基于JAVA的智能家居控制系统的设计信息控制端的设计论文二稿Word格式文档下载.docx

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日期：

指导老师签名：

日期：

基于JAVA技术的智能家居控制系统的设计（信息控制端的设计）

摘要

智能家居（SmartHome），又称智能住宅。

它是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。

利用计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。

本文以智能家居广阔的市场需求为基础，选取家庭智能控制系统为研究对象。

在对家庭楼宇自动化协议、嵌入式系统深入研究的基础上，采用Java技术为平台，成功开发了调速调光控制器、家用电器调节控制器等等各项功能。

该系统主要针对普通住宅小区家庭用户而设计，它可以实现对家用电器设备的远程控制。

最后，对整个系统进行了大量的调试工作，包括软件仿真和系统连机调试，结果证明这种网络控制的方案是可行的。

关键词：

智能家居，舒适，Java，远程控制

TheDesignofsmarthomesystembasedonJAVA（theinformationcontroldesign）

Abstract

SmartHome,alsoknownasSmartResidential.Itisresidentialasaplatform,combiningarchitecture,networkcommunications,informationappliances,equipmentautomation,collectionsystem,structure,services,managementfortheintegratedhigh-performance,comfort,safety,convenience,environmentalprotection,livingenvironment.Theuseofcomputertechnology,networkcommunicationtechnology,integratedwiringtechnology,homelifeandthevarioussubsystems,thecombinationofmanagement,throughco-ordination,sothathomelifemorecomfortable,safeandeffective.

Drivenbylargemarketrequirements,wechosetheintelligenthomesystemasresearchcontentandtheembeddedsystemasresearchtool.Basedonin-depthstudyofhomeautomationandbuildingautomationprotocolandembeddemsystem,successfullydevelopedthemotordriverandlightingcontroller,vacuumtypedejectscollectingdeviceonhigh-speedtrain,palmercoderbasedonprotocol.Lightingcontrollerbasedonprotocol.Thissystemismainlydesignedtoaimattheordinaryresidentialdistrictfamilyuser,whichcanachievethehouseholdelectricalappliancesremotecontrol.

Last,wehavacarriedoutalotofworktodebugthewholesystemincludingsoftwaresimulationandsystemonlinedebugging.Theresulthasprovedthattheschemeofthenetworkcontrolisfeasible.

KeyWords：

SmartHome,comfort,Java,remotecontrol

1绪论

1.1课题背景

随着社会的发展和科学技术的进步，数字网络生活时代已经到来，以家庭智能化、物业管理现代化和社区服务信息化为典型特征的智能社区也在悄然应运而生。

住宅智能化是人类住宅的又一场新的革命。

它能够为人们提供更加轻松、有序、高效的现代生活方式，是未来居住模式的必然发展趋势。

随之而然，智能家居系统也在逐渐成为一个新兴的研究领域。

智能家居提供的是一个具有高度安全性、生活舒适性和通信快捷性的信息化与自动居住空间。

智能家居是指将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统（即家庭控制器）上，以实现监视、控制和家庭事务型管理，并保持这些设施与住宅环境的和谐与协调。

要实现家居的智能化，必须在家电里面加入接收和控制端，这样就能对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。

将社会的信息化建设与小区的信息化、智能化建设有机地融合起来，充分利用已有的宽带网络，做到资源共享，达到节省投资、降低使用费用、方便物业管理，为用户提供尽可能多的高品质服务，已成为房产商、电信运营商、物业管理公司、城市公用事业公司和用户等几方共同关注的问题。

自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。

家居智能化技术起源于美国，网络系统中的各个设备均可实现资源的共享。

因其布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。

目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居的研究。

1.2研究意义

智能家庭控制系统是以以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为平台，控制技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。

