开题报告-基于物联网的智能家居设计与实现

毕业设计（论文）开题报告题 目： 基于物联网的智能家居设计与实现学 院： 软件学院专业名称： 软件工程班级学号： 10204221学生姓名： 程超指导教师： 韩海峰填 表 日 期 2013 年 12 月 2 日南昌航空大学东软班 开题报告11、选题依据、目的和意义1.1 选题依据随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智能化社会，人 们 对 工 作 、 生 活 等 环 境 的 要 求 也 越 来 越 高 ， 其 中 正 在 兴 起 的基 于 物 联 网 技 术 的 智 能 家 居 则 是 依 照 人 体 工 程学原理，融合个性需求，将感应器嵌入到与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、地板采暖等中，通过现有网络链接、控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验，基于物联网的智能家居在未来社会中必将扮演重要角色。1.2 选题目的和意义现代社会，商品经济竞争日益激烈，工作节奏不断加快。对于全身心投入竞争的人们，家务工作方面必然力不从心，家务管理因此就显得尤为重要。智能家居控制器可以提供智能控制方案，使家庭主人在处理家务方面，即快捷又省力。还提供舒适健康的环境，可以监视室内的温度、湿度，进而控制空调机的运行，达到人工模拟大自然的气息。使人们将来足不出户就能体验和享受到身临大自然的美好境地。加大了处理紧急情况的力度、增强了住户无人在家时的安全感，使人们能够全身心地投入工作，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。由于信息技术的大力普及和应用，极大推动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靠的技术保障，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网作为主干网，实现交互式数字视频业务。系统硬件要求1 小区物业管理智能化系统的硬件有信息网络、计算机、公用设备、计量仪表和电子器材等。系统硬件应具有先进性，避免短期内因技术陈旧造成整个系统性能不高和过早淘汰。2 在充分考虑先进性的同时，硬件系统应立足于用户对整个系统的具体需求。应优先选择先进、适用、技术成熟，最大限度地发挥投资效益。3 无论是系统设备还是网络拓扑结构，都应具有良好的开放性。网络化的目的是实现设备资源和信息资源的共享。因此，计算机网络本身应具有开放性，并应提供标准接口。用户可根据需求，对系统进行拓展或升级。4 计算机网络选择和相关产品的选择要以先进性和适用性为基础，同时考虑兼容性.系统设备应优先选择根据己有国际标准设计、生产的标准化设备，避免因兼容性差造成系统难以升级或拓展。5 随着社会的不断发展和进步，住宅小区物业管理智能化系统的规模、自动化程度会不断扩大和提高，用户的需求会不断变化。因此，系统的硬件应充分考虑未来可升级性。 南昌航空大学东软班 开题报告2二、国内外研究现状及发展趋势2.1 国外现状及发展趋势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、宽带网接入和统软件配置等。根据美国该行业之专业顾问公司 PARKS 的统计资料显示：1995 年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在 7000 至 9000 美元之间。1995 年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为 0.33%，看来市场真正启动尚需时日。预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为 8%。