基于安卓的智能家居系统设计

哈尔滨工业大学毕业设计（论文）PAGE1PAGE摘要随着经济的发展，人们对家居生活的要求也不断提高。智能家居系统中在当前主要有两种主要应用方式，一为有线连接，二为分散控制。但二者也都有一定的缺陷，例如高功耗、低利用率、严重污染等，除此还有集中管理难度大、结构位置上难以均匀分布等。根据以上问题笔者设计出基于安卓的智能家居远程控制系统，该系统选用STM32主控芯片，目的是实现实时检测数据、对门禁以及风扇等用电器的自动控制，与传统操作相比大大提升了用户的室内安全、使用便利、体验感舒适等要求。如今5G时代即将来临，但还没有完全普及，4G网络已经逐渐被WIFI无线网络替代，不但减少了高额的流量费用，还减少了布线安装等问题。WIFI无线网络将监测设备与家中电器连接到一起，便利生活的同时也大大提高了用户住宅的安全性，不但帮助用户有效的安排时间，而且降低了住宅的能源开支，使得推广普及成为了可能，也同时促进了人们的生活智能化。关键词：智能家居；安卓；STM32；WIFI

AbstractWiththedevelopmentoftheeconomy,people'sdemandsforhomelifearealsoincreasing.Therearecurrentlytwomainapplicationmethodsinthesmarthomesystem,oneiswiredconnection,andtheotherisdecentralizedcontrol.Butbothalsohavecertaindefects,suchasgoodpowerconsumption,lowutilizationrate,severepollution,etc.Inadditiontothis,itisdifficulttocentralizemanagement,anditisdifficulttoevenlydistributethestructuralpositions.Basedontheaboveproblems,theauthordesignedanAndroid-basedsmarthomeremotecontrolsystem.ThesystemusestheSTM32maincontrolchiptoachievereal-timedatadetectionandautomaticcontrolofelectricalappliancessuchasaccesscontrolandfans,whichgreatlyimprovesuserscomparedwithtraditionaloperations.Indoorsafety,convenience,andcomfortableexperience.Nowadays,the5Geraiscoming,butithasnotbeenfullypopularized.4GnetworkshavebeengraduallyreplacedbyWIFIwirelessnetworks,whichnotonlyreduceshightrafficcosts,butalsoreduceswiringandinstallationproblems.TheWIFIwirelessnetworkconnectsthemonitoringequipmentwiththehomeappliances,whichfacilitateslifeandgreatlyimprovesthesecurityoftheuser'shouse.Itnotonlyhelpstheusertoarrangetimeeffectively,butalsoreducestheenergyexpenditureofthehouse,makingitpossibletopromotepopularization.Italsopromotestheintelligentizationofpeople'slives.Keywords:SmartHomeAndroidMarketSTM32WIFI

