基于Android的智能家居系統(tǒng)設(shè)計-客戶端及云服務(wù)器的實現(xiàn)

1、客戶端及云服畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于Android的智能家居系統(tǒng)設(shè)計務(wù)器的實現(xiàn)摘要：對基于ZigBee技術(shù)對嵌入式Web的智能家居遠程監(jiān)控系續(xù)進行研究和設(shè)計。對家居設(shè)備通過Zigbee進行無線組網(wǎng)，把家居設(shè)備的信息和數(shù)字視頻傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上，在因特網(wǎng)上設(shè)立一個"無線視頻網(wǎng)關(guān)"阿里云服務(wù)器，可供外部訪問；實現(xiàn)將家居信息如溫度進行實時的顯示并進行后續(xù)的利用和控制；同時將收集各處傳輸進來的數(shù)字視頻信息進行后續(xù)的處理和識別。如入侵檢測，人臉檢測和識別等。智能家居又稱為智能住宅，在國外常用SmartHome表示。與智能家居含義近似的有家庭自動化(HomeAutomation)、電

2、子家庭(ElectronicHome、E-home)、數(shù)字家園(DigitalFamily)、家庭網(wǎng)絡(luò)(HomeNet/NetworksforHome)、網(wǎng)絡(luò)家居(NetworkHome)、智能家庭/建筑(IntelligentHome/Building)等。智能家居系統(tǒng)利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全。智能家居可以提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流通暢，優(yōu)化人們的生活方式，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。關(guān)鍵字：智能家居，ZigBee技術(shù)Thesmartho

3、mesystembasedonAndroiddesign-theclientandtherealizationofthecloudserverAbstract:basedonZigBeetechnologybasedonembeddedWebresearchanddesignofsmarthomeremotemonitoringsystem.ThehouseholdequipmentthroughtheZigbeewirelessnetwork,thehouseholdequipmentinformationanddigitalvideotransmissionontheInternetnet

4、work,ontheInternettosetupa"wirelessvideogateway"WEBserver,availableforexternalaccess;Achievereal-timedisplayinformationsuchastemperatureandhouseholdforsubsequentuseandcontrol;Atthesametime,willcollectallthetransmissionindigitalvideoinformationforsubsequentprocessingandrecognition.Suchasint

5、rusiondetection,facedetectionandrecognition,etc.SmartHomeisalsoknownasSmartHome,usuallyinSmartHomeabroad.WithIntelligenthouseholdmeaningapproximateHomeAutomation,HomeAutomation,ElectronicFamily(ElectronicHome,E-Home),DigitalHome,DigitalFamily),theHomenetwork(HomeNet/NetworksforHome),networkhousehold

6、(NetworkHome),IntelligentFamily/Building(IntelligentHome/Building),etc.Smarthomesystemusingadvancedcomputertechnology,networkcommunicationtechnology,integratedwiringtechnology,willandhouseholdlifeofthevarioussubsystemsorganicallyunifiesintogether,throughtheoverallmanagement,lethouseholdlifemorecomfo

7、rtableandsafe.Functionofsmarthomecanprovideafullrangeofinformationexchange,helpkeepfamilieswithexternalcommunicationunobstructed,optimizepeople'swayoflife,enhancethesecurityofhomelife,evenforavarietyofenergycostsavings.Keywords:intelligenthousehold,ZigBeetechnology1緒論錯誤！未定義書簽1.1 研究背景和意義錯誤！未定義書簽1

8、.2 本設(shè)計所完成的工作錯誤！未定義書簽2總括錯誤！未定義書簽2.1 智能家居發(fā)展概況錯誤！未定義書簽2.1.1 開發(fā)板主要參數(shù)錯誤！未定義書簽2.1.2 主要研究內(nèi)容錯誤！未定義書簽2.2 畢業(yè)設(shè)計總體設(shè)計方案錯誤！未定義書簽3功能設(shè)計錯誤！未定義書簽。3.1 主界面錯誤！未定義書簽。3.1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計原則錯誤！未定義書簽。3.1.2 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計錯誤！未定義書簽。3.1.3 阿里云服務(wù)器端設(shè)計錯誤！未定義書簽。3.2 客戶機終端監(jiān)控軟件設(shè)計錯誤！未定義書簽。3.3 畢業(yè)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)錯誤！未定義書簽。3.4 傳感器信息通過Zigbee傳輸錯誤！未定義書簽。3.4.1 D