智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。

使人们享受到高科技带来的方便快捷的生活方式。

人们的生活方式在逐渐加快，因此生活中就需要更为便捷的生活方式。

智能家居就是在这种情况下应运而生的。

人们需要通过一个按钮就可以实现对家具的控制，减少了原来需要寻找遥控器或者是开关等方式带来的不便。

从而使人们的家更舒服，更方便。

系统通常由系统服务器、家庭控制器（各种模块）、路由器、通讯器、控制器、无线收发器、各种传感器等主要部分组成。

1.3研究现状

由于中国的居住模式和文化与发达国家有很大的区别，所以智能家居在中国的发展也体现出其独具的特色。

中国人口众多，城市住宅建设也多选择密集型的住宅小区方式，因此很多房地产商会站在整个小区智能化的角度来看待家居的智能化，也就出现了目前一统天下、无所不包的“智能小区”的模式。

智能小区同样是中国特有国情的产物。

智能小区与公共建筑中的智能建筑的主要区别是，智能小区强调住宅单元个体，侧重物业管理功能。

真正意义的智能小区中的单元--单个住宅，应该安装智能家居（Smarthome），这样智能小区的功能才得以有效运用，对大型社区来说，智能小区是智能家居运行的基础平台。

其实无论是安全防护还是智能家居，都应该属于智能住宅的大的范畴，其中不单单包括智能安防以及智能家居，还包括诸多住宅智能化的功能，随着物联网技术的发展兴起，其广阔的运用以及领先的技术优势必定能改改变现在的市场现状，未来的智能家居将是物联网相关运用的一个典范，将家居系统完美的结合以及协同各种传感元件进行有效感知，其中不单单指内部感知，更包括了系统对外部的感知以及数据交换。

1.4研究内容

系统采用典型的C/S（Client/Server客户机和服务器）架构。

C/S的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。

对应的优点就是客户端响应速度快。

由客户端调用send（）方法发送控制信息，控制服务器端的家居状态，服务器受到控制信号之后，修改现在的状态，并把修改之后的状态通过recived（）方法返还给客户端。

客户端调用相应的recived（）方法把结果显示出来。

1.4.1系统介绍

使用J2me技术实现手机界面，以及家用电器的监视和控制、照明设备的监视、调节和控制、门的控制、窗帘的控制等。

并实现客户端与服务器端之间的通信。

通过手机上的各个按钮控制发送信号，进而实现家居的开关控制。

系统选用J2me技术开发基于手机平台的信息控制端软件。

以发送数据信号的方式发送到控制端，实现控制家居设备的功能。

J2me是sun公司针对嵌入式、消费类电子产品推出的开发平台，是一系列规范的集合，由JCP组织制定相关的JSR并发布，各个厂商会按照规范在自己的产品上进行实现，但是必须要通过TCK测试，确保兼容性。