目录TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II目录 III第1章绪论 11.1课题研究背景 11.2国外研究现状 21.3国内研究现状 21.4课题研究的基本内容 3第2章设计方案及选择 I2.1系统分析 42.2系统总体构架设计 52.3系统硬件选择 52.3.1芯片的选择 52.3.2空气温湿度传感器的选择 62.3.3气体检测传感器的选择 62.3.4水侵传感器的选择 72.3.5显示模块的选择 72.3.6通信模块的选择 8本章小结 8第3章系统硬件设计 93.1STM32F103C8T6芯片介绍 93.2数据采集模块设计 93.2.1温湿度采集模块 103.2.2气体采集模块 103.2.3水侵检测模块 113.2.3输入模块 113.3继电器模块 123.4显示模块 123.5通信模块 12本章小结 13第4章系统软件设计 144.1主程序设计 144.2软件开发环境介绍 154.3数据采集模块程序开发 164.3.1温湿度检测程序开发 164.3.2气体检测程序开发 164.4液晶显示程序设计 174.5通信控制模块程序设计 184.6终端设备程序设计 18本章小结 19第5章系统的测试 205.1系统实物展示 205.2数据采集模块程序开发 215.2.1安装调试 215.2.2检查与测试 215.3系统软件调试 225.4上位机调试 225.5数据测试 24本章小结 25结论 26致谢 27参考文献 错误!未定义书签。附录1译文 错误!未定义书签。附录2英文参考资料 错误!未定义书签。附录3硬件原理图 错误!未定义书签。附录4部分代码 错误!未定义书签。哈尔滨工业大学毕业设计（论文）I-哈尔滨华德学院本科毕业设计（论文）PAGE1PAGE第1章绪论1.1课题研究背景智能家居是互联网发展所带来的智能化产物，虽然刚刚起步，但却有着长期发展的潜力，现如今人们还未习惯这这种消费观念，市场推广也比较困难，但是中国人口众多市场广大，随着产品的不断推广和市场的认可，大众会逐渐适应智能家居的使用，这种消费习惯的形成，会为智能家居创造更大的发展空间。基于此，国内智能家居的营销商和一些智能设备相关的企业需加大对智能家居的探究。不仅仅拘泥于企业自身产品，要重视客户需求，个性化的生产设计产品。对企业发展所处环境进行更深层次的探索研究。智能家居作为新兴事物在中国市场的十几年发展历程中由最初的梦想到如今实实在在进入寻常百姓家，这不仅是时代发展带来的机遇更是时代的挑战，因为这一路有太多的艰辛与困难。中国智能家居产业开始快速发展源于2014年起，各大生产及科研厂商不断进军智能家居领域。虽当下中国境内智能家居的厂商没有特别成功的案例，但也可能由于物联网处于探索阶段，也意味着该行业仍需新力量的进入，智能家居在未来主宰地位不可逆转。随着时代的发展进步和电子数码化应用的普及，人们对生活家居的便利性不断提高要求，从过去的满足吃饱穿暖变为对生活质量舒适性的要求，且仍在不断加强。自2015年以来，中国具有商业嗅觉和前瞻判断力的公司、组织和自然人均在不同程度地将研发重心放在了智能家居这一新兴领域。近年来，智能家居也越来越多地进入人们的生活，如扫地机器人、自动洗碗机、声控光源、密码指纹锁等等。伴随着实践检验的脚步，更多的消费者需求在细分市场被发掘，各行业在智能家居领域的新兴案例也日渐浮上水面。笔者认为，智能家居是指依托于个人居家需求，围绕住宅及其配套措施挖掘出来的细分市场需求，通过运用高科技技术和设计理念创新，使得用户可以使用声音、指纹、脸部识别等等方式现场或远程操作家具家电以及生活配套用品，实现生活的便利化，住宅功能的综合化以及居住环境的舒适化。1.2国外研究现状任何一个国家都需要存档。在电子化管理系统和数码化管理尚未普时，各国政府对档案的保存多以纸质为主，即将档案以纸质化的形式存储在固定的场所。随着时间的推移和季节变化，纸质会受温度、湿度、年代等客观情况以及意外情况（如火灾、水灾、地震等自然灾害）的影响，不一定能够永久保存。