基于Java的智能家居控制系统的设计信息控制端的设计论文初稿Word文档下载推荐.docx
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基于Java的智能家居控制系统的设计信息控制端的设计论文初稿Word文档下载推荐.docx
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2010年11月1日
指导老师签名:
日期:
基于JAVA技术的智能家居控制系统的设计(信息控制端的设计)
摘要
智能家居(SmartHome),又称智能住宅。
它是以住宅为平台,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。
与智能家居的含义近似的还有家庭自动化(HomeAutomation)、电子家庭(ElectronicHome、E-home)、数字家园(Digitalfamily)、网络家居(NetworkHome),智能家庭/建筑(Inte1ligenthome/building)等。
智能家居也可以定义为一个系统。
利用计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统,有机地结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。
本文以智能家居广阔的市场需求为基础,选取家庭智能控制系统为研究对象。
在对家庭楼宇自动化协议、嵌入式系统深入研究的基础上,采用Java技术为平台,成功开发了调速调光控制器、家用电器调节控制器等等各项功能。
最后,对整个系统进行了大量的调试工作,包括软件仿真和系统连机调试,结果证明这种网络控制的方案是可行的。
关键词:
SmartHome,JAVA,J2me,智能家居
TheDesignofsmarthomesystembasedonJAVA(theinformationcontroldesign)
Abstract
SmartHome,alsoknownasSmartResidential.Itisresidentialasaplatform,combiningarchitecture,networkcommunications,informationappliances,equipmentautomation,collectionsystem,structure,services,managementfortheintegratedhigh-performance,comfort,safety,convenience,environmentalprotection,livingenvironment.ThemeaningofintelligenthomeandweresimilartoHomeAutomation,ElectronicHome,Digitalfamily,NetworkHome,Inte1ligenthome/building.Intelligenthomecanalsobedefinedasasystem.Theuseofcomputertechnology,networkcommunicationtechnology,integratedwiringtechnology,homelifeandthevarioussubsystems,thecombinationofmanagement,throughco-ordination,sothathomelifemorecomfortable,safeandeffective.
Drivenbylargemarketrequirements,wechosetheintelligenthomesystemasresearchcontentandtheembeddedsystemasresearchtool.Basedonin-depthstudyofhomeautomationandbuildingautomationprotocolandembeddemsystem,successfullydevelopedthemotordriverandlightingcontroller,vacuumtypedejectascollectingdeviceonhigh-speedtrain,palmercoderbasedonprotocol.Lightingcontrollerbasedonprotocol.
Last,wehavacarriedoutalotofworktodebugthewholesystemincludingsoftwaresimulationandsystemonlinedebugging.Theresulthasprovedthattheschemeofthenetworkcontrolisfeasible.
KeyWords:
SmartHome,JAVA,J2me
1绪论
1.1引言
随着社会的发展和科学技术的进步,数字网络生活时代已经到来,以家庭智能化、物业管理现代化和社区服务信息化为典型特征的智能社区也在悄然应运而生。
住宅智能化是人类住宅的又一场新的革命。
它能够为人们提供更加轻松、有序、高效的现代生活方式,是未来居住模式的必然发展趋势。
随之而然,智能家居系统也在逐渐成为一个新兴的研究领域。
智能家居提供的是一个具有高度安全性、生活舒适性和通信快捷性的信息化与自动居住空间。
