开题报告---基于智能手机平台的WEB遥控器程序设计.doc

毕业设计（论文）开题报告系（部）： 计算机与信息工程系 2011 年 2月21 日 课题名称基于智能手机平台的web遥控器程序设计学生姓名专业班级课题类型软件工程指导教师职称课题来源工程实际1. 说明选题的依据和意义21世纪，网络与信息技术得到了高速发展。各种新技术的综合应用打破了人们传统的生产、生活方式，给人类社会带来了巨大的变化。借助信息技术所取得的成就，以及人们生活质量和居住条件的不断提高，人们的家庭住宅需求概念也发生了彻底变革，从以往追求居住空间的宽敞豪华向着享受现代化精神内涵与浪漫情趣的方向发展。人们更加渴望将家庭中各种电气设备通过一定的通讯手段连接到一起，使生活更加舒适、方便。而智能家居正好满足了社会的这种需求，它通过家庭网络把各种信息设备和住宅设备有机的连接起来，并通过一定的控制策略协调彼此的工作状态，从而构成舒适安全的信息化居住空间，满足了人们在家庭生活中、工作中、娱乐中和交流中的需要，同时还可以提供安全防护、物业管理的手段。 家居控制器可以提供多种智能控制方案，使人们在处理家庭事物方更加快捷，省力。智能家居系统还可以提供舒适的健康环境，通过配置相应的传可以有效监视室内的温度、湿度和亮度，进而控制空调、窗帘和照明系统的运行而提供更加适宜的生活空间。另外通过各类安防传感器，提高了人们及时发现和紧急情况的能力。配备internet接入功能后更增强了远程监控的能力，增加了住安全感，使人们能够全身心地投入到工作，从而提高生活质量。住宅智能化控制的开发与建设是21世纪发展的必然趋势。信息技术的大力普应用，极大的推动了住宅小区智能化建设的进程，更为住宅小区智能化提供了可技术保障，使其实施起来更加容易和简捷。智能信息家电及智能家居系统具有安方便、高效、快捷、智能化、个性化的独特魅力，它对于改善现代人类的生活适创造舒适、安全、便利的生活空间有着非常重要的意义。根据智能家居技术发展方向，再结合现代人对于居住环境舒适、方便、安全等多方面的要求，未来智能家居的发展趋势主要有以下几点：（1）采用功耗低、功能强大的嵌入式微处理器，在嵌入式操作系统平台的支持下，使智能家居成为包括安防、对讲、信息、家电控制、家庭数字影音为一体的智能化家居平台；（2）传输方式逐步走向多网合一，安防、对讲、门禁、抄表逐步走向统一的以太网连接。多网合一将大大减少对施工和维护的复杂度，而且提高了传输的可靠性；（3）从有线传输逐步走向无线。无线传输的特点就是灵活，其移动性和可扩展性是有线传输方式无可比拟的。目前，针对建立高效率、低成本和网络化的智能家居终端，国内外的许多公司都提出了相应的解决方案，中国国内市场相关产品还较少，国际上的产品价格较高且还没有进入国内市场，随着市场的高速膨胀，产生的商机将是非常巨大的1。 现在市场上的大部分智能家居远程控制系统都是通过在智能手机上下载安装基于c/s架构的专有客户端来进行远程控制。但是c/s架构不可避免牵涉到操作系统。现在主流智能手机操作系统有的苹果的ios，谷歌的android，诺基亚的symbian，meego，微软的windows phone7等等。虽然用户有了更多的选择，但是对于广大开发人员却是一个大难题：多平台客户端程序开发。互联网web应用发展迅速为开发者提供了解决方案，鉴于市场上的大部分智能手机都有功能强大的浏览器可用其来浏览web网页，客户就可以通过本项目开发成果对家庭智能设备进行远程操作，无需繁琐的客户端下载安装过程，对于开发团队也就省去了平台移植的开发成本。因此本课题很具有实际应用价值。本课题要实现的是用户安装这套系统后可以使用智能手机上的浏览器登录网站并通过验证在网页上对家庭智能设备进行远程控制。本课题采用的编程语言等：服务器端运行的php，数据库mysql，网页端前台运行html，需要时候嵌入javascript等脚本语言。为什么选择php：(1).便捷性：程序开发快，运行快，技术本身学习快。嵌入html：因为php可以嵌入html语言，它 相对于其他语言，编辑简单，实用性强，更适合初学者。(2).免费性：与其他技术相比php是免费的。(3).跨平台性强：由于php是运行在服务器端的脚本,可以运行在unix、linux、windows下。(4).效率高：php由于高效的内存管理，消耗相当少的资源。(5).图像处理：用php动态创建图像。(6).面向对象：php5中面向对象有了很大的改进，现在的php完全可以用来进行大型商业程序的开发。(7).mysql和php的结合，简单又高效。