这便对档案馆的搭建以及后期维护工作提出了很多要求。在澳大利亚，尤为重视火灾对档案馆的影响，当地政府要求必须在档案馆内安置烟感报警系统，一旦有火灾前兆的浓烟达到一定标准，便可收到警示信号，从而将隐患消灭于未然。此外，美国的黑科技较为发达，其对隐私和数据的保护水平也趋于世界前列。在美国，档案馆对于风险的智能感应系统要求相对要高于澳大利亚的要求，其不仅要求在档案馆配备烟感系统，还需要配置灭火系统，一旦发生未能将火灾隐患在前期消除的情形，立刻启动第二套系统，将损失降低到最低。以位于马里兰大学的美国第二档案馆为例，其不仅在防火、防虫、防潮、防尘等方面进行了妥善安排，并且还采用智能的配套设施，增进档案馆管理的自动化系统力度，尽可能减少人员流动以及管理不严格给档案馆带来的不必要风险。无论进入档案馆，还是走出档案馆，亦或是在档案馆发出指令，在美国第二档案馆基本实现智能化管控，通过面部识别、声音控制、电子操作系统等方式尽可能规避被闲杂人等非法入侵的风险。此外，随着电子数码化技术的日趋提升和精细化发展，近年来在日本的东京国立博物馆出现了一种无线检测设备，即通过智能设备对档案馆的内部环境进行检测，并实时采集，但鉴于新兴技术的不完善性，其尚未实现对档案馆内部环境参数的集中化管控和综合化处理。1.3国内研究现状国外智能管控系统发展的如火如荼，中国自然也不能置身于事外。目前中国消费的主力军多以80后、90后为主。随着中国人民收入的提升以及消费安全意识的逐步升级，智能家居市场成为中国市场的潜在商机，更有甚者希望通过搭建智能家居的生态化周期系统，将用户群体的衣食住行均通过该系统进行智能管控。一方面可在生活便利性上吸引用户的购买欲望，另一方面可在大数据上获得更多的研究样本和数据支撑。但鉴于智能管控系统涉及到用户隐私的保护、后续维护费用以及新事物发展的不确定性，目前，整体估价水平偏高，尚未正式走入普通百姓的生活之中。据统计，目前中国市场上并无智能家居领域精分市场的代表性企业和核心竞争力的产品出现。在国外市场，各国结合自身国情和企业发展文化，专注于智能家居的安全性、实用性、便携性等不同领域。但不同于国外市场的是，在中国各企业更注重炒作概念。笔者认为：中国的智能家居市场空间巨大，未来有很大的发展空间。但智能家居市场的蓬勃发展依托于大数据管控能力以及隐私保护水平，只要利益相关方能够通力配合，站在用户角度考虑问题，即便需要一段时间的沉淀和发展，最终也会在中国市场得到高度认可。1.4课题研究的基本内容传统家居多以美观、实用为主，注重风格的不同搭配和家居材料的特色化服务。但传统家居配套设施是安静的，被动的，不能与居住者进行互动，也不能最大程度为居住者提供便利和节省空间。而智能家居则不同，一方面，其可以通过生态互联的形式，运用高科技技术，为各家居配套设施配置感应系统，使得其能根据居住者的心意或指令进行适时调整，为居住者提升居住空间的舒适感；另一方面，智能家居能有效节省居住空间，经过设计可将居住空间利用最大化，同时配备自动清洁系统或配套电子设备，为居住者降噪降尘，节省居住者清洁居住场所的时间成本，还可以保障其居住环境的隐私性。鉴于传统家居与智能家居相较而言，存在空间占用大、互动性能弱、电子化程度低等缺点，而单就智能家居而言，也存在配套设施系统对接、感性性能不稳定、集中管控技术难度大等难题。本文拟在分析开发智能家居系统所需要注意的问题及事项基础上，提出智能家居系统的设计方案，并综合评估后提供设计图，之后从专业角度阐述自己设计的思路和理念。

第2章设计方案及选择软硬件两者对应用系统的结构来说，是非常重要的两个部分，对于硬件和软件都可以完成的交叉部分，我们需要结合实际情况来做出最好的筛选。2.1系统分析围绕着影响项目的各种复杂因素，进行大量的数据论证与资料整理来拟建项目的可行性。本系统主要功能分为基本功能和拓展功能，其主要功能的实现可分为三大部分。首先是检测部分，本设计需实现探测温度、湿度、烟雾、水侵等功能。故应选用DHT11、MQ-2、XW-PC-3等功能性传感器。其次则是APP系统部分，用户可随时随地查看家中情况，传感器能把房间内环境数据以及出现的异常情况及时监控，且实时显示在用户手机APP上，如遭遇水侵或当温度高于35℃，烟雾超过1600