PARKS 公司的资料亦显示：到 2004 年，家庭网络市场总额可达 57 亿美元。据国际专家预测，到 2000 年底国际智能家居的产品销售额可达 24 亿美元。2004 年可达 148 亿美元。2.2 国内现状及发展趋势智能家居作为一个新生产业，目前处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，培育起消费者的使用习惯，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的，产业前景光明。 正因为如此，国内优秀的智能家居生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究，一大批国内优秀的智能家居品牌迅速崛起，逐渐成为智能家居产业中的翘楚!智能家居至今在中国已经历了近 12 年的发展，从人们初最初的梦想，到今天真实的走进我们的生活，经历了一个艰难的过程。智能家居在中国的发展经历的四个阶段，分别是萌芽期/智能小区期、开创期、徘徊期、融合演变期。萌芽期/智能小区期（1994 年-1999 年）这是智能家居在中国的第一个发展阶段，整个行业还处在一个概念熟悉、产品认知的阶段，这时还没有出现专业的智能家居生产厂商，只有深圳有一两家从事美国 X-10 智能家居代理销售的公司从事进口零售业务，产品多销售给居住国内的欧美用户。南昌航空大学东软班 开题报告3开创期（2000 年-2005 年）国内先后成立了五十多家智能家居研发生产企业，主要集中在深圳、上海、天津、北京、杭州、厦门等地。智能家居的市场营销、技术培训体系逐渐完善起来，此阶段，国外智能家居产品基本没有进入国内市场。徘徊期（2006-2010 年）2005 年以后，由于上一阶段智能家居企业的野蛮成长和恶性竞争，给智能家居行业带来了极大的负面影响：包括过份夸大智能家居的功能而实际上无法达到这个效果、厂商只顾发展代理商却忽略了对代理商的培训和扶持导致代理商经营困难、产品不稳定导致用户高投诉率。行业用户、媒体开始质疑智能家居的实际效果，由原来的鼓吹变得谨慎，市场销售也几年出来增长减缓甚至部分区域出现了销售额下降的现象。2005 年-2007 年，大约有 20 多家智能家居生产企业退出了这一市场，各地代理商结业转行的也不在少数。许多坚持下来的智能家居企业，在这几年也经历了缩减规模的痛苦。正在在这一时期，国外的智能家居品牌却暗中布局进入了中国市场，而活跃在市场上的国外主要智能家居品牌都是这一时期进入中国市场的，如罗格朗、霍尼韦尔、施耐德、Control4 等。国内部分存活下来的企业也逐渐找到自己的发展方向，例如天津瑞朗等，用 X10，深圳索科特做了空调远程控制，成为工业智控的厂家。融合演变期（2011-2020 年）进入 2011 年以来，市场明显看到了增长的势头，而且大的行业背景是房地产受到调控。智能家居的放量增长说明智能家居行业进入了一个拐点，由徘徊期进入了新一轮的融合演变期。接下来的三到五年，智能家居一方面进入一个相对快速的发展阶段，另一方面协议与技术标准开始主动互通和融合，行业并购现象开始出来甚至成为主流。接下来的五到十年，将是智能家居行业发展极为快速，但也是最不可琢磨的时期，由于住宅家庭成为各行业争夺的焦点市场，智能家居作为一个承接平台成为各方力量首先争夺的目标。谁能最终胜出，我们可以作种种分析，但最终结果，也许只有到时才知。但不管如何发展，这个阶段国内将诞生多家年销售额上百亿元的智能家居企业。国内相关政策截止 2013 年，全球范围内信息技术创新不断加快，信息领域新产品、新服务、新业态大量涌现，不断激发新的消费需求，成为日益活跃的消费热点。我国市场规模庞大，正处于居民消费升级和信息化、工业化、城镇化、农业现代化加快融合发展的阶段，信息消费具有良好发展基础和巨大发展潜力。我国政府为了推动信息化、智能化城市发展也在 2013 年 8 月 14 日发表了关于促进信息消费扩大内需的若干意见，大力测发展宽带普及、宽带提速，加快推动信息消费持续增长，这都为智能家南昌航空大学东软班 开题报告4居、物联网行业的发展打下了坚实的基础。