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述智能化住宅小区在发达国家起步较早，自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和系统软件配置等。1998年以来，信息家电受到信息、家电、通信厂商的广泛关注，许多公司把信息家电作为重要的发展方向，有的公司甚至认为信息家电是it产业继pc之后第二个最为重要的产品。应用于智能化居住小区的基础产品，在发达国家已经成系列。美国、意大利、西班牙等国的产品，相当一部分已通过了国际质量认证，在国际市场上占据优势,其中典型的例子是世界首富比尔盖茨的“未来之屋”2。 利用智能家居控制器可以提供多种智能控制方案，使人们在处理家庭事物方面，更加快捷，省力。智能家居系统还可以提供舒适的健康环境，通过配置相应的传感器可以有效监视室内的温度、湿度和亮度，进而控制空调、窗帘和照明系统的运行，从而提供更加适宜的生活空间。另外通过各类安防传感器，提高了人们及时发现和处理紧急情况的能力。配备internet接入功能后更增强了远程监控的能力，增加了住户的安全感，使人们能够全身心地投入到工作，从而提高生活质量3。 远程监控与操作功能主要包括：通过嵌入式web server，将家居设备与internet相连，使用户可以通过远程浏览控制器主页实现家居设备的监控、诊断、测试、管理等远程操作功能。通过web智能家居控制器要完成远程控制功能，就必须对其实现internet接入。利用智能网关对信息进行tcp/ip协议处理，使之成为可以在以太网上传输的ip数据包。关于嵌入式web server智能家居控制器的网络接入问题，目前国内外有以下几种嵌入式internet接入方案：(1)pc网关+专用网采用专用网络把一小批单片机连接在一起，然后再将其连接到一个pc上，该pc作为网关将专用网络上的信息转换为tcp/ip协议数据包，然后发布到网上实现信息共享，这种方案可以连接多种单片机。专用网可以理解为mcu（微处理器）与webchip（独立于各种微控制器的专用网络接口芯片）相结合组成的网络。webchip通过标准的输入、输出口与各种mcu相连。mcu通过webchip与网关连接即可接收并执行经由internet远程传来的命令，或将数据交给webchip发送出去45。以武汉力源公司的ps2000芯片为例，该芯片内部固化了mcunet协议。它通过spi三线串口与mcu应用系统连接，通过17条指令与mcu应用系统交换信息。ps2000的另一端以rs232、rs485或modem等接口电路与基于pc平台的网关相连。mcunet网络协议由ps2000完成。使用专用网络接口芯片webchip的主要优点是：对mcu应用系统的设计工程师来说，无需熟悉复杂的网络协议及其接口，对mcu芯片来说，对运行速度和存储器容量等方面无特殊要求，软件设计接口只需要增加一小段接口程序，其它无需做大的改动。这样既在程序上简化了应用设计的工作量，又可以缩短mcu应用系统的设计周期。但该方法也存在一些缺点：首先，它需要依赖pc机做网关进行协议转换，在多个单片机系统分散的情况下，专用网络布线极为不便；其次，需要在pc机上安装专门的协议转换软件，该软件通常由专门的第三方软件商提供，一般费用较高。 (2)高档mcutcp/ip协议在采用高档处理机加tcp/ip协议方式的处理方案中，mcu处理机像pc机一样直接处理tcp/ip协议。系统需要一个高档的mcu处理机，以及一些单周期指令速度较高的8位mcu。对tcp/ip协议的具体处理主要有两种方法。一种方法是采用嵌入式实时操作系统rtos，用软件方式直接处理tcp/ip协议。这种方式十分灵活，能按用户需求实现很多复杂的功能，但是灵活的前提条件是增加了开发的复杂度。另一种是采用固化了tcp/ip协议的硬件芯片，如seiko instruments公司的s7600a等，它支持http、smtp、pop3、mime等多种协议，通过外部硬件电路处理tcpip协议。也可使用ubicom公司（原scenix公司）的sx单片机加虚拟外设的方式实现。sx单片机的最大特点是支持虚拟外设，将许多功能模块（如dtmf接收与发送、tcp/ip协议等）设计成软件功能模块，需要使用某功能时直接调用相应模块，其效果等同于安装对应硬件外设电路67。这两种方式类似于先在mcu上实现pc机加网卡的功能，再让mcu直接处理tcp/ip协议，此方案存在如下缺点：高档单片机价格较贵，开发周期较长；需购买昂贵的rtos开发软件，对开发人员的开发能力要求较高；rtos内部实现的tcp/ip协议栈是通用的，针对性不强，难免有相对于具体应用多余的代码，不能保证代码的尽量精简8。