9、irectShow視頻采集錯誤！未定義書簽。3.4.2 多線程技術(shù)及Socket錯誤！未定義書簽。3.5 入侵檢測功能實現(xiàn)錯誤！未定義書簽。3.5.1 功能描述錯誤！未定義書簽。3.5.2 溫控制錯誤！未定義書簽。3.5.3 人臉控制錯誤！未定義書簽。3.6 參考文獻錯誤！未定義書簽。3.6.1 總結(jié)錯誤！未定義書簽。3.6.2 畢業(yè)設(shè)計社會和經(jīng)濟效益分析。.錯誤！未定義書簽。5.總結(jié).17致謝1.81畢業(yè)設(shè)計概述1.1 智能家居發(fā)展概況智能家居是利用先進的計算機技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起的，自從美國在1

10、984真正的智能建筑出現(xiàn)以來，國外已經(jīng)有將近30年的研究歷史，而國內(nèi)在這方面的研究相對較晚，從2003年才逐步應用于高端市場，而且標準不統(tǒng)一，如海信、海爾、清華大學等大家各自為營。由于智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化和個性化的獨特魅力，使得智能家居的開發(fā)與建設(shè)成為21世紀科技發(fā)展的必然趨勢。隨著全球?qū)δ茉春铜h(huán)境的要求越來越高，而智能家居在節(jié)能方面的效果優(yōu)勢非常明顯，因此具有非常廣闊的市場前景。1.2 開發(fā)板主要參數(shù)本畢業(yè)設(shè)計所使用開發(fā)板為Real6410開發(fā)板，采用三星公司的ARM11內(nèi)核的處理器S3c6410.開發(fā)板上杯集成了123M的DDR內(nèi)存以及1GBNandFlash,同

11、時預留了256kNorFlash.底板上還提供兩個四線RS-232串口,一個USBHOST接口，一個10M/100M自適應以太網(wǎng)接口等外設(shè)。2主要研究內(nèi)容目前，各種智能家居系統(tǒng)的設(shè)計多以有線為主，但有線技術(shù)并不適用于智能家居的普及，安裝難度大以及價格昂貴的缺點限制了其發(fā)展。因此無線通信技術(shù)應用到智能家居中必將成為將來的發(fā)展趨勢和潮流。本畢業(yè)設(shè)計對家居設(shè)備通過Zigbee進行無線組網(wǎng)，把家居設(shè)備的信息和數(shù)字視頻傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上，在因特網(wǎng)上設(shè)立一個"無線視頻網(wǎng)關(guān)"阿里云服務(wù)器，可供外部訪問；將家居信息如溫度進行實時的顯示并進行后續(xù)的利用控制；同時將收集各處傳輸進來的數(shù)字視頻進

12、行后續(xù)的處理和識別。3畢業(yè)設(shè)計總體設(shè)計方案3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計原則本畢業(yè)設(shè)計主要完成智能家居的環(huán)境變量和視頻信號的監(jiān)控。整個系統(tǒng)包括一塊ARM11開發(fā)板，一個16位單片機、2個USB的CMOS攝像頭；一臺PC機（運行客戶端的監(jiān)控程序）根據(jù)功能的不同，整個系統(tǒng)可劃分由視頻采集模塊、數(shù)據(jù)壓縮、編碼模塊和視頻監(jiān)控PC等組成。采集模塊包括USB攝像頭；數(shù)據(jù)的壓縮編碼由ARM11處理器完成；視頻監(jiān)控PC完成視頻客戶端的功能；PC機完成對開發(fā)系統(tǒng)的程序開發(fā)、調(diào)試等。圖1為系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。Zigbee傳感器圖i系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)3.2 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計整個智能家居系統(tǒng)的設(shè)計可分為兩大部分：1）阿里云服