政策摘要：增强信息产品供给能力鼓励智能终端产品创新发展。面向移动互联网、云计算、大数据等热点，加快实施智能终端产业化工程，支持研发智能手机、智能电视等终端产品，促进终端与服务一体化发展。支持数字家庭智能终端研发及产业化，大力推进数字家庭示范应用和数字家庭产业基地建设。鼓励整机企业与芯片、器件、软件企业协作，研发各类新型信息消费电子产品。支持电信、广电运营单位和制造企业通过定制、集中采购等方式开展合作，带动智能终端产品竞争力提升，夯实信息消费的产业基础。三、研究的主要内容及实验方案3.1、毕业设计的主要研究内容一、智能灯光控制实现对全宅灯光的智能管理，可以用遥控等多种智能控制方式实现对全宅灯光的遥控开关，调光，全开全关及“会客、影院”等多种一键式灯光场景效果的实现；并可用定时控制、电话远程控制、电脑本地及互联网远程控制等多种控制方式实现功能，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能。优点：1、控制：就地控制、多点控制、遥控控制、区域控制等。2、安全：通过弱电控制强电方式，控制回路与负载回路分离。3、简单：智能灯光控制系统采用模块化结构设计，简单灵活、安装方便。4、灵活：根据环境及用户需求的变化，只需做软件修改设置就可以实现灯光布局的改变和功能扩充。二、智能电器控制电器控制采用弱电控制强电方式，即安全又智能，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对在家里饮水机、插座、空调、地暖、等进行智能控制，避免饮水机在夜晚反复加热影响水质，在外出时断开插排通电，避免电器发热引发安全隐患；以及对空调地暖进行定时或者远程控制，让您到家后马上享受舒适的温度和新鲜的空气。优点：1、方便：就地控制、场景控制、遥控控制、电话电脑远程控制、手机控制等。2、控制：通过红外或者协议信号控制方式，安全方便不干扰。3、健康：通过智能检测器，可以对家里的温度、湿度、亮度进行检测，并驱动电器设备自动工作。南昌航空大学东软班 开题报告54、安全：系统可以根据生活节奏自动开启或关闭电路，避免不必要的浪费和电气老化引起的火灾。三、安防监控系统随着人们居住环境的升级，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全，对人、家庭以及住宅的小区的安全方面提出了更高的要求；同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，要保障小区的安全，防止偷抢事件的发生，就必须有自己的安全防范系统，人防的保安方式难以适应我们的要求，智能安防已成为当前的发展趋势。视频监控系统己经广泛地存在于银行、商场、车站和交通路口等公共场所，但实际的监控任务仍需要较多的人工完成，而且现有的视频监控系统通常只是录制视频图像，提供的信息是没有经过解释的视频图像，只能用作事后取证，没有充分发挥监控的实时性和主动性。为了能实时分析、跟踪、判别监控对象，并在异常事件发生时提示、上报，为政府部门、安全领域及时决策、正确行动提供支持，视频监控的“智能化”就显得尤为重要。优点：1、安全：安防系统可以对陌生人入侵、煤气泄漏、火灾等情况提前及时发现并通知主人；2、简单：操作非常简单可以通过遥控器或者门口控制器进行布防或者撤防。3、实用：视频监控系统可以依靠安装在室外的摄像机可以有效的阻止小偷进一步行动，并且也可以在事后取证给警方提供有利证据。3.2、实验方案1、灯光插座控制，市面上的产品在方案上分为两种有线控制有线控制的结构为将控制器放置于强电箱内，开关和中控主机分别通过弱电控制线路进行控制优点在于，安全稳定缺点在于，方案设计要求高，线路架设要求高，后期拓展改动困难。这种方式在智能家居发展初期使用较多，是从工业控制转变而来。主要适用大面积的商用场所等有专人集中管理的场所无线控制无线控制的结构，大体上与传统的家装布线方式一样，摇控开关直接控制灯光，中控主机发射无线信号控制开关的工作状态。