通过使用J2me中的无线网络开发技术实现手机客户端与系统终端的通讯。

使用通用连接框架技术建立HTTP连接。

使用servlet技术实现计算机之间的即时通讯。

1.4.2模块划分

根据系统本身的需要，我们把系统分为以下模块：

主页面显示智能家居控制系统的字样，以及输入密码的输入框。

密码输入成功则可以直接进入智能家居控制系统的主界面。

如果密码输入错误，则需要重新输入。

对密码的设定采用最大不能超过八个字符的简单定义来实现对系统安全的保护工作。

密码输入成功则可以登陆控制家具的页面。

根据房间的布局，把整个家庭分为三个模块。

分别为客厅、厨房和卧室，对房间中的家居进行合理的分配，从而达到更高效的目的。

同时为了方便修改密码。

把修改密码的功能也和这三个控制页面一起，放入到了同一个界面中。

下面介绍各个房间中能够控制的家用电器。

客厅中能够控制的家用电器包括：

防盗门、窗帘、吊灯、空调和电视。

防盗门、窗帘和电视的控制分为两个分别是“开启”和“关闭”。

吊灯的控制除了在“开启”和“关闭”的基础上增加了一个亮度调节的控制，用滑动条的形式来实现对温度的调解。

根据空调的特性，给空调又增加了温度和湿度的控制。

分别用两个滑动条来实现对家居的控制。

厨房中能够控制的家用电器包括：

灯、窗帘。

厨房中的灯和窗帘的控制分为“开启”和“关闭”两个设置。

卧室中能够控制的家用电器包括：

床头灯、窗帘和吊灯。

卧室中的床头灯和台灯一样在开启和关闭的基础上增加了对亮度调节的控制。

窗帘则只有“开启”和“关闭”的功能

为了方便人们的操作，增加了修改密码的功能。

在卧室的下面就是改密的字样。

点击确定按钮，则可以修改密码，键入新密码，返回密码修改成功的字样。

无论何时何地，只要您想要控制家中家居的状态，拿起手机，进入到智能家居控制系统，选择要更改的房间，以及要控制的电器，选择之后点击发送按钮，就可以实现对家用电器状态的更改。