13、務(wù)器端設(shè)計；2）客戶機終端監(jiān)控軟件的設(shè)計。3.2.1 阿里云服務(wù)器端設(shè)計首先為ARM開發(fā)板定制一個合適的Linux內(nèi)核（內(nèi)核版本：Linux2.6.28）,然后對其進行裁剪，使其具有基本內(nèi)核功能，同時保留TCP/IP協(xié)議棧，串口協(xié)議以及相應的視頻編解碼模塊，使系統(tǒng)利用盡量少的硬件資源來滿足任務(wù)的處理工作。然后是開發(fā)一個運行于Linux下的阿里云服務(wù)器程序，其實現(xiàn)的基本功能是通過USB攝像頭的圖像數(shù)據(jù)采集，完成對視頻信息的獲取、壓縮和編碼（具體的編碼標準為當前較為流行的H264編碼）。然后通過TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，同時利用Socket實現(xiàn)服務(wù)器監(jiān)聽功能，這樣就可以接受來自客戶機的

14、監(jiān)控請求。具體的工作內(nèi)容如下：1)USB攝像頭的驅(qū)動程序移植；2)H264視頻編碼程序移植；3)視頻采集和傳輸?shù)膽贸绦虻脑O(shè)計；4)通過Zigbee獲取傳感御目關(guān)信息。圖2為阿里云服務(wù)器的工作流程，圖3為ARM通過網(wǎng)頁采集的視頻圖像，其IP地址為：168.192.1.1:8080,此視頻即可以通過網(wǎng)頁顯示，也可以通過相應基于I386或Linux的監(jiān)控軟件進行查看。開始III創(chuàng)建套接字舁監(jiān)聽指定端口|I視頻設(shè)備初始化:(丕有無用戶連接？蘆TW(是I創(chuàng)建線程式理用戶連接II本設(shè)計含源文件等全套資料聯(lián)系51225467431獲取代做課設(shè)畢設(shè)圖2阿里云服務(wù)器工作流程圖圖3ARM通過網(wǎng)頁采集的視頻信息3

15、.2.2客戶機終端監(jiān)控軟件設(shè)計客戶機終端監(jiān)控軟件采用MFC編寫，可實現(xiàn)來自WEB服務(wù)器端的實時視頻預覽、視頻錄制、視頻截圖及傳感器參數(shù)的實時顯示等功能。程序采用多線程技術(shù)：一個線程進行視頻信息的解碼和播放功能，另一個線程實現(xiàn)視頻錄制功能。另外還采用了視頻信息疊加的方法，可以對環(huán)境變量進行屏幕疊加，能在錄制時完成信息的錄制和再現(xiàn)。圖4為終端監(jiān)控軟件。圖4客戶機終端監(jiān)控軟件4畢業(yè)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)4.1傳感器信息通過Zigbee傳輸Zigbee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。IEEE-802.15.4規(guī)范是一種經(jīng)濟、高效、低數(shù)據(jù)速率(&l

16、t;250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術(shù)，用于個人區(qū)域網(wǎng)和對等網(wǎng)絡(luò)。本畢業(yè)設(shè)計使用Zigbee完成傳感器信息的傳輸。傳感器信息由一端Zigbee接收后發(fā)送至另一端Zigbee,然后傳入RS232串口中。具體傳輸模型如圖5所示。傳感器-ZigbeeZigbee-RS232圖5傳感器信息通過Zigbee傳輸模型4.2 DirectShow視頻采集DirectShow是微軟公司在ActiveMovie和VideoforWindows的基礎(chǔ)上推出的新一代基于COM(ComponentObjectModel)的流媒體處理的開發(fā)包。DirectShow技術(shù)對處理圖像序列或用

