智能家居系统开发需求说明书

智能家居系统开发需求说明书一、项目背景与目标（一）项目背景物联网与人工智能技术的普及，推动智能家居从“单点设备控制”向“全场景生态”演进。现代家庭对家居设备的互联互通、环境的自适应调节、安全防护的实时性及能源的高效利用需求显著提升。传统家居系统存在设备兼容性差、控制方式单一、缺乏个性化服务等痛点，难以满足用户对便捷、安全、节能的综合诉求。开发一套集成化、智能化、人性化的智能家居系统，成为提升家居体验的核心方向。（二）项目目标本系统旨在构建全场景覆盖、多设备兼容、个性化服务的智能家居生态，实现以下核心价值：整合照明、暖通、安防、家电等设备，通过统一平台实现远程控制、自动化联动与智能调节；基于环境感知与用户行为分析，提供自适应家居场景服务（如晨起、离家、影院模式）；构建安全防护体系，实时监测入侵、火灾、漏水等隐患并触发智能报警；优化能源管理，通过能耗分析与智能策略降低家庭能源消耗；支持移动端APP、语音助手、Web端等多终端交互，满足用户全场景操作需求。二、功能需求说明（一）设备控制模块1.远程控制支持用户通过移动端APP、Web端或语音指令，对灯光、空调、窗帘、家电等设备进行远程开关、模式调节（如空调温度、风速设置）。需兼容Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等主流协议，确保设备状态实时同步（延迟≤1秒）。2.场景联动支持用户自定义“场景模式”，触发条件可基于时间、环境数据、设备状态或用户行为。例如：晨起模式：早7点自动拉开窗帘、开启空调（26℃）、播放轻音乐；离家模式：门锁关闭且手机离开Wi-Fi范围时，关闭非必要设备、启动安防系统；影院模式：手动触发后，关闭灯光、拉上窗帘、开启投影仪与音响。3.定时控制提供可视化定时任务设置界面，支持单次、循环（日/周/月）方式设置设备启停。例如：晚11点自动关闭客厅灯光，凌晨2点将空调切换为睡眠模式。（二）环境监测与调节1.环境数据采集实时采集室内温湿度、PM2.5、甲醛、CO₂、光照强度、噪音等数据，采样频率≥1次/分钟，数据精度满足行业标准（如温湿度误差≤±0.5℃/±3%RH）。2.自动调节策略基于环境数据与用户偏好，自动调节关联设备：PM2.5＞75μg/m³时，自动开启空气净化器并调节风速；室内温度＞28℃且检测到用户在家时，自动开启空调至25℃；光照强度＜100lux且时间在18:00-22:00时，自动开启客厅主灯。（三）安全防护模块1.安防监控2.异常报警支持火灾（烟雾传感器）、漏水（水浸传感器）、燃气泄漏（燃气传感器）等隐患监测，报警等级分为“预警”（如燃气浓度超标但未达爆炸阈值）与“紧急”（如火焰检测），紧急报警需同时触发声光报警（如智能音箱播报、灯光闪烁）。3.门禁管理对接智能门锁，支持密码、指纹、手机蓝牙、临时授权码开锁。用户可远程查看门锁状态（是否反锁），并接收“多次错误开锁”“门未关严”等报警通知。（四）能源管理模块1.能耗监测对接智能电表、水表、燃气表（或通过设备功率估算），实时统计家庭能耗数据（按天/周/月生成报表），展示用电/水/气的峰值时段、设备占比（如空调占比35%、热水器占比25%）。2.节能策略基于用户习惯与能耗数据，提供节能建议（如“建议将空调温度提高1℃，每日可省电0.5度”），并支持“节能模式”自动调度：非高峰时段（如00:00-06:00）开启热水器加热，高峰时段（如18:00-22:00）限制大功率设备同时运行。3.第三方能源平台对接支持与电网、水务公司平台对接，获取分时电价、阶梯水价信息，优化能源使用成本（如低谷时段充电、高谷时段减少大功率设备运行）。（五）用户交互模块1.移动端APP支持Android（≥8.0）、iOS（≥13.0）系统，功能包括设备控制、场景管理、能耗统计、报警记录、用户设置。界面遵循MaterialDesign（Android）/iOSHumanInterfaceGuidelines，核心操作流程≤3步（如从首页到控制空调温度）。2.语音控制对接小爱同学、小度、Siri等主流语音助手，支持自定义唤醒词与指令（如“小居小居，我回家了”触发回家模式）。语音识别准确率≥95%（安静环境下），支持普通话、粤语等方言识别。3.Web端管理提供PC端Web管理界面，支持设备批量配置、用户权限管理、系统日志查看，适配Chrome、Edge、Safari等主流浏览器，分辨率≥1366×768。（六）个性化服务模块1.用户习惯学习基于用户的设备操作记录（如空调温度设置、灯光开关时间），通过机器学习算法分析行为模式，自动生成个性化场景（如“用户每周一至周五早上6:30开启窗帘，系统自动推荐‘工作日晨起模式’”）。2.多用户权限管理支持家庭多成员账号（管理员、普通成员、访客），管理员可分配权限（如访客仅能控制客厅设备，普通成员可控制个人房间设备），并记录操作日志（如“用户A于19:30关闭主卧空调”）。3.场景推荐根据季节、天气、用户日程（如日历中的“观影”日程）推荐场景，例如雨天推荐“雨天回家模式”（关闭门窗、开启空气净化、播放舒缓音乐）。三、非功能需求说明（一）性能需求响应时间：设备控制指令响应≤1秒，环境数据更新≤5秒，APP界面加载≤2秒（4G网络下）；并发数：支持≥1000用户同时在线，单家庭设备控制并发数≥10；稳定性：系统全年可用性≥99.9%，单设备离线后自动重连（重连时间≤30秒）。