基于Android的智能家居APP的设计与实现资料下载.pdf
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基于Android的智能家居APP的设计与实现中文摘要I基于Android的智能家居APP的设计与实现中文摘要本课题来源于某IT企业“智能家居系统”项目。
移动互联网的出现，大大提高了智能家居操作控制的实时性和便捷性，必将进一步推动智能家居的发展。
基于移动平台的智能家居应用已经成为智能家居系统不可或缺的重要组成部分。
本课题的主要内容是设计实现一个基于Android的智能家居APP，并提炼出可复用的中间件。
本文首先介绍了智能家居APP的开发背景和意义，以及相关知识和技术。
接着，按照软件需求层次，分析了智能家居APP的需求。
然后，给出了智能家居APP的总体设计，包括系统平台选择、软件结构设计、系统功能模块划分和数据结构设计等。
随后，详细介绍了基础功能层和核心功能层的设计与实现，这两层的模块以中间件的形式存在。
最后，介绍了用户功能的详细设计与实现。
本文介绍的智能家居APP是智能家居系统的重要组成部分，有较高的实用价值。
本文按照软件分层思想设计的智能家居APP中间件，符合高内聚低耦合的准则，具有重复使用的价值。
本文介绍的基于Android的智能家居APP的设计思想和开发方法，对其他移动平台的应用开发也具有一定的参考价值。
关键词：
智慧社区，智能家居，移动应用，Android，中间件作作者者：
李涛指导老师指导老师：
杨季文（教授）AbstractDesignandImplementationofSmarthomeAPPBasedOnAndroidIIDesignandImplementationofSmarthomeAPPBasedOnAndroidAbstractThistopiccomesfromanITcompanysprojectcalledSmartHomeSystem.TheemergenceofthemobileInternethasgreatlyimprovedthetimelinessandconvenienceofthesmarthomeoperation,alsoitwillfurtherpromotethedevelopmentofsmarthome.Thesmarthomeapplicationwhichbasedonmobileplatformhasbecomeanindispensableandimportantcomponentofthesmarthomesystem.ThemaincontentofthistopicisdesigningandimplementingasmarthomeAPPbasedonAndroid,andextractingthereusablemiddleware.ThispaperfirstintroducesthedevelopmentbackgroundandsignificanceofsmarthomeAPP,aswellasrelatedknowledgeandskills.Secondly,accordingtothesoftwarerequirementlevel,analyzestheneedsofsmarthomeAPP.Then,itgivestheoveralldesignofsmarthomeAPP,includesthechoiceofsystemplatform,softwarearchitecturedesign,systemfunctionmodulepartitionanddatastructuredesign,etc.Subsequently,thispapermakesadetaileddescriptionofthedesignandimplementationofbasicfunctionallayerandcorefunctionallayer，themodulesofthesetwolayersexistintheformofthemiddleware.Finally,thispaperintroducesthedetaileddesignandimplementationofuserfunctionality.ThesmarthomeAPPintroducedbythispaperisanimportantpartofsmarthomesystem,andthereisahighpracticalvalue.AccordingtoSoftwarelayeringthoughtthispaperdesignsthemiddlewareofsmarthomeapp.Withtheprincipleofhighcohesionandlowcoupling,thismiddlwarehasmuchvalueofreuse.ThedesignideaanddevelopmentmethodofsmarthomeAPPbasedonAndroidthatintroducedbythispaperalsohasacertainreferencevalueonapplicationdevelopmentoftheothermobileplatform.Keywords:
