基于树莓派的实时数据收集和智能设备控制开题报告

华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文）开题报告 论文题目 基于树莓派的实时数据收集和智能设备控制 学 院 机械工程学院 专业班级 14机电二班 姓 名 李宗熹 学生学号 201430103021 指导教师 冯梓安 填表日期 2017年9月11日 姓 名李宗熹开题时间2017.9.11学 院机械工程学院专业班级14机电二班指导教师（导师组）冯梓安论文题目中文基于树莓派的实时数据收集和智能设备控制 外文Real time data collection and intelligent device control based on raspberry pi目录第一章绪论1.1选题的背景和意义 第二章研究方向2.1研究目标、内容（论文提纲）及拟解决关键问题2.1.1本次设计的内容2.2研究方法及技术路线2.3研究工作基础第三章 主要参考文献及出处第四章 实施计划第五章 论文提纲第一章 绪论1.1选题的背景和意义 随着现代社会智能化的普及程度越来越大，智能设备也逐渐从专业领域专用普及到民用领域，比如智能家居就是从这一时代背景中发展起来，并逐渐成熟成为又一有力的经济行业。本课题就是基于这一时代背景，尝试从简单的智能设备控制开始，研究一个轻便，低成本的家用控制系统，踏入智能家居这一领域。第二章 研究方向2.1 研究目标、内容（论文提纲）及拟解决关键问题本次设计的研究目标是制作出一款，同时带有摄像头监控功能，天气预测功能，远程控制功能，并通过家庭局域网显示在自制网页上的家庭安保系统。2.1.1本次设计的内容1、基于opencv-python对摄像头进行操作（开启或关闭），并进行图像处理；2、基于树莓派的PWM电机控制，主要用于对摄像头对准位置进行操作；3、基于树莓派的传感器控制，如光敏电阻，温度传感器等，读取处理数据并输出；4、树莓派串口数据读取；5、基于HTML5，CSS3，JavaScript和flask框架的web网页开发；6、基于socket套接字，进行ip远程控制；本次设计的拟解决关键问题为：1、如何在确保数据安全保障的情况下，分别通过外网和局域网对设备进行控制；2、数据的储存管理。2.2研究方法及技术路线本次设计是主要基于Python，JavaScript，C语言和标记语言四种编程语言进行开发，因此必须在计算机上多次尝试并直至成功为止。本次设计的研究主要先从页面的开发开始，因为这是显示研究成果的最重要途径，最后的成果都将显示在网页上。本次网页的开发是基于python flask框架和Intellij Idea软件的标记语言和JavaScript脚本语言，因此在设计初期应该先做出页面的雏形和基础框架，方便以后显示数据和在页面上进行操作。然后就是硬件的数据获取，包括arduino的传感器的数据和摄像头获取的视频文件，用于显示在网页上。最后是通过页面进行设备控制，现阶段打算使用python自带的串口连接功能对arduino进行控制，再由arduino输出对应的pwm信号控制对应的电机。2.3研究工作基础鉴于以上说明，本次设计需要用到四种编程语言和一定的单片机知识，因此需要学习过单片机和python语言，并有一定的web开发基础。而且树莓派是一款基于linux系统的微型芯片电脑，因此需要学习linux系统的命令知识。第三章 主要参考文献及出处1Python网络编程 ：第3版/（美）布兰登罗德，（美）约翰，格岑；诸豪文译. 北京：人民邮电出版社，2016.92Python核心编程 ：第3版、（美）春（Chun，W.）著；孙波翔，李斌，李晗译. 北京：人民邮电出版社，2016.63 Flask Web开发 : 基于Python的Web应用开发实战 /(美) 格林布戈 (Grinberg,M.) 著 ; 安道译. - 北京 :人民邮电出版社, 2015.14Python面向对象编程指南/（美）洛特 著；张心韬，兰亮译. 北京：人民邮电出版社，2016.35Python实战开发 / 日本BePROUD股份有限公司著 ； 盛荣译 北京：人民邮电出版社，2014.66Python计算机视觉编程 /（美索利姆 著；朱文涛，袁勇译. 