（二）兼容性需求设备协议：兼容Wi-Fi、ZigBee、蓝牙、Matter等主流协议，支持小米、华为、飞利浦等第三方设备接入；操作系统：移动端APP兼容Android8.0+、iOS13.0+；Web端兼容Chrome80+、Edge90+、Safari13+；硬件适配：支持主流智能设备（如智能音箱、摄像头、传感器），适配不同品牌、型号的设备。（三）安全性需求数据加密：用户账号密码采用SHA-256加密存储，设备通信采用TLS1.3加密，敏感数据（如摄像头视频）传输加密；权限管理：基于RBAC（角色权限控制），不同用户角色权限隔离，操作需二次验证（如管理员修改设备权限需短信验证码）；防攻击：具备防DDoS、SQL注入、暴力破解能力，定期进行漏洞扫描（每季度一次），并修复高危漏洞（修复时间≤24小时）。（四）可扩展性需求架构设计：采用微服务架构，设备管理、用户服务、场景引擎等模块独立部署，支持水平扩展；接口扩展：提供OpenAPI接口，支持第三方应用（如智能家居服务商、社区管理平台）对接，接口文档需清晰规范。（五）易用性需求界面设计：遵循“极简交互”原则，核心功能（如设备控制）入口≤2级，操作流程可视化（如场景设置提供拖拽式编辑）；帮助文档：提供在线帮助中心，包含设备接入指南、常见问题解答，支持关键词搜索；错误提示：操作失败时（如设备离线），给出明确的错误原因与解决方案（如“设备离线，建议检查Wi-Fi连接”）。四、系统架构设计（一）分层架构系统采用四层架构，各层职责明确、解耦设计：感知层：包含传感器、执行器、家电等设备，负责数据采集与指令执行；平台层：包含云服务器（处理业务逻辑）、数据库（存储设备数据、用户数据、场景配置）、AI引擎（行为分析、场景推荐）；应用层：提供移动端APP、Web端、语音助手等交互入口，面向用户提供服务。（二）技术选型数据库：关系型数据（如用户信息、设备配置）采用MySQL，时序数据（如能耗、环境监测）采用InfluxDB，非结构化数据（如视频、日志）采用MongoDB；AI引擎：采用TensorFlow/PyTorch框架，实现用户行为分析、设备故障预测（如空调异常耗电预警）。（三）部署方式系统支持混合部署：设备端：本地网关（如ZigBee网关）负责局域网内设备通信，降低云端依赖；平台端：采用云服务器（如阿里云、AWS）部署，支持弹性伸缩，应对高峰流量；数据存储：核心数据（用户信息、设备配置）云端存储，敏感数据（如视频）可选择本地加密存储+云端备份。五、开发环境要求（一）硬件环境开发设备：CPU≥i5、内存≥8G、硬盘≥256GSSD的PC或Mac，支持多设备调试（如Android/iOS模拟器、智能音箱）；测试设备：覆盖主流智能设备（如小米空调、华为摄像头、绿米传感器），每种设备至少2台（测试兼容性）；服务器：开发环境服务器配置（CPU4核、内存8G、硬盘100G），测试环境与生产环境配置按需扩展。（二）软件环境操作系统：开发端采用Windows10+、macOS11+，服务器端采用CentOS8+、Ubuntu20.04+；开发语言：后端采用Java（SpringBoot）或Python（Django），移动端采用Flutter（跨平台）或原生开发（Android：Kotlin，iOS：Swift），前端采用Vue.js或React；开发工具：IDE（IntelliJIDEA、PyCharm、AndroidStudio、Xcode），版本控制（Git），测试工具（Postman、Jmeter、Appium）。六、验收标准（一）功能验收所有功能点需通过黑盒测试，测试用例覆盖率≥100%（如设备控制的“远程开关”“模式调节”需分别测试）；场景联动需验证至少5个典型场景（如晨起、离家、影院、雨天、节能模式），触发条件与执行结果需完全符合需求；安全防护模块需模拟入侵、火灾、漏水等场景，报警响应时间≤5秒，通知推送成功率≥99%。（二）性能验收响应时间：设备控制指令响应≤1秒（90%请求），APP界面加载≤2秒（4G网络下，95%请求）；并发测试：1000用户同时在线时，系统无崩溃，核心功能（设备控制、场景联动）成功率≥99%；稳定性测试：系统连续运行72小时，无内存泄漏、服务宕机，设备重连成功率≥99%。（三）兼容性验收设备兼容性：至少支持10个品牌、20种型号的设备，设备接入成功率≥98%；系统兼容性：移动端APP在Android8.0+、iOS13.0+的主流机型上运行无崩溃，功能正常；浏览器兼容性：Web端在Chrome、Edge、Safari的最新版本上显示正常、操作流畅，无样式错乱或功能失效。（四）安全性验收渗透测试：邀请第三方安全团队进行渗透测试，高危漏洞数量为0，中危漏洞≤3个且需在验收前修复；数据加密：用户密码、设备通信数据加密传输与存储，通过抓包工具验证无明文泄露；权限验证：不同角色用户执行越权操作时，系统需拒绝并记录日志。七、维护与升级（一）维护周期日常维护：每日凌晨2:00-4:00进行系统巡检（检查服务器状态、数据库备份），每周生成运维报告（含设备在线率、系统错误日志）；故障处理：设立7×24小时故障响应机制，严重故障（如系统宕机、大面积设备离线）需在1小时内响应，4小时内提供临时解决方案，24小时内修复。（二）系统升级OTA升级：支持设备固件与系统软件的空中升级（Over-The-Air），升级过程需支持断点续传、版本回滚（如升级失败自动回退至原版本）；功能迭代：每季度发布一次功能迭代版本，新增功