IntelligenceCommunity,SmartHome,MobileApplications,Android,MiddlewareWrittenbyTaoLiSupervisedbyJiwenYang目录第一章引言.11.1课题背景.11.2课题内容.21.3课题意义.31.4本文结构安排.3第二章相关知识和技术.52.1Android系统简介.52.2Android系统架构.52.2.1应用程序.62.2.2应用程序框架.62.2.3Android运行时.72.2.4系统库.72.2.5Linux内核.82.3消息推送技术.92.3.1消息推送的常见实现机制.92.3.2百度云推送技术.102.4语音识别技术.122.4.1语音识别基本原理.122.4.2Google语音识别技术.132.5本章小结.13第三章系统需求分析.143.1智能家居系统组成.143.2业务需求.153.3用户需求.163.3.1用例图模型.173.3.2设备管理.183.3.3信息服务.203.3.4数据查询.223.4功能需求.233.5非功能需求.253.6本章小结.26第四章系统总体设计.274.1系统平台的比较和选择.274.1.1系统平台的比较.274.1.2系统平台的选择.284.2软件结构设计.294.2.1软件模块结构.294.2.2功能与模块的关系.314.2.3中间件.344.3系统功能模块设计.364.3.1信息服务模块.374.3.2数据查询模块.374.3.3设备管理模块.384.3.4软件设置模块.394.4数据结构设计.394.4.1XML设计.394.4.2数据库设计.424.5本章小结.44第五章中间件详细设计与实现.455.1基础功能层的详细设计与实现.455.1.1网络通信模块.455.1.2数据存储模块.485.1.3数据管理模块.505.2核心功能层的详细设计与实现.535.2.1设备模型模块.535.2.2语音控制模块.565.2.3消息推送模块.615.2.4升级管理模块.635.3本章小结.66第六章用户功能详细设计与实现.676.1设备管理的详细设计与实现.676.1.1设备控制.676.1.2视频监控.706.2信息服务的详细设计与实现.716.2.1信息服务的配置和整体流程.716.2.2安防警报.736.3数据查询的详细设计与实现.746.3.1家居设备的查询.756.3.2文本控制.776.4软件设置的详细设计与实现.776.5本章小结.78第七章总结与展望.797.1总结.797.2展望.80参考文献.81致谢.84基于Android的智能家居APP的设计与实现第一章引言1第一章引言1.1课题背景智慧城市是信息化应用取得良好效益的知识型城市1。
城市的出现是人类走向成熟和文明的标志，也是人类群居生活的高级形式。
随着中国经济的高速发展，城市人口呈现爆炸式增长，城市的发展面临着诸多问题。
因此，人们提出了智慧城市的概念。
智慧城市是一个宏观概念，它反映了社会对未来城市信息化、知识化、智能化的一种愿望，是城市智慧化向更高阶段发展的具体体现23。
社区作为城市居民生存和发展的载体，其智慧化程度是城市智慧水平的集中体现。
社区是人们生活的主要场所，但是老式社区的通讯、安全、居民信息的收集、处理及共享等问题都成为阻碍社区服务进一步发展的瓶颈，已远远不能满足人们日益增长的物质和文化生活需要4。
因此，智慧社区应运而生。
智慧社区是指充分利用物联网、云计算和移动互联网等新一代信息技术，为居民提供一个安全、便利、舒适的生活坏境，从而形成基于信息化、智慧化社会服务与管理的新型社区56。
智能家居是实现智慧社区和智慧城市的基础。
智能家居是在家庭产品自动化、智能化的基础上通过网络按拟人化的要求而实现的一个过程或者系统7。
实现智能家居需要具备三个条件，第一是在家庭内部应该有一个通信网络，相当于人的神经系统；
第二是基于这个网络能够提供各种服务；
第三是家庭局域网必须与互联网相连接8。
从宏观的角度，智能家居是智慧社区的基本单元，智慧社区是智慧城市的组成部分。
因此，应当以智能家居为基础，借助互联网实现社区内外的互联互通，使社区具有智慧生活和智慧服务的功能，最终实现智慧城市的建设。
移动互联网的发展为智能家居提供了新的平台。
传统的智能家居通过家庭中控或者PC操控家居设备，这种方式虽然能够满足基本的控制功能，但是还不够便捷。
移动互联网和3G/4G网络的迅速发展为智能家居提供了更加可靠、便捷、灵活的移动平台9，通过该平台，用户可以随时随地操控家居设备，接收和管理小区公告、物业通知等信息，实现语音和视频通话。
智能家居移动平台的出现必将加速智能家居的发展，促进智慧社区和智慧城市的形成，改变人们的生活。
