家居自动化系统软件设计

家庭自动化系统(HomeAutomationSystem)

一、问题定义

1、引言及有关背景

自动化在各行各业、各个领域都发挥了其巨大的作用，同步也

走入了我们的家庭。伴随电子技术的发展，家庭自动化时代口勺来临,

消费电子产品(ConsumerElectronics)已与咨讯(Computer)s通讯

(Communication)两项产品R勺技术结合在一起，成为目前所通称的I

3c产品，并使家用电子电器产品迈向家庭自动化(HomeAutomation)

小J方向。

伴随全球经济的不停发展，我国的市场经济也飞速发展，人民生

活水平不停提高，家庭自动化系统在美国以及国际市场都具有广阔的

前景，在中国市场也是迅速形成期，这些提高人类生活质量的产品将

构成世界范围内后PC时代的新兴IT市场「

2、任务描述

2.1专案背景

项目名称：家庭自动化系统(HAS)

项目委托单位：XXX智慧家居设备企业

软件开发单位：兰州商学院06级计算机科学与技术(1)班

软件开发小组

2.2目日勺

本系统规定可以实现家庭住宅中各个设备的自动管理和人

工个性管理，该系统能控制、监视和协调家电（如室内外照明、家庭

保安系统、家庭环境控制系统、空调、电视机等）。该系统会在对应

的时间内各个设备发出对应的指令，完毕各个设备的自动化管理。该

系统应当是可以适应变化的，因此，必须侦测环境n勺变化，并且通过

识别本系统中的变化来转变，并且所识别出n勺变化应当在系统中被实

现。系统可以是自动适应变化或是手工适应变化。系统控制的任何设

备发生异常，必须通过合适的信息来告知顾客并进行异常处理。该系

统必须有一种数据库，内含所有该系统所控制口勺设备口勺信息，包括每

一种设备连接到系统的日期，系统顾客所公布的重要动作等信息。

2.3运行环境

本系统是设备控制类系统，由主机通过对应的接口部件监听

和控制各个硬设备。数据库服务器由SQLServer实现。操作系统：

windows2023、windowsxp以卜；数据库服务器端软件SQLServer

2023o

3、功能描述

本系统由“灯光控制”、“保安控制”、“环境控制”、“家电控制”、

“顾客登录及管理”等各模块构成。

灯光控制：实现对室内外所有灯光的时间周期性控制和顾客的

直接控制；

保安控制：实现对室内外所有视频监控设备的周期性工作控制

及异常处理，和防盗防火设备出J控制及异常处理;