17、攝像機捕獲的序列尤其有用。本畢業(yè)設(shè)計使用VC開發(fā)基于DirectShow技術(shù)實現(xiàn)視頻采集。通過#pragmacomment(lib,"winmm.lib")鏈接靜態(tài)庫winmm.lib,便可以實現(xiàn)windows多媒體編程。4.3 多線程技術(shù)及Socket智能家居系統(tǒng)客戶機監(jiān)控軟件采用MFC編寫。其中關(guān)鍵技術(shù)包括多線程以及Socket()。監(jiān)控軟件中包括previewVideo線程(通過函數(shù)UINTpreviewVideo(LPVOIDvideoCtl)實現(xiàn))實現(xiàn)視頻的預覽功能以及recordVideo線程(通過函數(shù)UINTrecordVideo(LPVOIDvideoCtl

18、)實現(xiàn))實現(xiàn)視頻錄制功能。打開攝像頭后通過AfxBeginThread(previewVideo,&m_video)函數(shù)啟動previewVideo視頻預覽線程，用戶便可以通過監(jiān)控軟件預覽視頻圖像。當用戶點擊錄制視頻按鈕時，首先通過函數(shù)SuspendThread(pVideoThread->m_hThread)掛起previewVideo視頻預覽線程，然后通過函數(shù)AfxBeginThread(recordVideo,&m_video)啟動recordVideo視頻錄制線程。當用戶點擊停止錄制按鈕時，軟件通過函數(shù)ResumeThread(pVideoThread->m

19、_hThread)恢復previewVideo視頻預覽線程。終端監(jiān)控軟件通過previewVideo線程以及recordVideo線程便能很好的實現(xiàn)客戶機的視頻預覽和視頻錄制功能。線程模型如圖6所示|型JCWinTIne&d;SuspendTbread掛超*乂啟動previu；Yida線程|的線程視頻布寬。中inTlnead:Sued巳ndThr巳ad掛起巾心口叩”肥。線程'CinThread:ResumeThread:智能家居系統(tǒng)使用Socket()實現(xiàn)客戶機與服務(wù)器之間的通信。通過USB攝像頭采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行獲取、壓縮和編碼后通過TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，同

20、時在服務(wù)器端創(chuàng)建Socket()進行監(jiān)聽，來接受客戶機的請求。當客戶機發(fā)送connect()連接請求后，服務(wù)器通過accept()接收客戶機連接請求。然后服務(wù)器與客戶機之間通過send()函數(shù)和recv()函數(shù)實現(xiàn)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。Socket()通信模型如圖7所示。服務(wù)器客戶端Socket0socket()bind()1isten()connect()accept0recv().發(fā)送信息send()send0發(fā)送信息>,recv0圖7Socket通信模型4.4 入侵檢測功能實現(xiàn)為了減少網(wǎng)絡(luò)傳輸和系統(tǒng)的壓力，在視頻采集端，每采集一次圖像就對采集的數(shù)據(jù)進行一次處理。該函數(shù)設(shè)定一個圖像發(fā)生變化

21、的閾值c_lim%然后將圖像所有像素之差與閾值c_limit進行比較，如果大于閾值c_limit,則認為圖像發(fā)生了變化，否則即認為沒有變化，則不將該次采集的圖像數(shù)據(jù)寫入JPEG文件保存，這樣可以極大地提高視頻存儲的能力，同時減少各資源的浪費。4.5 利用openCV庫實現(xiàn)人臉檢測OpenCV是Intel公司面向應用程序開發(fā)者開發(fā)的計算機視覺庫，其中包含大量的函數(shù)用來處理計算機視覺領(lǐng)域中常見的問題，例如運動分析和跟蹤、人臉識別、3D重建和目標識別等。在openCV函數(shù)可編程過程中，CvSize和IpImage是兩個比較常用的結(jié)構(gòu)。CvSize結(jié)構(gòu)表示矩形尺寸的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中分別定義了矩形的寬度和高