ppm，PM2.5超过200µg/m3，在第一时间会通过APP发出警报。再次是控制部分，例如使用手机应用程序即可控制完成电动机运行的操控，例如窗帘的展开和闭合，以及电灯的开关（LED灯模拟）、电路接通和断开等。另外为确保住宅安全，用户放心，本系统扩展人体红外感应检测模块，用以检测住宅内是否有人。还有本设计中扩展用户通过应用程序可控制电子门锁的开关和电路的通断（继电器模拟），应用内置的门禁系统运用的是密码检验，可以避免忘记携带钥匙的尴尬。以及输入正确密码即可进入的智能门锁，使用4*4密码盘输入密码，输入正确即可打开房门。为了考虑朋友来访无人在家的情况，使用者打开应用程序，输入此前设置的门禁接触指令，即可顺利开门，而房门打开后客户端都会有消息提醒。使用者只要在固定IP中登陆就可以轻松使用，家中的各种设备有关运行情况一目了然。为实现功能目标，所以实现智能家居远程控制的功能，相对应的则应由检测模块和STM32主控模块、WIFI通信模块和手机端、继电器及电动机驱动模块组成。2.2系统总体构架设计温湿度传感器STM32主控模块水侵传感器WIFI模块温湿度传感器STM32主控模块水侵传感器WIFI模块手机窗帘控制器烟雾浓度传感器路由器继电器开关LED灯图2-1基本功能硬件构架图2.3系统硬件选择2.3.1芯片的选择本系统的PC控制端与手机的应用程序为指令控制中心。本方案中主控器件STM32F103C8T6单片机使用ARMCortex-M3内核，为ARM公司设计，有成本低、功耗小等优点。STM32F103C8T6单片机实物图如图2-2所示。图2-2STM32F103C8T6单片机2.3.2空气温湿度传感器的选择空气湿度以及温度的检测方法非常多，但是其主要原理都基本一致，首先吸收所要测量所测位置的空气里水分，然后发生物理、化学反应，最后得出最终数据。本系统分多个模块协同工作，实现用户在短时间内可以完成对家庭环境实时情况的查看与对家用电器的控制。DHT11是一款性价比很高的空气温湿度传感器，具有低功耗、体积小的优点，其传输距离也非常可观，超过了20米，其用一根总线与单片机相互进行数据传递，DHT11对准确度与即时性的要求相当实用，其使用单一总线通信，总线连接DHT11DATA引脚与单片机，有两种状态：一为空闲状态；其二为通信状态。当与单片机无与数据传输时处于空闲状态，上拉电阻使处于高电平状态，使用便捷而且成本合理。DHT11实物图如图2-3所示。图2-3DHT11实物图2.3.3气体检测传感器的选择MQ-2型传感器可以灵敏检测天然气、液化石油气等有机气体，因此在实践中对有机气体检验大多选用MQ-2传感器。MQ-2多种可燃气体的检测都适用，在空气里可燃气体的浓度超过设定标准时，传感器电导率会随之增大，使用便捷。MQ-2气体检测实物图如图2-4所示。图2-4MQ-2气体检测传感器实物图2.3.4水侵传感器的选择XW-PC-3定位漏水报警器可监控长达150的漏水感应线。当其感应到有液体存在，报警器发出报警声，随后触发继电器，闭合无电压触点。采用RTU协议，XW-PC-3不仅能单独作为报警器来使用，而且能联网进行控制，拥有LED屏显示，通行状态、故障、泄漏等，还有32条报警记录保存等功能，采用24V/220V交流，12V/24V直流电源供电、RS-485通信方式，XW-PC-3传感器实物图如图2-5所示。图2-5XW-PC-3传感器实物图2.3.5显示模块的选择选用LCD1602为液晶显示屏，而工业型LCD1602可显示32个字符。使用5V电压驱动，自带蓝色背景光，但LCD1602有一定局限性，仅能显示数字字符，不能显示汉字，内置128个字符的ASCII字符集库。LCD1602具有硬件组成简单，显示数字字符方便，程序设计便捷等优点。屏幕实物图如图2-6所示。图2-6LCD1602实物图2.3.6通信模块的选择选用的WIFI模块为嵌入式串口-以太网-无线网模块，成本低且性能高。在本设计中只用串口转无线网模式。该模块采用IEEE802.11协议栈网络标准，无线传输速率达150Mbps。