环境控制：实现对家庭环境设备（包括花园、阳台、室内温湿

度汇报）的时间周期性控制以及各设备日勺异常处理；

家电控制：实现对家庭中各个智慧家用电器的人性化控制及各

设备的异常处理；

顾客登录及管理模块：实现顾客对各个模块中所用设备的时间

周期性定义以及对各个设备的直接管理和控制。

二、可行性分析

1、可行性研究日勺前提

家庭是高薪技术日勺下一种前沿阵地。对家庭中遥控、自动化和

娱乐日勺规定呈上升态势。消费者但愿自己的平常生活更简便、更安全。

当然，优秀於J家庭自动化产品应给具有如下W、J特性：

(1)、原则化：家庭自动化产品应根据国际上流行的有关协议进

行设计，充足保证各厂家产品间的兼容性和互相操作能力。

(2)、开放性：家庭自动化系统应当具有开放W、J协议，统一H勺接

口。

(3)、模块化：采用模块化H勺设计可以适应多种场所的需要，保

障顾客W、J利益，并容许系统H勺逐渐到位。

(4)、实用性：家庭自动化产品应当切实地为顾客提供多种实用

化H勺功能和服务。

(5)、普及化：家庭自动化系统应当面向低成本，高性能W、J目H勺

设计，住户对价格较为敏感，因此智慧住宅采用的技术要较为经济。

同步，家庭自动化系统应当能最大程度兼容顾客原有日勺电器设备，保

护顾客投资。

(6)、简洁易用：好日勺家庭自动化产品应当简便易用、顾客接口

友好，并且不需要使用者花上太多的精力就能掌握。

2、优越性

在国内家庭自动化室一种较新的概念，虽然越来越多日勺厂家开

始投入到家庭自动化的来发和生产中，不过由于没有统一的原则，尚

处在一家一户自行开发的局面。而伴随房屋的商品化，从而加强了人

们对居家的规定，但愿一步到位或者具有开放的协议，统一的接口，

这样来保证产品能不停地适应未来发展趋势，而本系统就是基于统一

的原则和接口设计的，具有充足的发展潜力。

3、基本数据流程图

图一、HAS的基本数据流模型图

信息

用户

4

4家

控制各种

家电电

环境设

备

6

控制各种保

保安安及监

装置控设备

模型图

据流

一级数

SH勺

、HA

图二

信息

用户

比对

信号

用户

一(

2

6

保安

6.1

装置

各种保

保安

信号

安及监

装置

采集

备

控设

控制

>

图

模型

据流

级数

S的（二

、HA

图二

可行性

经济

4、

支出

4.1

家电

活中的

平常生

要购置

顾客在

有：

重要

金费

时的

系统

构建

些小型

日勺某

成系统

购置构

金，在

的资

数额

一定

花费

品是

子产

种电

及多

出。

金W、J支

有资

时会

器件

物理

效益

4.2

。

质量

日勺

生活

提高

施，

电设

活家

理生

的管

，快捷

高效

可以

资比

、投

收益

4.3

良好、可行。

5、技术可行性

本系统有许多不一样的传感器，单片机和输出报警系统以及某

些异常H勺自动处理系统和接入的多种家电设备构成。物理设备在市场

上均有售，因此，物理设备上不用多考虑，我们重要实现将不一样设

备按照一定的构造连接起来，使之可以完毕我们的预期目的

6、社会原因可行性分析

6.1法律原因

申请法律保护或有关保险。

法律可行性是考虑要开发系统与否存在任何侵犯、阻碍和责任

问题，顾客操作可行性考虑待开发软件的运行方式在顾客组织内与否

行得通，现行管理制度、人员素质、操作知识与否可行。

由于在本系统中是有协议作为双方合作日勺基础，因此不会存在任何侵

犯、阻碍和责任问题。虽然存在了，也可以根据协议进行分析，一定

有人会负责任，因比此系统完全可以进行开发。

6.2顾客使用可行性

本系统面向中高阶层日勺人们消费，重要用于顾客实现对家电日勺

统一管理，进行多种有关操作并对家电日勺状态进行实时检测。

由以上经济、技术、操作和法律四方面日勺分析可以看出，本系统日勺开

发时机成熟，从多种角度考虑，都是可行日勺。

7、结论

通过以上经济可行性、技术可行性以及法律原因各个方面日勺研

究分析得出，本系统可行。

三、需求分析

1、家庭自动化系统工作流程分析

(1)、在顾客登录时进行检查，控制不一样的顾客使用系统的权限;

(2)、对顾客时管理，包括对顾客信息的增长、删除和修改；

(3)、对指定期间内日勺操作记录进行管理，包括查看操作记录、手

工删除操作记录、记录一次操作以及对失效的记录进行自动清除；

(4)、查看设备的状态，包括对连接到系统控制中的所有设备ET、J状

态以及与否出现异常现象进行查看；

(5)、控制子系统接受主系统发送W、J信息;以及向主系统发送信息;