22、度。IpImage結(jié)構(gòu)主要針對視覺方面處理。軟件實現(xiàn)中首先通過函數(shù)IpImage*cvCreateImage(cvSize(img->width,img->height),8,1)為圖像分配內(nèi)存，然后使用函數(shù)cvCvtColor(img,gray,CV_BGR2GRAY)將RGB圖像轉(zhuǎn)為灰度圖像。為了讓輸入圖像大小相同通過cvResize(gray,small_img,CV_INTER_LINEAR)對圖像進行縮放，函數(shù)cvEqualizeHist(small_img,small_img)實現(xiàn)灰度圖像直方圖均衡化。然后利用函數(shù)cvHaarDetectObjects(small_im

23、g,cascade,storage1,1.1,2,CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING,cvSize(30,30)對圖像進行臉部檢測，最后利用函數(shù)cvGetSeqElem、cvRound、cvCircle將臉部用圓圈標示。圖8為臉部檢測效果圖本設(shè)計含源文件等全套資料聯(lián)系Q：1225467431獲取代做課設(shè)畢設(shè)圖8臉部檢測效果圖5結(jié)束語畢業(yè)設(shè)計社會和經(jīng)濟效益分析。主要用途和應用范圍：1）對機要部門的監(jiān)視、控制和報警，如檔案室、文件室、金庫、博物館等；2）工廠、市場等的監(jiān)視，如工廠生產(chǎn)過程、市場、營業(yè)廳、展覽廳、貨場等的監(jiān)視；3）對交通運輸?shù)谋O(jiān)視，如公共交通、鐵路車站、鐵路調(diào)度等的監(jiān)視

24、；4）用于安全報警，如防盜、防火等的報警；5）在安全身產(chǎn)方面的應用，如煤礦等。經(jīng)濟效益：隨著人們生活水平的提高，大家對智能家居的需求越來越高，而作為中國房地產(chǎn)的配套產(chǎn)業(yè)，中國的智能家居經(jīng)過多年發(fā)展，已成為一個集控制、計算機、家電等多種新技術(shù)為一體的新興產(chǎn)業(yè)。但是，由于市場不規(guī)范、行業(yè)標準不完善，市場發(fā)展并不是很成熟，如今還處于群雄逐鹿的“戰(zhàn)國時代”.具有很大的市場潛力。社會效益：隨著哥本哈根會議和"十二五規(guī)劃"當前，當?shù)吞紲p排已成為一項國家行動，而智能家居在這方面有自己的優(yōu)勢。其不僅智能而且節(jié)能，具有較高的社會效益5.總結(jié)智能家居是系統(tǒng)性的產(chǎn)品，主要有控制器和執(zhí)行器組成。其

25、中該系統(tǒng)的通訊模式、系統(tǒng)構(gòu)架、系統(tǒng)功能等是關(guān)鍵的。市場主流智能家居產(chǎn)品的通訊模式大概有10多種。其中不乏各種國際標準和國家標準的。所以，你斷難取舍源自你題目太大而無法落地。用Zigbee方式做家居內(nèi)的I/O控制，有成熟的250KZigbee解決方案，如果你水平高，可以嘗試做IMZigbee的I/O+簡單音視頻智能家居系統(tǒng)。論文好辦，解決了物理模型后，直接把解決方案中的芯片介紹60%稱的開發(fā)感受40幅進去即可。補充說明：簡易智能聯(lián)動控制產(chǎn)品設(shè)計，也可以考慮“人體紅外感應”，可廣泛應用于走道、玄關(guān)、衛(wèi)廚、衣柜等處燈光甚至設(shè)備開關(guān)控制。資料、IC、方法等可以百度“電子設(shè)計KT-0003”，20塊錢1個。如果能將433Mhz的無線收發(fā)（市面很多解決方案，關(guān)鍵是這種融合的思路是一種創(chuàng)新）做進去，還能實現(xiàn)邏輯聯(lián)動。致謝經(jīng)過長期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成