1、東 莞 理 工 學 院畢業設計（論文）題目：基于Android的智能家居系統設計客戶端及云服務器的實現摘要： 對基于ZigBee 技術對嵌入式Web 的智能家居遠程監控系統進行研究和設計。對家居設備通過Zigbee 進行無線組網，把家居設備的信息和數字視頻傳輸到因特網網絡上，在因特網上設立一個"無線視頻網關"阿里云服務器，可供外部訪問；實現將家居信息如溫度進行實時的顯示并進行后續的利用和控制；同時將收集各處傳輸進來的數字視頻信息進行后續的處理和識別。如入侵檢測，人臉檢測和識別等。智能家居又稱為智能住宅， 在國外常用Smart Home 表示。與智能家居含義近似的有

2、家庭自動化（Home Automation）、電子家庭（Electronic Home、E-home）、數字家園（Digital Family）、家庭網絡（Home Net/Networks for Home）、網絡家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（Intelligent Home/Building）等。智能家居系統利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術將與家居生活有關的各種子系統有機地結合在一起，通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全。智能家居可以提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流通暢，優化人們的生活方式，增強家居生活的安全性，甚

3、至為各種能源費用節約資金。關鍵字：智能家居，ZigBee 技術The smart home system based on Android design - the client and the realization of the cloud serverAbstract: based on ZigBee technology based on embedded Web research and design of smart home remote monitoring system. The household equipment through the Zigbee wireless

4、network, the household equipment information and digital video transmission on the Internet network, on the Internet to set up a "wireless video gateway" WEB server, available for external access; Achieve real-time display information such as temperature and household for subsequent use an

5、d control; At the same time, will collect all the transmission in digital video information for subsequent processing and recognition. Such as intrusion detection, face detection and recognition, etc.Smart Home is also known as Smart Home, usually in Smart Home abroad. With Intelligent household mea

6、ning approximate Home Automation, Home Automation, Electronic Family (Electronic Home, E - Home), Digital Home, Digital Family), the Home network (Home Net/Networks for Home), network household (NetworkHome), Intelligent Family/Building (Intelligent Home/Building), etc.Smart home system using advanc

7、ed computer technology, network communication technology, integrated wiring technology, will and household life of the various subsystems organically unifies in together, through the overall management, let household life more comfortable and safe. Function of smart home can provide a full range of

8、information exchange, help keep families with external communication unobstructed, optimize people's way of life, enhance the security of home life, even for a variety of energy cost savings.Key words: intelligent household, ZigBee technology目 錄1 緒 論11.1研究背景和意義11.2本設計所完成的工作22 總括42.1 智能家居發展概況4開發板

9、主要參數42.1.2 主要研究內容52.2 畢業設計總體設計方案53 功能設計73.1 主界面73.1.1 系統總體方案設計原則73.1.2 系統各部分結構功能及設計83.1.3 阿里云服務器端設計93.2 客戶機終端監控軟件設計103.3 畢業設計關鍵技術113.4傳感器信息通過Zigbee 傳輸123.4.1 DirectShow 視頻采集123.4.2 多線程技術及Socket123.5 入侵檢測功能實現13功能描述133.5.2 溫控制143.5.3 人臉控制143.6 參考文獻153.6.1 總結153.6.2 畢業設計社會和經濟效益分析。155. 總結19致謝201 畢業設計概述1

10、.1 智能家居發展概況智能家居是利用先進的計算機技術、嵌入式系統和網絡通訊技術，將家庭中的各種設備（如照明系統、環境控制、安防系統、網絡家電）通過家庭網絡連接到一起的，自從美國在1984 真正的智能建筑出現以來， 國外已經有將近30 年的研究歷史，而國內在這方面的研究相對較晚，從2003 年才逐步應用于高端市場，而且標準不統一，如海信、海爾、清華大學等大家各自為營。由于智能家居系統具有安全、方便、高效、快捷、智能化和個性化的獨特魅力，使得智能家居的開發與建設成為21 世紀科技發展的必然趨勢。隨著全球對能源和環境的要求越來越高，而智能家居在節能方面的效果優勢非常明顯，因此具有非常廣闊的市場前景。

11、1.2 開發板主要參數本畢業設計所使用開發板為Real6410 開發板，采用三星公司的ARM11 內核的處理器S3C6410.開發板上還集成了123 M的DDR 內存以及1 GB NandFlash, 同時預留了256 kNorFlash.底板上還提供兩個四線RS-232 串口， 一個USBHOST 接口，一個10 M/100 M 自適應以太網接口等外設。2 主要研究內容目前，各種智能家居系統的設計多以有線為主，但有線技術并不適用于智能家居的普及，安裝難度大以及價格昂貴的缺點限制了其發展。因此無線通信技術應用到智能家居中必將成為將來的發展趨勢和潮流。本畢業設計對家居設備通過