本文设计实现的智能家居APP是某企业设计开发的智能家居系统的重要组成部第一章引言基于Android的智能家居APP的设计与实现2分。
智能家居系统是利用先进的计算机技术、网络通讯技术和综合布线技术，融合个性化需求，将与家居生活有关的子系统，有机地结合在一起的综合性管理系统10。
智能家居APP是以设备控制为主要功能的移动终端应用。
考虑到智能家居的市场潜力，某企业正在开发针对普通家庭的智能家居系统。
该系统主要由家庭中控、PC端和移动终端组成，它们和后台服务器通过物联网、互联网和移动互联网相互协作，共同构成了智慧化、信息化的家居系统。
家庭中控主要负责接收用户指令、控制家居设备和响应设备状态。
PC端主要负责管理业主信息、水电资费信息和家政服务信息。
移动终端主要负责随时随地的远程操控家居设备。
其中移动终端极大地扩展了智能家居的操作控制范围，是智能家居系统的重要组成部分。
因此，本文为某企业智能家居系统设计实现了基于Android的智能家居APP，并提炼出了可复用的中间件，为该系统其他APP的开发提供了基础。
除非明确说明，否则下文中的“系统”、“本系统”等一概表示智能家居APP。
1.2课题内容本课题依托于某企业智能家居系统，设计实现了基于Android的智能家居APP，有效地实现了智能家居系统的一系列功能，并在此基础上提炼出了可重用的中间件，为智能家居系统其他APP的开发提供了基础。
本课题主要工作包括：
（1）获取需求并进行需求分析。
首先从整体上了解某企业智能家居系统的组成结构，然后根据软件需求层次，从业务需求、用户需求、功能性需求和非功能性需求四个方面对智能家居APP进行需求分析。
（2）在需求分析的基础上对系统进行总体设计。
首先对主要系统平台进行详细比较，最终确定基于Android平台实现智能家居APP，其次按照软件分层思想设计软件结构，明确本文设计的中间件的特点和作用，然后根据需求分析划分系统功能模块，最后为系统设计数据结构。
（3）设计实现适用于智能家居APP的中间件。
根据总体设计阶段的层次模块划分，以面向对象的思想，设计实现中间件基础功能层和核心功能层的主要模块。
（4）基于中间件实现智能家居APP的用户功能。
基于中间件提供的服务，设计实现设备管理、信息服务、数据查询和软件设置等主要用户功能。
基于Android的智能家居APP的设计与实现第一章引言31.3课题意义本课题基于某企业智能家居系统设计实现了智能家居APP，并总结出了具有复用价值的中间件。
智能家居APP提供了设备控制、视频监控、数据查询、信息服务等功能，基本满足了用户的功能性和非功能性需求，达到了预期效果。
具体来讲，本课题的意义包括以下几点：
（1）智能家居APP具有极高的实用价值。
本文设计实现的基于Android的智能家居APP用户界面友好，在不同手机上运行稳定、速度较快，是某企业智能家居系统的重要组成部分。
通过该APP，用户可以远程操控家居设备、实时监控家中场景、接收和管理信息服务消息，方便了用户操作，促进了用户日常生活的智能化、信息化，有利于智慧社区的建设和发展。
（2）智能家居中间件具有可复用价值。
本文设计实现的中间件是介于用户功能和Android操作系统之间的桥梁，负责为用户功能提供服务。
中间件模块之间符合高内聚低耦合的准则，可以很容易的进行扩展，具有很大的复用价值。
开发人员可以基于中间件进行二次开发，从而高效地实现其他用户功能。
（3）智能家居APP的设计思想、开发技术和方法具有参考价值。
本文首先按照软件工程的分层思想把智能家居APP划分为可复用的中间件和用户功能。
然后遵循面向对象思想，结合设计模式，设计实现了各个层次模块。
此外，本系统实现时，采用了消息推送技术、语音识别技术和增量升级技术，同时为家居设备和设备关系设计了设备模型。
虽然智能家居APP是基于Android平台开发，但是这些设计思想、实现方案和开发技术对基于WindowsPhone、IOS等移动平台的终端应用开发都具有一定的参考价值。
1.4本文结构安排本文共分为七章，各章节主要内容安排如下：
第一章：
引言。
简要介绍本课题的研究背景、内容和意义。
第二章：
相关知识和技术。
简要介绍本系统开发过程中涉及的相关知识与技术，主要包括Android系统的特点和组成结构，以及消息推送和语音识别等技术。
第三章：
系统需求分析。
首先从整体上介绍某企业智能家居系统的组成结构，然第一章引言基于Android的智能家居APP的设计与实现4后按照软件需求的四个层次对智能家居APP进行需求分析。
第四章：
系统总体设计。
根据需求分析对本系统进行了总体设计，主要包括系统平台的比较和选择、软件结构设计、系统功能模块划分和数据结构设计。
第五章：
中间件详细设计与实现。
以面向对象的思想，结合设计模式，详细设计实现本系统中间件基础功能层和核心功能层的主要模块。
第六章：
用户功能详细设计与实现。
基于中间件提供的服务，详细设计实现本系统的用户功能，主要包括设备管理、信息服务、数据查询和软件设置。
第七章：
总结与展望。
总结本系统的工作，并对智能家居APP下阶段的开发进行展望。