在2.4GHz的ISM频段中进行物理层工作，在层级包括了一种红外传输方式及两种射频调制方式，传输速率2M/S。此外，Wi-Fi的通信方式较为灵活，设备与设备之间能够直接进行通信，也可以在数据协调节点的协调下进行通信。Wi-Fi的射频和基带协议在使用过程中比较困难，同时Wi-Fi的硬件实现需要较大的容纳空间，其平均功耗在1W左右，没办法达到低功耗技术应用的需求。WIFI模块实物图如图2-7所示。图2-7WIFI模块实物图本章小结本章首先根据实际项目应用的需求提出了具体的系统及无线通信的选择与方案分析，按照具体的实现目标，对项目进行实施，在效率上提高设计质量。该智能家居系统以WIFI模块为基础，其他传感器负责采集数据，STM32芯片主要是对抓取到的数据进行分析和处理，然后对得出结果做出有关反应，用户可根据所需采取措施，然后将其反馈给控制器；而WIFI无线串口收发器的作用在于帮助控制中心（简称上位机）与处理器的实时通信，而得到的实时数据会在后台提供给中心控制器，且能将命令回馈给处理器；上位机对所有传感器传输的数据进行接收，且发送操作指令给所控制各分控制器，从而达到居家服务设备一体；而网络路由器支持家庭内外的信息传递，无论何地使用者都可以对客户端进行实时升级。其次对本系统所选用的传感器的方案介绍，本系统选择的传感器，即节省成本，又使用方便。

第3章系统硬件设计产品设计来讲，硬件的设计直接影响产品的质量，因此硬件的设计非常重要。为了方便阅读，下面本章将会以图文方式对本系统涉及的各个硬件电路及各功能模块的设计进行详细介绍。3.1STM32F103C8T6芯片介绍系统硬件是以STM32F103C8T6的32位ARM微控制器作为主控芯片，STM32F103C8T6芯片采用其是32位的ARMCortex-M3微控制器，LQFP-144封装。数据、指令所处的流水线不同，从而保证CPU的运行速度最高。片内BOOT区，可实现ISP，除此之外，片内内置双RC晶振，能够提供8M与32K的频率。42个16位的后备寄存器，利用外置的纽扣电池，和实现掉电数据保存功能。多达112个快速IO端口(大部分兼容5V逻辑)，4个通用定时器，2个高级定时器，2个基本定时器，3路SPI接口、2路I2S接口、2路I2C接口、5路USART，3路共16通道的12位AD输入，2路共2通道的12位DA输出，支持片外独立电压基准。芯片硬件电路如图3-1所示。图3-1STM32F103C8T6芯片引脚及部分电路图3.2数据采集模块设计本设计依照系统要求，主要硬件用到的有系统外围电路和数据抓取模块的接口电路。3.2.1温湿度采集模块由终端节点与温湿度传感器DHT11这两部分组成温湿度检测模块。DHT11数据的准确度非常高，体积小且便于安装。当环境发生变化的时后，传感器内部的电流就会发生变化并引起DATA引脚的电位变化。DHT11原理为利用上拉电阻拉高数据总线DATA，证总线空闲时处在高电平，进而传输数据。上拉电阻推荐范围为4.7K~5.1K。有时在VDD与GND这两者中间并联一个之间并一个去耦电容，大小为100nF，原理如下图3-2所示。图3-2DHT11原理图3.2.2气体采集模块本系统采用MQ-2可燃气体传感器，对可燃气体进行检测，本设计采用离子式烟雾传感器，相比于传统气敏电阻传感，具有更好的稳定性，内部的串行接收与数据传递，拥有着更简易的外围电路，且体积小、低功耗，长时间使用不会造成较大的功耗。MQ-2可燃气体电路图如图3-3所示。图3-3MQ-2可燃气体电路图3.2.3水侵检测模块本系统水侵检测模块采用的是XW-PC-3水侵模块，其漏液漏水感应线的长度为0.5%±0.5米，其温度存放为零下40℃至60℃（0℉至140℉），由于操作不当和购置错误，没有用水位传感器此传感器与水位传感器的区分地面湿度传感器粗略的通过湿度从而知道是否有积水，水侵模块原理图如图3-4所示。图3-4地面湿度电路图3.2.3输入模块矩阵键盘即行列式4×4键盘，单片机的四个I/O口控制4条行线，另外4个I/O口控制4条列线。行线的4个I/O口与每一行的左端按钮相连，列线的4个I/O口与每一行的右端按钮连接。