北京：人邮电出版社,2014.77深入浅出Python：中文版/（美）巴里著；林琪等译， - 北京：中国电力出版社，2012.38HTML5和CSS3编程到基础到应用、祝红涛等编著. 北京：清华大学出版社，20149用Python写网络爬虫 /（澳大利亚）理查德劳森 著；李斌译. 北京：人民邮电出版社，2016.910Python绝技：运用Python成为顶尖黑客 / （美）奥科罗 著；崔孝晨等译. 北京：电子工业出版社,2016.1第四章 实施计划本次设计主要涉及web开发，传感器的应用与电机控制和linux环境开发，由于最终开发结果集中显示在网页上，因此优先开始web开发。本次web开发是基于python flask，这是一款流行的轻量级框架，应用于很多知名网站，比如豆瓣。本次选择这款框架是因为它拥有众多便利而强大的第三方库，可以节省很多时间和精力，同时可以借助这些成熟的功能来避免出现严重的bug。本次设计的网站主要包含以下几大功能：1、监控视频的观看；2、控制智能设备；3、显示传感器收集的数据。要实现以上功能，需要使用一款强大而轻便的开发板，而最终选择为树莓派。相对于传统开发板来说，树莓派和大多数嵌入式开发板（以及包括PCduino、Intel Galileo等硬件平台，甚至Arduino和单片机开发板等低端平台）基本功能是完全相同的，都是一台电脑，都有GPIO和各种硬件接口，但由于其更丰富的硬件模块和可在linux系统环境中进行开发，同时可以连接屏幕，这令它看起来更像一款功能完善的微型电脑。准备好网页雏形和硬件平台后，就需要开始硬件设备的应用。以下根据以上几个功能分别说明。1、需要完成监控视频的观看，首先必须要有一个摄像头。经过测试，普通的USB摄像头即可应用（一般为3040人民币）。Python拥有的第三方库python-opencv同样是一个非常强大的图片处理模块，本次使用它来实现开启摄像头并录影的功能。2、树莓派拥有自带的GPIO，因此不需接入其他开发板，这不仅节约了成本，而且也使成品体积更小更轻便节能。本次控制的智能设备主要都是通过电机驱动，因此pwm是不可缺少的。本次使用 RPI.GPIO 模块自带的脉宽调制（PWM）功能，这比普通单片机的PWM功能实现更加简单，但同时有用。3、本次设计需要收集温度数据，湿度数据和光亮度数据，分别就需要温度传感器湿度传感器和光敏电阻，这几个模块在淘宝网轻易就可以找到。如上面所说，树莓派拥有自带的GPIO，可以用来对传感器进行操作。温度湿度传感器使用DHT11模块，DHT11作为一个廉价配件，同时包含了温度、湿度传感器，而且，编码使用也非常简单。光亮度数据使用光敏电阻传感器收集。序号计划项目预计完成时间备注1搭建树莓派硬件平台，学习python-opencv模块的使用和linux指令。2017年8月-9月2学习flask框架和JavaScript知识，做出网页雏形。2017年9月-10月3在网页雏形的基础上制作传感器系统和实时监控系统，进一步完善网页。2017年10月-11月4优化系统，进行毕业论文编写。2017年11月-12月第五章 论文提纲第一章 绪论1.1 选题背景和意义1.2基于树莓派的实时数据收集和智能设备控制概述1.3 国内外关于基于树莓派的实时数据收集和智能设备控制的研究1.4 课题设计的主要内容1.5 本章小结第二章 基于树莓派的实时数据收集和智能设备控制系统总体设计2.1 开发平台的比较与选择2.2 开发框架的比较和选择2.3 传感器的比较与选择2.4 本章小结第三章 网页设计3.1 flask框架3.1.1 flask框架原理3.1.2 jinja2引擎简介3.1.3 flask自带库和第三方库3.2 HTML5,CSS3和JavaScript3.2.1 HTML5，CSS3和JavaScript原理3.2.2 JavaScript框架jQuery的原理3.2.3 jQuery的使用3.3 网页设计3.3.1 主页面3.3.2 登录页面3.3.3 注册页面3.3.4 重置密码页面3.3.5 更改资料页面3.3.6 实时监控页面3.3.7 智能设备操作页面3.4 本章小结第四章 传感器系统设计4.1 温湿度传感器4.1.1 DHT11传感器原理4.1.2 树莓派应用 DHT11传感器4.1.3 网页对DHT11数据的处理4.2 光敏电阻4.2.1 光敏电阻传感器4.2.2 树莓派应用光敏电阻4.2.3 网页对光敏电阻的处理4.3 本章小