基于Android的智能家居APP的设计与实现第二章相关知识和技术5第二章相关知识和技术考虑到系统的可维护性、可扩展性和开发成本，本文基于Android平台开发智能家居APP。
本章首先描述Android的特点和系统架构，然后简要介绍消息推送和语音识别等相关技术。
2.1Android系统简介Android是一个以Linux为基础的开源操作系统11。
它主要应用在移动电话领域，包括智能手机和廉价的功能机。
然而Android良好的扩展性和丰富的硬件支持已经使它扩展到平板电脑、可穿戴设备、智能家居等领域。
目前，Android已经超越Apple的IOS，成为全球用户最多的智能手机操作系统12。
自从Android问世以来，三星、联想、魅族等数百家手机制造商陆续推出了基于Android操作系统的智能手机或平板电脑，迅速构建了强大的Android阵营。
作为市场份额最高的移动端操作系统13，Android具有如下特点。
（1）应用框架可以重复使用，组件可以替换。
（2）针对移动终端优化的Dalvik虚拟机。
（3）提供了优化的图形系统，支持2D、3D图形渲染。
（4）内嵌了基于WebKit引擎的手机浏览器。
（5）提供了嵌入式数据库SqLite保存结构化数据。
（6）支持多种音频、视频格式的多媒体函数库。
（7）提供了GSMTelephony。
（8）支持Bluetooth通信和3G、WiFi联网。
（9）丰富的开发环境，包含模拟器和基于Eclipse的一系列插件。
2.2Android系统架构Android系统架构是指Android操作系统的组成结构，是开发人员编写应用程序的基础1415。
它由五部分组成，分别是：
应用程序、应用程序框架、Android运行时、系统库和Linux内核。
下面对这五部分进行详细介绍。
第二章相关知识和技术基于Android的智能家居APP的设计与实现62.2.1应用程序应用程序这里的应用程序是指Android平台的原生APP，如图2-1所示，主要包括地图、日历、浏览器等。
开发人员可以使用Java语言开发类似应用程序，替换这些系统APP。
相比于其他移动端操作系统把软件固化在系统内部，这种方式更加开放和灵活。
应用程序Home地图日历浏览器.图2-1Android应用程序2.2.2应用程序框架应用程序框架应用程序框架是开发Android应用的基础。
它为开发者提供了十大组件，如图2-2所示。
开发人员可以通过这些组件快速构建应用程序，也可以通过继承机制进行个性化的拓展，为APP定制特有组件。
应用程序框架活动管理器窗口管理器内容提供器视图系统包管理器电话管理器资源管理器位置管理器通知管理器XMPP服务图2-2Android应用程序框架
（1）通知管理器：
可以使应用程序在手机顶部的状态栏中显示邮件、通知、短信等提示信息。
（2）视图系统：
构成应用程序的组件，例如：
按钮、文本框等。
（3）活动管理器：
管理所有应用程序的生命周期。
（4）包管理器：
以包的形式组织应用程序。
（5）窗口管理器：
管理所有的窗口程序。
（6）电话管理器：
管理手机的通话功能。
（7）内容提供器：
可以让应用与应用之间互相存取、分享数据。
基于Android的智能家居APP的设计与实现第二章相关知识和技术7（8）位置管理器：
管理基于位置的服务。
（9）资源管理器：
管理布局文件、图片、音视频等资源文件。
（10）XMPP服务：
提供GoogleTalk服务。
Google设计开发Android时就考虑了组件的重用。
在Android中，任何一个应用都可以发布它的功能块，而其它应用都可以使用该功能块。
基于这样的重用机制，用户可以根据自己的爱好替换平台内置的应用程序，以定制个性化的系统。
2.2.3Android运行时运行时Android运行时是运行Android应用程序的场所。
Android运行时包括核心库和Dalvik虚拟机两部分，如图2-3所示。
Android运行时核心库Dalvik虚拟机图2-3Android运行时
（1）核心库：
核心库为开发人员提供了大部分JavaAPI和核心的AndroidAPI。
在Android平台上，不是用一个Dalvik虚拟机同时执行多个应用程序，而是每个Android应用程序都由一个独立的Dalvik虚拟机运行在自有进程中，这和普通Java程序存在很大的区别。
（2）Dalvik虚拟机：
Dalvik虚拟机是一种专门为移动设备设计的缓存器型态的虚拟机。
Dalvik虚拟机在很多方面都参考了Java虚拟机。
但是Dalvik虚拟机运行的中间码不是Java字节码，而是由Java字节码转换来的只存在于Dalvik上的dex格式中间码。
此外，Java虚拟机基于栈运行，而Dalvik虚拟机基于寄存器运行。
从效率层面考虑，基于寄存器的虚拟机把所有变量都存放于寄存器中，因此需要的资源就会更少，速度就会更快，甚至可以在硬件层面实现虚拟机。
2.2.4系统库系统库系统库为应用程
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