这种结构方式可以仅用8个I/O口就可以获取16个信号，大大提升了单片机I/O接口的使用效率。输入键盘模块原理图如图3-5所示。图3-5矩阵键盘电路图3.3继电器模块本系统利用电磁继电器模拟窗帘电机、门锁控制器以及电路通断控制器等控制器。电磁继电器可以在电气输出电路里使被控制量发生预定变化。在SRD-05VDC-SL-C五引脚继电器里，三个引脚这里的两个引脚是线圈（直流电阻），5V电压驱动，不论正反。中间引脚为公共COM端，同一排的另两脚分别是常开和常闭。3.4显示模块本系统选用LCD1602液晶显示屏，为了避免背光灯被烧坏，多数情况下会在15脚（A）串连一个5Ω大小的电阻来实现电流限制；液晶15（A）此处的引脚对应的是背光电源正极、液晶16（K）此处的引脚对应背光电源接地，1602处的液晶引脚3（V0）串连一个10K的电位器可以调节对比度；显示模块电路如图3-6所示。图3-6显示模块电路图3.5通信模块本系统采取远程控制，直接使用手机就可以对主控制器传送操作命令，利用WIFI模块进行数据发送，在接收到操作指令之后，主控制器就会进行实时处理，通过WIFI模块接收，传送至终端，从而实现家居控制的目的。方案采用采用的是串口转WIFI热点模式，用户将移动设备与WIFI热点相连，可实现直接控制。首先要保证WIFI串口模块为出厂设置，在通电后等待35秒，接着随意按下底板上的两处按钮其中一个，保持6S直至指示灯匀速闪烁。再次给模块上电且等待35秒，等到灯闪烁。设置电脑网卡的固定IP地址用电脑ping192.168.11.254，ping通即网络连通。此时串口和以太网即建立了网路数据连接。HLK-RM04电路图如图3-9所示。图3-9HLK-RM04模块主芯片引脚图WIFICLIENT(智能设备)WIFICLIENT(智能设备)MCUHLK-RM04图3-10WIFIAP模型本章小结本章首先对智能家居的远程操作进行了详细的讲解，包括了STM32主控部分、WIFI模块部分、电机驱动部分以及继电器驱动部分等几个重要部分的组成。又阐述了系统的主要功能，如可以直接使用手机APP控制窗帘与电灯等。

第4章系统软件设计本章主要介绍在局域网内智能家居控制系统的实现，前面设计了各个模块的驱动电路，唯一一点是在设计驱动程序时预留了可以供外界访问的接口。本节基于局域网的智能家居控制系统软件设计中进行阐述。4.1主程序设计开始初始化开始初始化是否超过阈值？结束NY发送数据是否采集到信息？液晶显示NY图4-1主程序流程图4.2软件开发环境介绍本系统的Android开发环境采用的是Eclipse，主要作用为当系统运行一个程序时，可以精准的找到该程序所处的完整路径。Eclipse是以JAVA语言为编程基础，也支持C语言、C++等编程语言，软件界面如图4-2。图4-2软件开发软件界面使用Keil4软件对硬件进行模拟及测试，该软件是KeilSoftware公司开发的兼容单片机的C语言软件系统。C语言在功能上、结构性等方面上的优势明显，是实际设计中的常用语言，有广泛的通用性，且C语言易入门，应用性强。Keil提供C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等等一系列整套方案，用一个集成开发环境进行给合。其生成的可执行文件通过JTAG或者USB可下载到目标板上直接执行，而系统调试文件可以在其他的第三方调试软件上进行调试。开发环境如图4-3所示。图4-3硬件开发环境截图4.3数据采集模块程序开发4.3.1温湿度检测程序开发从机是否响应信号N读出数据主机拉低延时18us从机是否响应信号N读出数据主机拉低延时18us总线上拉阻拉高主机延时40us从机发出80us低电平从机发出80us高电平Y开始结束图4-4温湿度模块工作流程图4.3.2气体检测程序开发气体检测模块选用MQ-2传感器，内置指示灯、TTL信号，用于显示阀值超标，并且具有阀值超标DO开关信号输出引脚和气体检测的AO模拟信号输出引脚，TTL输出的阀值超标信号为低电平。当气体的浓度超标时，信号指示灯亮起。