智能家居是指将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置,通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统(即家庭控制器)上,以实现监视、控制和家庭事务型管理,并保持这些设施与住宅环境的和谐与协调。
智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下,对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制,使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。
将社会的信息化建设与小区的信息化、智能化建设有机地融合起来,充分利用已有的宽带网络,做到资源共享,达到节省投资、降低使用费用、方便物业管理,为用户提供尽可能多的高品质服务,已成为房产商、电信运营商、物业管理公司、城市公用事业公司和用户等几方共同关注的问题。
自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑,相反,成了帮助主人尽量利用时间的工具,使家庭更为舒适、安全、高效和节能。
家居智能化技术起源于美国,网络系统中的各个设备均可实现资源的共享。
因其布线简单、功能灵活,扩展容易而被人们广泛接受和应用。
目前,已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居的研究。
1.2研究的意义
智能家庭控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为平台,控制技术为技术平台,现场总线为应用操作平台,构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。
智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和系统,以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。
使人们享受到高科技带来的方便快捷的生活方式。
人们的生活方式在逐渐加快,因此生活中就需要更为便捷的生活方式。
智能家居就是在这种情况下应运而生的。
人们需要通过一个按钮就可以实现对家具的控制,减少了原来需要寻找遥控器或者是开关等方式带来的不便。
从而使人们的家更舒服,更方便。
系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。
1.3研究的内容
由于把系统分为客户端、服务器端和网络连接三个部分。
而我主要负责客户端的操作。
因此本文主要研究客户端中所实现的功能。
由客户端发送控制信息,控制服务器端的家居状态,服务器受到控制信号之后,修改现在的状态,并把修改之后的状态返还给客户端。
1.3.1系统介绍
使用J2me技术实现手机界面,以及家用电器的监视和控制、照明设备的监视、调节和控制、门的控制、窗帘的控制……并实现客户端与服务器端之间的通信。
通过手机上的各个按钮控制发送信号,进而实现家居的开关控制。
系统选用J2me技术开发基于手机平台的信息控制端软件。
以发送数据信号的方式发送到控制端,实现控制家居设备的功能。
J2me是sun公司针对嵌入式、消费类电子产品推出的开发平台,是一系列规范的集合,由JCP组织制定相关的JSR并发布,各个厂商会按照规范在自己的产品上进行实现,但是必须要通过TCK测试,确保兼容性。
通过使用J2me中的无线网络开发技术实现手机客户端与系统终端的通讯。
使用通用连接框架技术建立HTTP连接。
使用servlet技术实现计算机之间的即时通讯。
1.3.2模块划分
主页面显示智能家居控制系统的字样,以及输入密码的输入框。
密码输入成功则可以直接进入智能家居控制系统的主界面。
如果密码输入错误,则需要重新输入。
对密码的设定采用最大不能超过八个字符的简单定义来实现对系统安全的保护工作。
密码输入成功则可以登陆控制家具的页面。
根据房间的布局,把整个家庭分为三个模块。
分别为客厅、厨房和卧室,对房间中的家居进行合理的分配,从而达到更高效的目的。
同时为了方便修改密码。
把修改密码的功能也和这三个控制页面一起,放入到了同一个界面中。
下面介绍各个房间中能够控制的家用电器。
客厅中能够控制的家用电器包括:
防盗门、窗帘、吊灯、空调和电视。
防盗门、窗帘和电视的控制分为两个分别是“开启”和“关闭”。
吊灯的控制除了在“开启”和“关闭”的基础上增加了一个亮度调节的控制,用滑动条的形式来实现对温度的调解。
根据空调的特性,给空调又增加了温度和湿度的控制。
分别用两个滑动条来实现对家居的控制。
厨房中能够控制的家用电器包括:
灯、窗帘。
厨房中的灯和窗帘的控制分为“开启”和“关闭”两个设置。
卧室中能够控制的家用电器包括:
床头灯、窗帘和吊灯。
卧室中的床头灯和台灯一样在开启和关闭的基础上增加了对亮度调节的控制。
窗帘则只有“开启”和“关闭”的功能
为了方便人们的操作,增加了修改密码的功能。
在卧室的下面就是改密的字样。
点击确定按钮,则可以修改密码,键入新密码,返回密码修改成功的字样。
无论何时何地,只要您想要控制家中家居的状态,拿起手机,进入到智能家居控制系统,选择要更改的房间,以及要控制的电器,选择之后点击发送按钮,就可以实现对家用电器状态的更改。
