，没有一个企业能够以一己之力毕其全功。目前，国内与家庭自动化相关的产品较多，但智能化水平偏低，其产品和服务仅仅作为人工的一种补充，而不是改变生活方式的 2

主要力量。 (4)产品不够傻瓜：真正的智能家居应该是一种自然交互，整合的和基于用户习惯的控制方式。用户可以通过说话、短信或者单独的触摸控制来实现与房屋的交互，即操作步骤不需要太过繁杂，用户只需要通过发出简单命令，就能达到想要的结果。 2.4智能家居对策和措施 智能家居的设计原则应该从以下几个方面考虑。 （1）使用便利，整合度高：无论何时何地用户都能掌握家庭动态，可以通过身边的PC、手机等设备，结合互联网来实现对家用电器和其他设备的控制，多功能集合，家用电器接到指令后进行相应的动作。 （2）可靠性高：智能家居能够随时接收信号，24小时工作，并能保证相应设备可靠动作，在停电或故障时也能够做出相应的应急处理，设置可靠地报警系统第一时间向用户传递信息。 （3）标准统一化：智能家居虽然涉及多种技术，但是某些技术在国际上都有标准协议，例如射频技术最常用的标准有：ISO14443A/B/C、ISO15693、13.56M，传输上常采用TCP/IP协议，这将使不同产商之间的系统可以兼容与互联。 （4）价格逐渐低廉化：随着微型硬件设备成本的不断下降及通信技术的发展，用户可在原有的有/无线网络上进行扩展。 （5）上手容易，维护等操作简单：作为家庭控制的核心，整个系统将可以控制整个家里的任意各种设施，所以操作要简单容易，出现问题的时候要有很好的可以解决方案，过于繁琐复杂的操作都讲导致整个智能家居系统的可使用性。 3. 课题设计的主要内容 本次课题设计主要想要实现家居环境的智能化，模拟家居环境，并设计出可以改善生活并逐步实现的家居智能化系统，主要包括安全防范及消防报警自动化、家电设施自动化、信息和通讯自动化、各设备之间的协同工作和环境与节能灯相关功能。智能化的家居系统旨在原有的家居环境下更进一步的将居家环境优化、便捷、安全、方便。从总体上看，智能家居是指将各种信息设备和住宅设备通过家庭网络连接起来，并保持这些设备于住宅的协调，从而构筑成舒适安全的信息化居住空间，以便于实现在信息社会中负有创造性的生活。 3

安全防护及消防报警自动化是智能家居的最基本的一项功能，由于人们对自身及财产的安全更加重视，选择智能化家居的一个基本出发点是家庭保安和灾害报警自动化。在社区保安和公安部门的支持、配合下，安装安全有效的入侵警报、消防报警和其他灾害报警系统将能有效防止盗窃和火灾的发生，从而使住户在经济上直接受益，直接体现出对住户投资的回报。 家电设施智能化是智能家居的一个重要组成部分。智能家居的一个显著特点就是它能根据住户的要求对家电和家用电器设施灵活方便地实现智能控制，更大程度地把住户从家务劳动中解放出来。住户可以在头天晚上设定第二天的家电工作程序、时间，也可以在外面通过电话或电脑临时变更已做好的安排等等。家电还可以通过网络连通生产厂家的技术支持服务器，获得“免打扰”的技术服务、诊断故障、升级软件等。随着社会的发展和技术的进步，家电设施智能化还会出现更多更新的应用。 通过与小区智能系统联网，住户可对用水、用电、用气以及电话、网络等的使用情况进行监视。一丝实现各种费用的自动计量，减少物业管理工作量；二是方便用户对费用进行自我控制，避免费用严重超支；三是可及时发现并避免电话或其他资源被盗用。物业管理自动化是小区智能化的一种标志。 信息和通讯自动化使得一般的电话自动录音、传真自动接收/回复等功能实现的同时还可以将家中异常情况通过电话自动拨打110、119报警电话或主人的办公电话、手机等通讯工具。智能家居的通讯信息自动化的内容将更加广泛。如将住户的个人电脑连入局域网、互联网，充分利用计算机网络资源，实现从社区信息服务、物业管理服务、小区住户信息交流等局域网功能到访问国际互联网、接收证券行情、旅游订票服务、网上资料查询、网上商务等各种互联网功能。在条件具备的情况下，还可实现远程医疗、远程教学、远程看护、咨询预约等功能。在将来的智能住宅里，人们在享受网上信息资源和便捷服务的同时，还可在家与客户进行洽谈或处理业务，在家进行生产调度和指挥，足不出户，便可完成自己要做的事情。 智能家居系统可以提供更丰富的系统关联功能。例如，当您准备看电视时，客厅灯光自动调到您喜欢的亮度（通过灯光控制模块实现）、窗帘自动拉上（通过窗帘控制模块实现）、电视机打开并调整到您最喜欢的频道。再如，当有电话打入时，通过系统将电视机声音自动调小。当您家中来客人的时，灯光将自动调亮并增添喜悦的气愤，音响将自动播放出欢乐的歌曲，等等。 智能家居能监视室内的温度、湿度、亮度等环境状态值，并根据住户的习惯进行