传感器可以直接与单片机或者继电器相连，模拟量的输出电压与浓度呈正比，天然气等可燃烧的气体，由于传感器的材质限制，想要保证测量的数据准确，需要在接通电源之后，要进行20s预热。因为传感器内部有电热丝，会存在一定的发热情况，只要温度不是很高都属于正常现象。气体检测模块程序框图如图4-5所示。YY初始化采集烟雾数值无线传输读取数据烟雾浓度异常显示报警N开始结束图4-5温湿度模块工作流程图4.4液晶显示程序设计本系统液晶屏显示LCD1602程序用C语言编写而成。LCD1602为一种普通的点阵型液晶模块，各个点阵视为一个字符。由于每个点之间都有着距离，也表示每一个表现出的字符的间隔，而图像与点阵一一对应。液晶显示程序可以使LCD1602直接对LCD驱动波形进行输出，使其正常运行；然后把发送的数据信号以及输入的控制信号在中心控制器进行处理；而在程序载进后，数据的地址自动加一，相当于对字符地址进行输入，随后显示字符，且清屏，最后传递数据至单片机，显示所测的水位水温信号。4.5通信控制模块程序设计由于地域限制，局域网控制会有一定阻碍，只适合近距操控。随着4G网的推广，远程控制家居得以实现。基于Android系统的设备与英特网相连后从远程服务器抓取到实时数据，服务器通过以太网与房间里主控板连接，得到数据之后，主控板开始对其他设备进行管理和控制，完成远程操控。主控板的WIFI模块与路由器实现无线连接，省去了墙体穿线的繁琐工序，而后期的安装操作也十分便捷，在成本上也大大降低。本章主要讲述的是Android系统访问数据库及服务器，还有一些客户端页面的美化等。客户端的设计要对各种模块进行封装，包括IP解析物理地址、天气预报、空气检测等模块，后期的维护管理以及升级也较为方便。本系统最重要的是把握数据的准确性，延迟会影响到使用者体验，但并不会对使用者的想要的操作错误表达，考虑到优劣，系统采用TCP协议，其用三次握手来建立联系，一开始在请求端需先送达出一个请求码，涵括一个SYN段、一个ISN初始序号，明确其建立端口的位置。服务器接收请求后返回初始序号SYN段，一个SYN只会占用一个序号。主动关闭的一处，在送达报文后还能接收对面传输来的数据，但只是告知对面数据发送完毕，随后没有数据需要进行发送，而被动关闭的情况下，还可以发送数据，只有在FIN出现后才会停止发送。4.6终端设备程序设计Eclipse作为上位机监控软件设计的开发环境，为功能更实用，更全面的平台，拥有非常好的人机交互体验。而考虑到管理与系统维护的方便，还有确保系统的运行安全，本系统还设计了温湿度的折线图保证了对系统参数的全方面管理。上位机监测中心是监控系统的重要组成部分，上位机监测中心主要是实现人与机器的交互，给用户提供便利的管理，其功能可以将下位机发送来的环境信息进行数据处理，通过上位机监测中心可以实现对档案库房内部的空气温湿度、地面积水、可燃气体以及外来人员等环境参数进行实时监控。用户还可以通过上位机对库房内部的环境的参数进行查询，能够做到足不出户的对档案库房内部的信息进行全方位了解。上位机的程序流程图如图4-6所示。YYNN开始初始化寄存器读数据是否有控制指令？发送数据结束环境参数？更新窗口信息释放寄存器数据YYNN开始初始化寄存器读数据是否有控制指令？发送数据结束环境参数？更新窗口信息释放寄存器数据图4-6上位机程序流程图本章小结本章重点介绍了系统相关模块软件设计，阐述过程中结合图与文，结合各个传感器，可实现对温湿度进行数据收集功能，其收集的数据会被作为系统平台的基础，结合系统信息处理模块，最后实现操控收发数据功能。其次还介绍了无线通信设计和终端节点设计，最后对上位机开发流程进行了说明。