优点：安装和布线简单，较传统方式几乎没有区别缺点：国内的315/433RF 形式的无线开关，在信号覆盖等问题上有一些缺陷，南昌航空大学东软班 开题报告62.4G Zigbee 无线方式的产品看视没有以上问题，但因核心技术依赖进口，未成功的开发出同类产品，价格比其它国产的 RF 开关一样，距离更短，我在下面的产品选购版块会详细说明。2.4GZigbee 原本也不是民用，是工业技术，是低流量的WIFI，但随着 WIFI 的大规模运用， Zigbee 除了在中国是被炒作的概念，在国外的使用量也越来越少。注：Zigbee 与 WIFI 都是基于802。2、电动窗帘，电动门窗等电动窗帘和门窗，属于黑色电器，即为只需要控制电源通断和极性即可的电气设备，所在在控制上是属于比较简单的一种，只需要铺设好电源线，留过控制器的安装地点即可，中控主机与控制器之间，以无线信号连接就 OK 了。3、安防系统安防系统，基本可以分为两个块，1、是监控录像2 、防闯入报警。这两类在结构上都有无线与有线两种。我个人认为，安防系统，即然跟安全相关，在稳定可靠性上比控制系统的要求会更高，所以在此我推荐使用有线结构，在方案设计上，建议咨询相关的专业人业，所以在此我不做详细说明。安防系统在和智能主机的对接上，很多客户会，选择带安防功能的智能主机，我认为这种方式是不妥的，其实安防与中控设备是两个概念，安防只是智能控制里的一个子系统而以，只要是标准专业的智能中控主机都是可以对接控制的，而市面上多数的带安防功能的主机出现，是因为多数厂家之前都是从事安防设备的，突出了安防，弱化了智能中控。所以我建议，优先选择智能中控系统，再配套专业的安防设备，因为专业的安防设备除了要求更高外，厂家都会为系统投保，这样您家庭财产相当于上了双保险，即有事前防护，又有事后赔付。所以在全球安防行业，被大量应用的就是 RF433、315，因此 RF 是被大量应用及验证过的技术。四、目标，主要特色及工作进度4.1 目标：实用便利智能家居最基本的目标是为人们提供一个舒适、安全、方便和高效的生活环境。对智能家居产品来说，最重要的是以实用为核心，摒弃掉那些华而不实，只能充作摆设的功能，产品以实用性、易用性和人性化为主。在设计智能家居系统时，应根据用户对智能家居功能的需求，整合以下最实用最基本的家居控制功能：包括智能家电控制、智能灯光控制、电动窗帘控制、防盗报警、门禁对讲、煤气泄露等，同时还可以拓展诸如三表抄送、视频点播等服务增值功能。对很多个性化智能家居的控制方式很丰富多样，比如：本地控制、遥控控南昌航空大学东软班 开题报告7制、集中控制、手机远程控制、感应控制、网络控制、定时控制等等，其本意是让人们摆脱繁琐的事 务，提高效率，如果操作过程和程序设置过于繁琐，容易让用户产生排斥心理。所以在对智能家居的设计时一定要充分考虑到用户体验，注重操作的便利化和直观 性，最好能采用图形图像化的控制界面，让操作所见即所得。可靠性整个建筑的各个智能化子系统应能二十四小时运转，系统的安全性、可靠性和容错能力必须予以高度重视。对各个子系统，以电源、系统备份等方面采取相应的容错措施，保证系统正常安全使用、质量、性能良好，具备应付各种复杂环境变化的能力。标准性智能家居系统方案的设计应依照国家和地区的有关标准进行，确保系统的扩充性和扩展性，在系统传输上采用标准的 TCP/IP 协议网络技术，保证不同产商 之间系统可以兼容与互联。系统的前端设备是多功能的、开放的、可以扩展的设备。如系统主机、终端与模块采用标准化接口设计，为家居智能系统外部厂商提供集 成的平台，而且其功能可以扩展，当需要增加功能时，不必再开挖管网，简单可靠、方便节约。设计选用的系统和产品能够使本系统与未来不断发展的第三方受控设 备进行互通互连。方便性布线安装是否简单直接关系到成本，可扩展性，可维护性的问题，一定要选择布线简单的系统，施工时可与小区宽带一起布线，简单、容易；设备方面容易学习掌握、操作和维护简便。系统在工程安装调