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调节控制，它在一定程度上既能使生活空间更加舒适，又能节约能源。比如对空调的控制，可以自动开关预热、预冷，还可根据室内温湿度转为低耗运行。另外照明控制也是节能的一个好方法，即根据室内的光线强度和住户的要求情况自动调节灯光的亮度。不仅如此，通过对家电的智能控制还可实现对水、煤气等资源的节约。 4. 设计方案 本次设计计划采用树莓派作为主控计算机，由于其价格低廉但是性能完好，可以媲美早先的家用计算机，而且鉴于其拓展容易，所以本次设计计划采用。在系统方面采用官方推出的系统raspbian，基于Linux下的优化过的系统，稳定性高，而且可以移植很多Linux软件，或者脚本，开发较为容易。系统经过优化，稳定性大幅度上升，而且功耗得到降低，但是可实用性并没有有所缩减，该有的视频输出、网络接入、可拓展引脚都得到很好的保留，也得到相应的优化。 在智能家居的系统设计方面，计划采用Qt作为界面设计的工具，由于其的跨平台优势，使得设计得到很大的方便，在高性能的计算机上设计，并测试通过后可以直接移植到对应平台，出现的问题也可以很好的找到和解决。Qt的界面设计在其官方的QtCrate上很容易进行。由于树莓派的性能有限，Qt这种需要大资源的软件在对源码的编译和测试将会耗费大量cpu资源，而且耗时很长。所以为了解决这一问题，难题之一就是解决相应的跨平台编译问题，即交叉编译环境的搭建。 在软件实现部分，本次设计计划采用模块化设计，对于每个模块进行单独的设计，最后对于相互不影响的程序代码进行多线程的控制，使其同时进行。对于那些具有先后顺序的程序代码就进行相应的控制加以实现，在Qt的界面下面，对于所有的代码进行整合并归类。 模块设计将会分为下列几个模块： （1）智能灯光控制（全开全关、调光、颜色变化，设置灯光场景）目标：节能、环保、舒适、方便 （2）智能家电控制：电动窗帘控制盒，红外线转发器(空调、电视机、DVD碟机、蓝光播放器、功放、音响、机顶盒、投影幕布、投影仪)，86型智能遥控插座（饮水机、热水器、微波炉)，无线温/湿度传感器，无线触摸开关面板 （3）安防监控系统：网络摄像头，通过Web网页管理和维护设备，实现远程配置（防盗，防燃气泄露，防火、报警、远程监控） 5

图 1 系统结构图 5. 实施计划 第七学期，第18周，选定毕业设计/论文指导教师，根据自己的感兴趣的方向选择毕业设计题目。 第七学期，第19-21周，熟悉掌握与所选课题相关的理论知识，在图书馆查阅相关书籍，上网查资料，选定课题研究方案，撰写开题报告和外文翻译。 第八学期，第1周，在指导教师的指导下，修改开题报告和外文翻译不足的地方，在开学进行开题报告答辩。 第八学期，第2-6周，根据拟定的课题实施方案进行深入研究，并在不断研究学习过程中进行理论验证。根据观察的现象结果进行交流讨论。 第八学期，第7-9周，根据所研究的课题实验的现象及结果，撰写毕业设计论文初稿，并提交给指导老师批改，学生根据指导意见对初稿进行修改，并完成毕业设计论文定稿。 第八学期，第10-11周，对所写毕业设计论文进行格式审查，论文答辩。

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6. 主要参考文献 [1] 张毅刚.单片机原理及接口技术.北京：人民邮电出版社.2011，8. [2] 李江全. 单片机通信与控制应用编程实例.北京：中国电力出版社,2012,2. [3] 赵负图.传感器集成电路手册,第一版.北京：化学工业出版社,2004，1. [4] 郑静.智能家居技术与应用. 北京：化学工业出版社,2015，3. [5] 陈建皓.Raspberry Pi入门指南.北京：人民邮电出版社，2014.2 [6] 程国刚.树莓派就是这么玩.北京：电子工业出版社，2015.7 [7] Steven Goodwin.Linux+树莓派玩转智能家居[M].李明译.第二版.北京：人民邮电出版社，2014.6 [8] Gray Girling.Raspberry Pi实战攻略[M].翁恺译.北京：人民邮电出版社，2014.6 [9] Rick Golden.树莓派应用速成网络应用秘方[M].符鹏飞译.北京：科学出版社，2014.5 [10] Donald Norris.Raspberry Pi创意项目制作[M].倒立工坊译.北京：科学出版社，2015.1 [11] Andrew K.Dennis.Raspberry Pi Home Automation with Arduino.UK:Packt Publishing Ltd,February 2013 [12] Steven Goodwin.Smart Home Automation with Linux and Raspberry Pi (2nd ed.).UK:Apress Media,2013 7

指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 答辩小组意见： 教研室审查意见： 组长签字： 年 月 日 教研室负责人签字： 年 月 日 院系审查意见： 院系负责人签字： （公 章） 年 月 日 （此表由学生填写，指导教师、答辩小组、教研室、院系签署意见）

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