第5章系统的测试当完成系统基础软硬件设计后，需要进行系统测试。其中包括硬件、软件测试等，首先对各组分进行测试，完成后对整体进行测试。确定模块之间的兼容性，保证系统能顺利实现预期功能；对电路的测试是硬件系统中最重要的一部分；软件测试主要有按键功能，控制器功能和WIFI模块的通信功能等的测试。最后进行现场运行测试，经长时间的运行观察系统工作的稳定性能。5.1系统实物展示基于安卓的智能家居系统经过系统化的软硬件设计开发，让它们紧密结合即可运行。一旦程序、接好电路板不能达到预期功能，需要进行系统自检，正常情况下会发现系统中小问题，不过其也是正常现象，那么就必须进行软硬件调试来解决问题。系统实物图如图5-1所示。图5-1系统实物图本系统的软硬件调试要达到如下目标：直接使用手机上的APP应用程序完成电动机运行的操控，LED灯打开与关闭的管控，电路接通和断开的实现，无人在家时能在手机上观测家中温、湿度的实时指数，如若出现突发状况，比如遭遇烟雾或水侵，第一时间会通过APP发出警报。5.2数据采集模块程序开发对硬件的调试，要先调试和排除电路的常见故障。在供电前，对照硬件电路图，用万用表检查电路的焊接情况，包括走线位置，焊点牢固程度，焊接方式是否合理等，还需检查元器件数，是否为设计所需规格、型号等，只有对单一功能组合进行测试才可以判断出系统能否及时回应数据，再进行后续操作。需要对温度以及湿度进行数据抓取，还要对别的操作能及时反应。比如进入到温、湿度的数据抓取之后，需要对火光模块进行实时监控，一旦会有意外发生要实时给出响应，不可以在单一功能进行时将其他模块的功能暂停。5.2.1安装调试硬件安装位置不能受到自然环境，温湿度或是震动的干扰。XW-PC-3可扣装在35mmDIN导轨上。确保不会出现行进过程中被绊的风险或是对XW-PC-3模块造成撞击损坏的可能性。连接电源过程中，XW-PC-3用到了以下四种方式进行电源接入，分别为AC24V、AC220V、DC12、DC24V等。通讯接线用RS-485双绞通讯线缆，对报警与实时状态进行传送，在连接的过程中注意正负。5.2.2检查与测试电路板进行线路检测要求：依照硬件的原理设计图，用万用表对电路各个部位进行详查，确保连接无误，且还要认真对比各个元器件的型号，规格甚至是焊接的位置能否达到基本要求等。为了保证系统的调试的正确性及稳定性，在设计及调试过程中，需要的测试工具有万用表一台、示波器一台以及稳定电源3.3V/5V/12V。通电检查：保证电源供给稳定，调好所用的电源大小。将万用表串接回路里，查看电流。且实时观察元器件，一旦出现异常情况如冒烟，需要立马断电并对电路进行全面查验。对液晶的调试：保证程序与硬件连接正确，检查单片机的工作情况，观察其工作时的电压是否在正常范围内，查看端口设置有没有错。以上步骤做完无异常，即可完成硬件测试工作。5.3系统软件调试本系统软件测试需要一台可以连接无线网的PC、一部智能手机以及一个可以连接无线网的智能家居和已装好网络调试助手的相关软件等工具。温度与湿度模块选用DHT11传感器，其有高精确度采集、较强的抗干扰力，适用于多数环境下的数据抓取。再经过了软硬件的设计之后，要用到数据校验算法。温度补偿需达到小数点之后的八位数字，结合系统的精度要求，选取小数后四位的数据作为准确数据输出。同时也达到了数据重复性位千分之二。温湿度测试如图5-1。图5-1温湿度数据采集测试为了避免单一的火光传感器产生的数据错误，对火光传感器采用多点数据采集并且确认的方式进行火光采集，软件界面如图5-2。图5-2烟雾检测测试5.4上位机调试用TCP&UDP测试工具完成对系统的测试，将其连接到WIFI服务器，从而获取到Android客户端传输过来的数据文件包，首先安装测试软件，采用与EMW3X80WIFI模块的配置软件EMWToolBox，需将电脑打开软件“网络串口调试助手.exe”。并配置为“TCP客户端”，ip为192.168.11.254，端口为8080。将窗户的类型、组编号以及窗户的编号分别存放在11-13这三个字节中，还可对风雨感、烟感器进行开关的操作，由于下位机的应答机制，上位机能够了解到实时状态，通过WIFI模块将其发送给家庭服务器，终端即可解窗户的实时情况。打开网络调试助手，观测系统所监控的环境数据。向用户APP端送达“HELPok”指令，查看指令。如果送达“ON01ok”指令则是将房门打开。而送达“OF01ok”指令则是将房门关上，开关门的指令在实物中都是用LED等进行模拟，而所有指令都是用大写的命令和小写的ok构成。客户端测试如图5-3。图5-3客户