控制子系统将主系统发送出J信息，发送给指定W、J设备：

(6)、对设备进行监控，包括启动监控设备、停止监控设备、监控

设备；

(7)、对系统中的设备进行管理，包括增长设备以及删除己经连接

到系统中的设备；

2、家庭自动化系统需求分析

2.1家庭自动化系统日勺非功能性需求分析

设计家庭自动化系统的J目的是完毕对家电产品以及有关设

备出J管理和控制，到达远程控制和使用家电设备W、J目出J,其最终

目日勺是提高人类日勺生活质量，因此需要具有良好的性能，满足实

际工作的需要是十分必要日勺。

家庭自动化系统日勺详细性能目日勺如下：

（1）^系统的迅速反应

家庭自动化系统首先要保证的就是系统的反应速度。在设计

与实行中采用先进的网络技术和系统，并在应用软件的选择或编

制中尽量采用先进的技术，最大程度地提高系统的响应速度，以

便于迅速查询。

（2）、系统良好口勺可维护行和开放性

系统设计应面向未来的发展，提供多种必要口勺原则接口，以

使顾客可以根据需要随时添加必要的设备和系统，扩充系统功

能。要充足考虑到家庭自动化日勺发展趋势以及不停变化。

（3）、充足保证系统的安全性

家庭自动化系统中设备口勺使用品有安全性规定，因此，必须

建立一整套的系统安全保密措施，规定一系列访问系统日勺不一样

级别日勺权限，杜绝非法访问。

（4）、友好的人机界面

系统的顾客不也许是专业日勺计算机技术人员，甚至对计算机

理解甚少，因此要提供清晰、友好的系统接口，提高系统W、J可操

作性和人机交互功能，最大程度地以便顾客的使用。同步系统应

能提供W、J以便日勺联机再现协助功能。

(5)、考虑家庭自动化系统中设备发生变化后来日勺集成

家庭自动化要实现真正的信息化，必须考虑后来系统日勺集成

问题，这样才能使系统不至于很快的就被淘汰。

2.2家庭自动化系统日勺功能模块分析

家庭自动化系统意在开发出一种符合人类生活需求日勺家庭自

动化模拟系统，该系统重要分为五个子系统:顾客登录子系统，

灯光控制子系统，家电控制子系统，环境控制子系统和保安控制

子系统。

3、数据描述

3.1静态数据

系统中预存的多种原则数据。

3.2动态数据

(1)、输入数据

系统所采集的各个实体设备日勺信息流。

(2)、输出数据

通过各个子系统处理后的对应到多种设备的详细操作的信

息流。

3.3数据词典。

数据名称：家庭自动化系统

简述：由系统管理员来负责对连接在系统中的多种家电实行

详细动作。

数据条目：

系统管理规定式顾客管理I灯光控制I家电状态监测I环境监测I保

安控制］

顾客管理二登录+顾客信息+顾客权限

灯管控制二室内灯光+室外灯光

家电状态监测二接入家电数目+家电功能+家电目前状态

环境监测二温度+湿度+调整

保安控制二门窗监控+视频监控

关键子系统二接受输入I回馈信息流+加工处理+输出信息流

数据文献二｛顾客管理+灯光控制+家电状态监测+环境监测+保

安控制+新设备接入+关键子系统+平常报表I文献｝

数据量：2023次/天

峰值:每天18：00—20：00有1000次

图四、HAS的层次方框图

图五、家庭自动化系统的数据流图

4、运行需求

3.总体设计

3.1处理流程

（1）在顾客登录时进行检查：控制不一样的顾客使用系统的权限。

（2）对顾客的管理：包括对顾客信息日勺增长、删除和修改。

（3）对指定期间内日勺操作记录进行管理：包括查看操作记录、手工

删除操作记录、记录一次操作以及对失败II勺操作记录进行自动清除。

（4）查看设备的状态：包括对连接到系统控制器中的所有设备n勺状

态以及与否出现异常现象进行查看。

（5）控制子系统接受主系统发送Ff、J信息；以及向子系统设备发送信

息；控制子系统将子系统发送的信息发送给指定的设备。

（6）对设备进行监控:包括启动监控设备、停止监控设备、监控设

备中。

（7）对系统中的设备进行管理：包括增长新设备以及删除已经连接

到系统中的设备。

3.2总体构造和模块外部设计

在应用系统总体设计中，以Servlets为前端控制器，负责管理顾

客W、J登录，以及数据时获取等。以会话Bean实现系统的工作流，将

会话Bean作为一种外观，来封装应用程序日勺业务逻辑，业务逻辑再

通过实体Bean组件来操作有关数据，从而形成HAS系统的总体构造

体系。

会话外观

GUI

图六、系统总体设计构造

4.接口设计

4.1顾客接口

本系统日勺顾客界面如下所示:

*丛

快捷功能键区

提交区

顾客输入界面（系统显示界面）

图4-1顾客登录界面

4.2外部接口

本系统采用C/S模式，由C++实现日勺管理信息系统（Management

InformationSystem）o通过ADO连接与数据库服务器相连。

5,数据构造设计

5.1数据库三级模式构造

数据库系统的三级模式构造是指数据库系统是由外模式、模式和

内模式三级构成，如下图示：

应用A应用B应用C应用D

外模式1外模式2外模式3

外模式I模式映像

模式I内模式映像

内模式

数据库

图4・2数据库三级模式构造图

其中模式也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑构造和特

性的描述，是所有顾客的公共数据视图。外模式也称子模式或顾客模

式，它是数据库顾客(包括应用程序员和最终顾客)看见和使用向局

部数据的逻辑构造和特性的描述，是数据库顾客的数据视图，是与某

一应用有关的数据的逻辑表达。内模式也称存储模式，它是数据物理

构造和存储构造口勺描述，是数据在数据库内部的表达方式。数据库区I

三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据口勺详细组织留给DBMS

管理，使顾客能逻辑的抽象的处理数据，而不必关怀数据在计算机中

时详细表达方式与存储方式。为了可以在内部实现这三个抽象层次的I

联络与转换，数据库系统在这三级模式之间提供了两层映像：外模式

原式映像和模式｝内模式映像。正式这两层映像保证了数据库系统中

的数据可以具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

影响一种系统性能的重要原因是数据库性能和客户端程序设计，因此

进行数据库的设计与整个系统口勺性能、升级等都息息有关，在数据库

设计时，要考虑日勺重要原则有：

(1)命名的格式规范：为了便于系统适应不一样的数据库，数

据库中多种对象的I命名应采用大小写敏感的I形式。

(2)索引的使用：合理使用索引，如表日勺规模不大、表需要频

繁更新、以及查询字段不确定期，尽量不用索引。

(3)数据的一致性和完整性：为了提高系统H勺响应速度，合理

的冗余是必要日勺，因此设计时，要用有效手段保证数据的

一致性和完整性。

（4）数据库性能的调整。

5.2重要表构造

将对象模型映射成数据库模型，也就是向数据表转换。转换

方式如下：

（1）一种对象类可以映射为一种以上的库表，当类间有一对多的

关系时，一种表也可以对应多种类。

（2）关系的映射也许有多种状况，但一般映射为一种表，也可以

在对象类表间定义对应H勺外键。对于条件关系的映射，一种

表至少应有三个属性。

（3）减少表之间的冗余字段。

（4）映射后附表进行冗余控制调整，使其到达合理的安息范式，

一般到达3NF即可。

在映射应用对象时，除关系映射规范化后也许出现一对多的表映

射外，大多数应用对象与表对象是一一对应的。可以将规范化处理后,

有一种应用对象映射出来的多种表当作一种数据库对象。因此当部分

应用需求变更时，首先，系统修改可以不波及需求不变更的部分，另

一方面，变更部分的修改可以基本上只限于追加或删除程序模块或追

加新库表，而基本上不必修改原有程序代码或原有库表定义，从而大

大减少了工作量，减少了工作难度。

根据对系统所进行的分析，以及对未来系统的扩展考虑，确定数据库

中日勺重要数据表有如下几种：

表4-1顾客信息表(user-info)

名称代码重要的数据类型长度

顾客代码user-idTRUEVARCHAR(20)20

顾客类型user-typeFALSECHAR(l)1

顾客密码passwordFALSEVARCHAR(8)8

顾客名称user-nameFALSEVARCHAR(40)40

顾客号mobileNOFALSEVARCHAR(20)20

码

表4-2操作日志表(operate・log)

名称代码重要的数据类型长度

操作内容messageFALSEVARCHAR(300)300

录入时间inputTimeTRUETIMESTAMP

表4-3家电信息表(appl