(3)低档mcu+精简tcp/ip协议根据嵌入式应用的特点，将tcp/ip协议栈做大幅度的简化，只保留其中最核心的部分，大幅度减少对系统资源的需求，从而可在低成本、低速度、小内存的mcu上实现网络连接。综合各个方面因素考虑，本研究课题采用第三种方案。具体研究对象采用市场上性价比最高的一款mcu三星mini2440开发板+精简的tcp/ip协议，其中主要使用的协议是udp，tcp910。3. 研究内容及步骤智能家居远程控制系统中的软件包括基础软件和应用软件，其中基础软件包括操作系统、数据库、web服务器，应用软件是运行在基础软件之上，完成控制功能的软件。本课题研究的内容是智能家居远程控制系统中应用软件web远程浏览控制功能的软件的设计和实现。本项目是主要由三部分软件共同完成通过web远程浏览和控制智能家居系统的功能：(1) web服务器软件智能家居远程浏览控制系统软件中的基础构件，负责接收来自internet的http报文，解析http报文中的参数提供给web应用，向web客户端发送http响应报文。在这些基础功能之上，web服务器还提供连接管理，安全机制等更高级的功能。internet的接入和web服务器软件的正确安装和运行是实现通过web浏览和控制智能家居系统的基础。因为智能家居远程控制系统需要具有可实现动态交互、自动更新等特点，web服务器会针对用户的输入信息做出相应的响应。cgi（common gateway interface，公共网关接口）主要实现在html文档与服务器应用程序之间传递信息。(2) web远程浏览控制软件web远程浏览控制软件是架设在web服务器之上的web应用（又称web服务）。它的功能是接收web服务器上传的http协议数据，将其转化为智能家居网络的控制报文，建立并维护与智能家居网络的连接，将报文发送给智能家居网，等待接收响应报文。 本项目软件简单应用实例说明：以用户通过internet打开家庭内部一盏关闭的灯的控制操作为例。用户在web页面上看到灯的当前状态是关闭的，他（她）在页面上完成打开的操作，此时标识这盏灯的设备实例号和代表打开动作的参数就被封装到http协议报文中，由web客户端通过internet网络发送到web服务器上，由web服务器从http报文中提取出灯的设备实例号和操作参数，上传给web远程浏览控制软件，控制软件接收到这些参数后，经过一系列的应用逻辑处理，比如判断用户有无打开这盏灯的权限，web服务器上传的参数是否正确完全等，然后调用家庭智能网关总控模块生成专有通讯协议的服务报文，将报文交给协议栈进行传输，并等待接收智能网关反馈的包含操作结果的响应报文，一旦接收到响应报文，控制软件将响应报文中代表操作结果信息的参数解析出来，转化成http协议参数，下传给web服务器，web服务器将这些参数包装到http响应报文中，发送到web客户端，web客户端以web页面的形式将操作结果展现在用户面前。 (3) cgi程序cgi全称common gateway interface（公共网关接口），可以实现从客户端将信息传递给web服务器，再由web服务器启动指定的程序完成特定的工作。它为web服务器提供了一个信息服务的标准接口，通过这个接口，web服务器能够执行cgi应用程序并将结果（如文字、图形、声音等）回送给客户端浏览器。cgi主要实现在html文档与服务器应用程序之间传递信息。当web server和客户端之间建立起tcp/ip连接之后，用户通过浏览器向web server发出一个含有可执行应用程序的http请求，而不仅仅是一个静态html文档；web服务器接收到客户端的请求后，运行指定的应用程序读取与请求相关的信息，从而获取请求中所含的数据；web服务器将这些数据传递给指定的cgi程序，并运行该程序；cgi程序运行结束，生成html页面，再由web服务器将html页面回送给客户端；最后，由客户端浏览器解释html页面，并显示出结果。11 就是用这样一个简单的程序实现了web服务器的动态交互功能，在此基础上实现了通过ie等浏览器实时读取本地智能家居控制器所采集的环境参数。4. 研究工作进度第1周 编制需求说明书明确设计的最终结果，清楚自己具体要做的内容；a. 查看相关资料，了解相关技术；b. 试用并熟悉开发工具（zend studio 8.0）；第2-3周 确定技术路线、编制详细设计说明书c. 画出系统框架图，细分实现步骤；d. 编写详细设计任务书；e. 准备并完成开题报告；第4-10周 开始进行系统设计f. 学习智能网关与客户端，与服务器之间的通信协议；g. 应用开发工具进行开发，首先编写能实现在智能网关与服务器之间建立通信通道的程序；h. 制作简单的交互界面，php编写后台代码；i. 实现远程web远程浏览控制