空调和其它的模式则不同，不仅具有开和关的状态，还增加了温度的调节和控制。

电灯的控制方式和空调的类似，在开和关控制的基础上增加了调解亮度的功能。

使人们能够根据自己的喜好来调节亮度。

丰富了人们选择的范围，使选择方式不再单一。

1.5小结

本章首先介绍了该课题的背景、研究意义，我们了解到此系统广阔的发展前景，以及适用性。

在不改变人们居住环境的前提下，实现对家居的监制和控制。

接着介绍了有关该系统的国内外研究现状，以便于在前人研究基础上能有所创新。

充分结合前人的研究，使系统更为完善，更满足用户的需求。

最后介绍了研究内容，对自己所研究的内容进行了更加彻底的分析。

方便人们了解到此系统实现的所有功能。

2系统需求分析

2.1系统功能需求

项目主要实现用户对家用电器的控制，其中包括家居的开和关，以及其他的相关操作。

客户端发送控制信息的请求，通过网络传输方式发送到服务器端，服务器端相应客户端的操作，然后再把结果返回给客户器端。

其中家用电器的控制在开和关相关控制的基础上增加了智能调节控制。

空调实现了用下拉框的形式开实现对湿度和温度的控制。

进而为人们实现对家具的控制提供了方便。

其中，系统交互图如下：

图

（1）客户端服务器端系统交互图

该系统共分为五个模块，分别为登陆、客厅、厨房、卧室和改密。

模块一：

为了保证客户使用信息的安全性，为此系统添加了登陆模块，运行智能家居控制系统的客户端，就要键入密码，密码输入正确就自动跳转到家居的控制页面，反之重新键入密码。

模块二：

客厅中的家用电器主要包括：

实现对防盗门、窗帘的开关控制、对吊灯的开关操作以及亮度调节的控制、对空调的开关操作以及对室内温度和湿度的控制以及调节控制电视的开和关，等等一系列的操作。

模块三：

厨房中的家用电器主要包括：

吊灯和窗帘。

还是用下拉菜单实现对各个家电的开关控制。

模块四：

卧室中的家用电器主要包括：

吊灯、窗帘和台灯。

这个模块中的家具设计的虽然不是很多，但是也同样实现了家具的开关和家用电器的监制和控制。

模块五：

用户可以修改密码，键入你想要设置的新的密码，点击设置按钮就可以设置你想要的新的密码了。

2.2系统性能需求

智能家居控制系统是一个很有发展前景的系统。

因此为了使本系统能够长期使用，必须使系统满足安全、稳定、可靠、高效的运行模式，生活水平的提高，伴随着生活质量的提高。

同时人们生活的节奏也逐渐加快，怎样高速的完成任务就是我们要考虑的主要问题。

因此系统应满足如下性能需求：

（1）较强的扩展能力和通用性，此系统即能够满足一个家庭之间的远程控制，同时对一个小区来说也同样适用。

由于这次我们主要研究的是控制家居这方面的内容，以后，我们还可以扩展此系统，加上远程通信、智能报警等等各项功能。

（2）由于本系统的界面简单明了，因此人们很容易就学会操作。

扩大了系统的用户群。

在不改变人们生活住宅的情况下，有效的实现对家居的控制。

使人们可以节约时间，享受生活。

（3）系统的准确性和及时性

系统处理的准确性和及时性是我们要考虑的主要问题。

在控制家电的过程中，确保对家居状态更改的准确而且及时。

优化系统，使系统的反应能力和控制家居的能力满足用户多功能的需求。

2.3系统可行性研究

验证一个系统是否可行，需要从多个方面着手分析。

其中主要的内容包括：

技术可行性、经济可行性和操作可行性三个方面。

2.3.1技术可行性

系统采用J2me技术。

使用J2me中特有的手机模拟器进行开发，实现对各种家居的控制。

J2me技术规范定义了Java技术在资源有限制的设备中的表现形式。

J2me主要适用于小型嵌入式设备，这些设备与PC或是服务器设备相比没有统一的硬件标准、外观与操作方式，其功用也是千差万别。

但是J2me在使用于这些设备的同时也保留了Java的传统特性，即任何时间和任何地点的代码具有可移植性、部署灵活性、安全的网络传输性，以及代码稳定性。

Java平台的主要优点是它允许我们编写可移植的应用程序。

Java平台的可移植性来自其执行模型。

具体地说，它是由于在运行时使用JVM来将Java字节码处理成机器码，因而在硬件之上提供了兼容性层。

Java平台的执行模型还引入了一些在设备本机应用程序中缺乏的重要安全性优点。

（1）在给定的时间内能够实现任务书中的功能。

能够实现页面的跳转以及对服务器端家电的控制。

（2）从软件的质量方面来看，软件运行速度较高，功能具备有实用价值。

后期软件维护代价相应比较小。

（3）软件的生产率较高。

能在短时间内完成有效地工作。

2.3.2经济可行性

系统虽然需要依靠硬件来实现，但是开发成本相对较低。

后期维护简单方便。

如果能够实现，则能够取得可观的效益。

收益远远大于支出，因此此项目在经济方面是可行的。

2.3.3操作可行性

对于用户来说，能够使用该软件系统，能够方便人们的生活，使人们生活的环境更加的美观。

墙面上不会再到处都是开关，同时也不用为了寻找遥控器而发愁。

使用此系统，能够使人们的生活方式发生天翻地覆的变化。

让人们享受科技带来的方便生活。

在家中你可以拿起手机，选择要控制的家电，然后更改其开关状态，在户外也同样可以控制，实现家中和户外同等控制的功能，同时优化了无线网络传输过程中网络延迟带来的时间上的延迟，使人们在最短的时间内接收到服务器端返回的家居控制的信息。

2.4系统运行环境

1.WindowsXP。

2.JDK，JDK是Java开发工具包（JavaDevelopmentKit）的英文缩写。

它是一种用于构建在Java平台上发布的应用程序、Applet和组件的开发环境。

JDK是一切Java应用程序的基础，所有的Java应用程序是构建在这个之上的。

它是一组API，也可以说是一些JavaClass。

3.SunWTK，Sun公司为了J2ME而提供了WTK开发工具，是最基本的J2ME程序开发工具，它是免费提供的，体积小，执行速度较快，完全遵守J2ME的各种规范，因此是J2ME程序员最基础的必备的工具。