12、Zigbee 進行無線組網， 把家居設備的信息和數字視頻傳輸到因特網網絡上，在因特網上設立一個"無線視頻網關"阿里云服務器，可供外部訪問；將家居信息如溫度進行實時的顯示并進行后續的利用控制；同時將收集各處傳輸進來的數字視頻進行后續的處理和識別。3 畢業設計總體設計方案3.1 系統總體方案設計原則本畢業設計主要完成智能家居的環境變量和視頻信號的監控。整個系統包括一塊ARM11 開發板，一個16 位單片機，2個USB 的CMOS 攝像頭；一臺PC 機（運行客戶端的監控程序）根據功能的不同，整個系統可劃分由視頻采集模塊、數據壓縮、編碼模塊和視頻監控PC 等組成。采集模塊包括USB

13、攝像頭； 數據的壓縮編碼由ARM11 處理器完成； 視頻監控PC 完成視頻客戶端的功能；PC 機完成對開發系統的程序開發、調試等。圖1 為系統的組成結構。圖1 系統組成結構3.2 系統各部分結構功能及設計整個智能家居系統的設計可分為兩大部分：1）阿里云服務器端設計；2）客戶機終端監控軟件的設計。3.2.1 阿里云服務器端設計首先為ARM 開發板定制一個合適的Linux 內核（內核版本：Linux 2.6.28），然后對其進行裁剪，使其具有基本內核功能，同時保留TCP/IP 協議棧，串口協議以及相應的視頻編解碼模塊，使系統利用盡量少的硬件資源來滿足任務的處理工作。然后是開發一個運行于Linux

14、下的阿里云服務器程序，其實現的基本功能是通過USB 攝像頭的圖像數據采集，完成對視頻信息的獲取、壓縮和編碼（具體的編碼標準為當前較為流行的H264 編碼）。然后通過TCP/IP 協議將數據打包發送到網絡，同時利用Socket 實現服務器監聽功能，這樣就可以接受來自客戶機的監控請求。具體的工作內容如下：1）USB 攝像頭的驅動程序移植；2）H264 視頻編碼程序移植；3）視頻采集和傳輸的應用程序的設計；4）通過Zigbee 獲取傳感器相關信息。圖2 為阿里云服務器的工作流程，圖3 為ARM 通過網頁采集的視頻圖像，其IP 地址為：168.192.1.1:8080,此視頻即可以通過網頁顯示，也可以

15、通過相應基于I386 或Linux 的監控軟件進行查看。圖2 阿里云服務器工作流程圖圖3 ARM 通過網頁采集的視頻信息3.2.2 客戶機終端監控軟件設計客戶機終端監控軟件采用MFC 編寫， 可實現來自WEB服務器端的實時視頻預覽、視頻錄制、視頻截圖及傳感器參數的實時顯示等功能。程序采用多線程技術：一個線程進行視頻信息的解碼和播放功能，另一個線程實現視頻錄制功能。另外還采用了視頻信息疊加的方法，可以對環境變量進行屏幕疊加，能在錄制時完成信息的錄制和再現。圖4 為終端監控軟件。圖4 客戶機終端監控軟件4 畢業設計關鍵技術4.1 傳感器信息通過Zigbee 傳輸Zigbee 是IEEE 802.1

16、5.4 協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。IEEE-802.15.4 規范是一種經濟、高效、低數據速率（<250 kbps）、工作在2.4 GHz 和868/928 MHz 的無線技術， 用于個人區域網和對等網絡。本畢業設計使用Zigbee 完成傳感器信息的傳輸。傳感器信息由一端Zigbee 接收后發送至另一端Zigbee,然后傳入RS232 串口中。具體傳輸模型如圖5 所示。圖5 傳感器信息通過Zigbee 傳輸模型4.2 DirectShow 視頻采集DirectShow 是微軟公司在ActiveMovie 和Video forWindows 的

17、基礎上推出的新一代基于COM （ComponentObject Model）的流媒體處理的開發包。DirectShow 技術對處理圖像序列或用攝像機捕獲的序列尤其有用。本畢業設計使用VC 開發基于DirectShow 技術實現視頻采集。通過#pragmacomment（lib, "winmm.lib"）鏈接靜態庫winmm.lib,便可以實現windows 多媒體編程。4.3 多線程技術及Socket智能家居系統客戶機監控軟件采用MFC 編寫。其中關鍵技術包括多線程以及Socket（）。監控軟件中包括previewVideo 線程（ 通過函數UINTpreviewVideo

18、（LPVOID videoCtl）實現）實現視頻的預覽功能以及recordVideo 線程（ 通過函數UINT recordVideo （LPVOIDvideoCtl） 實現） 實現視頻錄制功能。打開攝像頭后通過AfxBeginThread （previewVideo,&m_video） 函數啟動previewVideo 視頻預覽線程， 用戶便可以通過監控軟件預覽視頻圖像。當用戶點擊錄制視頻按鈕時， 首先通過函數SuspendThread（pVideoThread->m_hThread）掛起previewVideo視頻預覽線程， 然后通過函數AfxBeginThread（reco