空调和其它的模式则不同,不仅具有开和关的状态,还增加了温度的调节和控制。
电灯的控制方式和空调的类似,在开和关控制的基础上增加了调解亮度的功能。
使人们能够根据自己的喜好来调节亮度。
丰富了人们选择的范围,使选择方式不再单一。
2需求分析
为了方便后续工作的进行。
减少开发过程中的工作量。
在代码编写之前就要做好整个系统的规划工作。
探讨系统的可行性。
2.1可行性分析
验证一个系统是否可行,需要从很多的方面着手分析。
其中主要的内容包括:
技术可行性、经济可行性和操作可行性三个方面。
2.1.1技术可行性
系统采用J2me技术。
使用J2me中特有的手机模拟器进行开发,实现对各种家具的控制。
J2me技术规范定义了Java技术在资源有限制的设备中的表现形式。
J2me主要适用于小型嵌入式设备,这些设备与PC或是服务器设备相比没有统一的硬件标准、外观与操作方式,其功用也是千差万别。
但是J2me在使用于这些设备的同时也保留了Java的传统特性,即任何时间和任何地点的代码具有可移植性、部署灵活性、安全的网络传输性,以及代码稳定性。
(1)在给定的时间内能够实现任务书中的功能。
能够实现页面的跳转和以及对服务器端家电的控制。
(2)从软件的质量方面来看,此软件运行速度较高,功能具备有实用价值。
后期软件维护代价相应比较小。
(3)软件的生产率较高。
能在短时间内完成有效地工作。
2.1.2经济可行性
此系统虽然需要依靠硬件来实现,但是开发成本相对较低。
后期维护简单方便。
如果能够实现,则能够取得可观的效益。
收益远远大于支出,因此此项目在经济方面是可行的。
2.1.3操作可行性
对于用户来说,能够使用该软件系统,能够方便人们的生活,使人们生活的环境更加的美观。
墙面上不会再到处都是开关,同时也不用为了寻找遥控器而发愁。
使用此系统,能够使人们的生活方式发生天翻地覆的变化。
让人们享受科技带来的方便生活。
在家中你可以拿起手机,选择要控制的家电,然后更改其开关状态,在户外也同样可以控制,实现家中和户外同等控制的功能,同时优化了无线网络传输过程中网络延迟带来的时间上的延迟,使人们在最短的时间内接收到服务器端返回的家居控制的信息。
2.2系统性能需求
智能家居控制系统是一个很有发展前景的系统。
因此为了使本系统能够长期使用,必须使系统满足安全、稳定、可靠、高效的运行模式,生活水平的提高,伴随着生活质量的提高。
同时人们生活的节奏也逐渐加快,怎样高速的完成任务就是我们要考虑的主要问题。
因此系统应满足如下性能需求:
(1)较强的扩展能力和通用性,此系统即能够满足一个家庭之间的通信,同时对一个小区来说也同样适用。
由于这次我们主要研究的是控制家居这方面的内容,以后,我们还可以扩展此系统,加上远程通信、智能报警等等各项功能。
(2)由于本系统的界面简单明了,因此人们很容易就学会操作。
扩大了系统的用户群。
为了提高人们的生活质量,本系统应运而生。
在不改变人们生活住宅的情况下,有效的实现对家居的控制。
使人们可以节约时间,享受生活。
(3)系统的准确性和及时性
系统处理的准确性和及时性是我们要考虑的主要问题。
在控制家电的过程中,我们一定要确保对家居状态更改的准确而且及时。
优化系统,使系统的反应能力和控制家居的能力满足用户多功能的需求。
2.3系统功能需求
项目主要实现用户对家用电器的控制,其中包括家居的开和关,以及其他的相关操作。
客户端发送控制信息的请求,通过网络传输方式发送到服务器端,服务器端相应客户端的操作,然后再把结果返回给客户器端。
其中家用电器的控制在开和关灯相关控制的基础上增加了智能调节控制。
空调实现了用下拉框的形式开实现对湿度和温度的控制。
进而为人们实现对家具的控制提供了方便。
其中,系统交互图如下:
Update_Account
List_Account
Login_User
图
(1)客户端服务器端系统交互图
对相关功能的描述如下:
该系统共分为三个模块,分别为客厅、厨房和卧室。
模块一:
客厅中的家用电器主要包括:
实现对防盗门、窗帘的开关控制、对吊灯的开关操作以及亮度调节的控制、对空调的开关操作以及对室内温度和湿度的控制以及调节控制电视的开和关,等等一系列的操作。
模块二:
厨房中的家用电器主要包括:
吊灯和窗帘。
还是用下拉菜单实现对各个家电的开关控制。
模块三:
卧室中的家用电器主要包括:
吊灯、窗帘和台灯。
这个模块中的家具设计的虽然不是很多,但是也同样实现了家具的开关和家用电器的监制和控制。
模块四:
系统中为了保护使用者的权限,我们设置了密码登陆。
首页的时候必须输入密码才能进入到智能家居控制系统中。
在页面中增加了修改密码的功能。
用户只需要输入新的密码,就可以完成对密码修改的工作。
系统运行主界面如下所示:
图
(2)智能家居控制系统主界面
键入密码“1234”之后点击菜单中的登陆按钮我们就可以进入到智能家居控制系统的页面。
如果输入密码错误,则跳转到密码输入错误页面,重新输入密码,直到密码输入正确,则可以进入到控制页面。
其中密码输入错误之后页面提示界面如下:
图(3)密码提示界面
输入密码正确之后,则可以进入到系统控制界面。
其中包括:
客厅、厨房、卧室和改密功能。
其中,系统运行界面图如下所示:
图(4)系统运行界面图
客厅、厨房、卧室的布局都是类似的,现在我们选择以客厅为例:
其运行界面图如下所示:
图(5)客厅运行页面
选择空调之后,我们可以选择其开关状态,以及温度和湿度的调节。
然后发送数据,将要更改的信息通过网络发送到服务器端。