4.Eclipse，Eclipse是一个非常著名的集成开发工具，其自身功能强大而易用。

另一个非常重要的特点是其提供了非常灵活的扩展能力。

它提供了丰富的接口可以扩展其本身。

同样Eclipse中也包含J2ME支持的插件，而且不止一种。

5.EclipseMe，EclipseMe自动为Midlet创建了三个方法，作用如下：

startApp方法是当程序被启动时执行的方法；

pauseApp是当程序被暂停或被打断（如有拨入的电话）时调用的方法；

destroyApp是当Midlet被销毁时调用的方法。

2.5小结

本章对系统进行了需求分析，首先通过对系统的功能需求的分析，了解了该模块所应完成的所有功能。

接着进行了系统性能需求的分析，以便于能够保证系统长期、安全、稳定、可靠、高效的运行。

接接下来要进行系统可行性研究，主要从技术、经济、操作这三个方面加以分析。

紧接着我们又分析了该系统所需要的运行环境。

为系统的开发做好了准备。

3系统总体设计

总体设计过程首先寻找实现目标系统的各种不同的方案，需求分析阶段得到的数据流图是设想各种可能方案的基础。

总体设计过程通常由两个主要阶段组成：

系统设计阶段，确定系统的具体实现方案；

结构设计阶段，确定软件结构。

3.1系统结构设计

系统采用C/S架构进行设计。

在通信过程中，移动客户端与家庭系统模块是通过TCP协议建立的可靠连接。

首先移动客户端和家庭系统模块之间建立Socket连接，家庭系统模块在端口上监听等待客户端连接。

客户端连接之后，需要输入密码，密码正确后服务器端会开启一个线程为此客户通信，并将这个Socket连接保存到向量中。

在客户端和家庭系统模块之间建立输入输出流。

客户端与服务器端通过Socket可以建立连接。

客户想要改变家中的家居状态，只需要进入家居控制系统中，选择想要更改家居所在的房间，然后选择家居，进而改变家具的状态，通过调用send（）方法向服务器端发送请求，由服务器端响应，然后服务器端将更改家居的状态，之后将结果返回给客户端。

客户端通过调用recived（）方法来获得家居更改之后的状态。

客户端主要完成的功能包括：

用户登陆、房间选择、家居状态选择、修改密码等。

客户端申请与服务器端建立连接，当客户端与服务器端建立连接通道后就可以向服务器端发送家居状态信息，进而实现对家居的远程控制。

3.2系统工作原理

系统由多个类构成。

需要客户端通过网络发送对家居的控制。

服务器端接收到客户端发送的信息，然后再返回给客户端。

本系统是基于HTTP网络的用于智能家居环境中的一种远程自动控制系统。

其工作原理为：

用户通过自身的手机发出命令请求，在家值守的家庭系统模块接收信息并对信息进行处理，把处理结果通过串行总线传输到单片机上，单片机根据信息调制出相应的红外频率控制相应的设备，完成用户给出的命令。

并把最终的控制结果返回给客户端。

系统工作原理图如下所示：

图

（2）系统工作原理图

各个程序之间通过方法和类的调用来建立关联。

选择登陆智能家居控制系统，该界面实现内容主要包含在MainMID这个类中，其中需要键入密码，同时如果密码输入错误，也可以对密码再进行修改。

直至密码输入正确。

则会跳入到下一个页面。

下一个页面则是家具的控制页面。

选择所要控制的家具类型，进入相应的房间之后，我们就可以选择要控制的家电类型来实现对家居的控制。

然后通过网络连接将要发送的数据发送到服务器端。

等待服务器端做出响应。

3.3系统关键技术

3.4小结

本章通过对系统的结构、工作原理等各方面的设计，对系统的流程以及系统所要完成的功能都有了较为深入的了解。

为人们掌握智能家居的使用方法了解智能家居奠定了坚实的基础。

4系统详细设计与实现

4.1数据存储

在MIDP规范中，提供了记录管理系统（RecordManagementSystem,RMS），这个记录管理系统就是一个小型简单的数据库管理系统（DatabaseManagementSystem），除了能用于管理系统储存的资料之外，也可以用于存储对象的状态信息。

RMS是J2me的一个重要的子系统，目的是实现应用程序本地数据的持久性存储。

RMS是管理数据的系统，Record（记录）是系统中最重要的实体。

在移动设备存储空间存储的并不是字段，而是字节数组。

RMS的职责是存储和唯一标识记录，而表示数据的任务是由应用程序来完成的。

这样做的目的是简化MIDP的实现，使得J2ME的子系统尽量的小巧、灵活。

RecordStore（记录仓储）是一系列的有序集合，记录是不能单独存在的，必须属于记录仓储。

记录仓储保证记录的读