19、rdVideo,&m_video）啟動recordVideo 視頻錄制線程。當用戶點擊停止錄制按鈕時， 軟件通過函數ResumeThread （pVideoThread->m_hThread）恢復previewVideo 視頻預覽線程。終端監控軟件通過previewVideo 線程以及recordVideo 線程便能很好的實現客戶機的視頻預覽和視頻錄制功能。線程模型如圖6所示。智能家居系統使用Socket（）實現客戶機與服務器之間的通信。通過USB 攝像頭采集數據，對數據進行獲取、壓縮和編碼后通過TCP/IP 協議將數據打包發送到網絡，同時在服務器端創建Socket（）進行監聽，

20、來接受客戶機的請求。當客戶機發送connect（）連接請求后，服務器通過accept（）接收客戶機連接請求。然后服務器與客戶機之間通過send（）函數和recv（）函數實現發送、接收數據。Socket（）通信模型如圖7 所示。圖7 Socket 通信模型4.4 入侵檢測功能實現為了減少網絡傳輸和系統的壓力，在視頻采集端，每采集一次圖像就對采集的數據進行一次處理。該函數設定一個圖像發生變化的閾值c_limit,然后將圖像所有像素之差與閾值c_limit 進行比較，如果大于閾值c_limit,則認為圖像發生了變化，否則即認為沒有變化，則不將該次采集的圖像數據寫入JPEG 文件保存，這樣可以極大地提

21、高視頻存儲的能力，同時減少各資源的浪費。4.5 利用openCV 庫實現人臉檢測OpenCV 是Intel 公司面向應用程序開發者開發的計算機視覺庫，其中包含大量的函數用來處理計算機視覺領域中常見的問題，例如運動分析和跟蹤、人臉識別、3D 重建和目標識別等。在openCV 函數可編程過程中，CvSize 和IpImage 是兩個比較常用的結構。CvSize 結構表示矩形尺寸的結構，結構中分別定義了矩形的寬度和高度。IpImage 結構主要針對視覺方面處理。軟件實現中首先通過函數IpImage* cvCreateImage （cvSize（img->width,img->height

22、）， 8, 1 ）為圖像分配內存，然后使用函數cvCvtColor（ img, gray, CV_BGR2GRAY ）將RGB圖像轉為灰度圖像。為了讓輸入圖像大小相同通過cvResize（ gray, small_img, CV_INTER_LINEAR ） 對圖像進行縮放，函數cvEqualizeHist（ small_img, small_img ）實現灰度圖像直方圖均衡化。然后利用函數cvHaarDetectObjects（small_img,cascade, storage1,1.1, 2, CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING,cvSize （30, 30） 對圖像進行臉

23、部檢測， 最后利用函數cvGetSeqElem、cvRound、cvCircle 將臉部用圓圈標示。圖8 為臉部檢測效果圖。圖8 臉部檢測效果圖5 結束語畢業設計社會和經濟效益分析。主要用途和應用范圍：1）對機要部門的監視、控制和報警，如檔案室、文件室、金庫、博物館等；2）工廠、市場等的監視，如工廠生產過程、市場、營業廳、展覽廳、貨場等的監視；3）對交通運輸的監視，如公共交通、鐵路車站、鐵路調度等的監視；4）用于安全報警，如防盜、防火等的報警；5）在安全身產方面的應用，如煤礦等。經濟效益：隨著人們生活水平的提高，大家對智能家居的需求越來越高，而作為中國房地產的配套產業，中國的智能家居經過多年發

24、展，已成為一個集控制、計算機、家電等多種新技術為一體的新興產業。但是，由于市場不規范、行業標準不完善，市場發展并不是很成熟，如今還處于群雄逐鹿的"戰國時代".具有很大的市場潛力。社會效益：隨著哥本哈根會議和"十二五規劃" 當前，當低碳減排已成為一項國家行動，而智能家居在這方面有自己的優勢。其不僅智能而且節能，具有較高的社會效益5. 總結智能家居是系統性的產品，主要有控制器和執行器組成。其中該系統的通訊模式、系統構架、系統功能等是關鍵的。市場主流智能家居產品的通訊模式大概有10多種。其中不乏各種國際標準和國家標準的。所以，你斷難取舍源自你題目太大而無法落地

25、。用Zigbee方式做家居內的I/O控制，有成熟的250KZigbee解決方案，如果你水平高，可以嘗試做1MZigbee的I/O+簡單音視頻智能家居系統。論文好辦，解決了物理模型后，直接把解決方案中的芯片介紹60%+你的開發感受40%寫進去即可。補充說明：簡易智能聯動控制產品設計，也可以考慮“人體紅外感應”，可廣泛應用于走道、玄關、衛廚、衣柜等處燈光甚至設備開關控制。資料、IC、方法等可以百度“電子設計 KT-0003”，20塊錢1個。 如果能將433Mhz的無線收發（市面很多解決方案，關鍵是這種融合的思路是一種創新）做進去，還能實現邏輯聯動。致謝 經過長期的忙碌和工作，本次畢業設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的指導黃景旺老師。黃老師平日里工作繁多，但在我做畢業設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較