由服务器端响应数据,然后将数据返回客户端。
其控制图如下所示:
图(6)运行界面如图所示
3系统总体设计
本系统主要研究基于J2me的智能家居控制系统客户端的信息。
运用J2me语言编写代码程序。
通过硬件和软件相结合的方式来实现对家用电器的监制和控制。
3.1技术总体分析
软件总体设计是基于J2me平台开发智能家居系统的移动客户端和服务器端。
J2me在小型化、可移植性方面有很多优势,是现在非常流行的程序设计语言。
本系统是使用C/S网络结构并将GSM网络与互联网相结合的方式,在互联网上拥有独立的服务器,实现移动客户端与家庭主机之间的实时通信。
3.1.1移动客户端软件设计
在通信过程中,移动客户端与家庭系统模块是通过TCP协议建立的可靠连接。
首先移动客户端和家庭系统模块之间建立Socket连接,家庭系统模块在端口上监听等待客户端连接。
客户端连接之后,需要输入密码,密码正确后服务器端会开启一个线程为此客户通信,并将这个Socket连接保存到向量中。
在客户端和家庭系统模块之间建立输入输出流。
系统客户端总共设计了两个包,分别为familyClient和familyClient.NetWork。
其中,familyClient包中包含了六个类,分别为ControlCanvas.java、FamilyList.java、MainMID.java、MenuCanvas.java、MidPlayer.java和PassWordCanvas.java。
而familyClient.NetWork包中则是留了两个接口分别问send()和recived()两个接口。
其中ControlCanvas类中使用低级用户Canvas来设置用户界面按钮,实现代码如下:
privateCommandCmd_Back;
privateCommandCmd_Send;
Cmd_Back=newCommand("
返回"
Command.BACK,1);
Cmd_Send=newCommand("
发送"
Command.OK,1);
由于程序中对于空调、电灯等的控制除了开和关的控制之外,增加了滑动条,因此,在这儿也对滑动条进行了定义。
privateintON_OFF_NUM=0;
//开关键参数
privateintROLL=100;
//滚动条参数
privateintDOU_ROLL=100;
//第二个滚动条参数
页面中的背景图片都是在画布中实现的,因此这就需要使用绘制图片的功能。
其调用的代码如下:
if(Fl.getBackImage()!
=null){
g.drawImage(Fl.getBackImage(),0,0,Graphics.TOP|Graphics.LEFT);
}
if(Type==ControlCanvasType_STYLE_ON_OFF){
//开关样式
draw_On_Off_String(g,getWidth()/5,getHeight()/3);
}elseif(Type==ControlCanvasType_STYLE_ROLL){
//滚动样式
draw_roll_Style(g);
}elseif(Type==ControlCanvasType_STYLE_DOUBLE_ROLL){
//双滚动条样式
draw_doubleroll_Style(g);
开启和关闭按钮同样也是在画布上实现的,对于位置通过锚点来控制它们具体的方位,锚点的作用就是设置占用屏幕矩形方块的具体位置。
为了区别按钮我们把按钮的颜色也画了出来。
对于按钮颜色的定义使用setColor()方法来对其进行定义。
在Graphics中还提供了对字体控制的方法。
每个Graphics都有一个Font对象与其关联,来进行文字的渲染操作,调用其类方法setFont(null),即可使字体恢复到默认状态。
使用staticFontgetFont(intface,intStyle,intsize)来获得一个对象以表示字体所具有制定的外观。
使用的均为最大字体。
Face参数,用来定义字体的外观。
其中使用到的Font类定义的外观常数如下:
StaticintFACE_PROPORTIONAL:
“比例”字体外观,数值64被制定给此数。
Style参数,用来定义字体的样式。
在这个类中使用到Font类定义的样式参数如下:
StaticintSTYLE_PLAIN:
格式常数“常规”,数值0被制定给此常数。
StaticintSTYLE_BOLD:
格式常数“加粗”,数值1被制定给此常数。
FamilyList类中定义了对智能家居控制系统的集中选择。
其中包括对title、选中菜单的定义。
还有上面讲述的对按钮的定义。
由于在选择的时候有音效因此在这个类中队音效这个方法进行了调用。
调用如下:
MidPlayermp=newMidPlayer();
mp.sound();
对于画布的绘制包含对颜色、锚点以及字体大小位置等的设置。
同时在键盘中添加了快捷键。
其中,程序中使用到的方法如下所示:
if(BackImage!
g.drawImage(BackImage,0,0,Graphics.TOP|Graphics.LEFT);
for(inti=0;
i<
ITEMS.length;
i++){
Fontfnt=Font.getDefaultFont();
if(i!
=SeletedIt
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