基于openWRT智能家居系统设计与实现_刘玉钵.pdf

2023.6电脑编程技巧与维护1概述随着社会的不断进步，居民生活水平不断提高，许多人对智能化家居的要求不断增加。此App通过手机安卓客户端或计算机（PC）端应用软件对居家设备进行远程开关、房门安防监控、热水器空调定时开关等。同时在开发板上安装红外接收装置，以便居家设备接受控制，为智能家居走进日常生活提供实际可行的方案。2市场分析电子电器、互联网业头部公司大部分开始进驻智能家居行业中，智能家居行业的并购重组也经常发生，说明智能家居市场正在被关注。不少业内人士认为目前智能家居市场的热度还可以继续提高，就算是最大智能家居的厂商一年也就是几千万的销售额，和目前业内人士的预测相距非常远。项目基于openWRT系统，是嵌入式Web的服务器，并且开发了各种控制终端，给用户带来了极大的方便。3设计思想与实现目标基于openWRT智能家居系统，采用智能自动化信息处理技术，采用简便的数据处理算法，打造高效智能的制度管理平台，具有高效率的优点，用来对智能家居进行管理。系统根据人工智能全自动的智能化控制，用户设置更方便，使用更安全，根据用户的要求系统就会自动控制并操作。系统主要包括插座控制、电量统计、电视机控制等功能。智能家居系统旨在为家庭或企业提供智能化、自动化的解决方案，为用户提供更加便利并且高效的生活和良好的工作体验。通过智能设备、传感器和软件设计组成的智能家居系统可以自动化执行各种任务，以建立生态系统起来。4应用技术（1）搭建用户界面（UI）框架。根据页面风格、简介性、方便性等多方面考虑搭建出最实用的导航模式。（2）选用开发库。App应用到的开发库非常多，包括数据操作库、网络请求库等。之所以要选择这些开发库，在开发效率的角度来看，选择较优的开源数据库可以使开发的周期缩短许多，并可以更好地提升开发效率。通过编码的方式更加规范、自然地分析和编码，就像网络不仅能够请求使用数据库操作系统，还可以大幅度地提高开发质量。（3）第三方服务集成。开发一个App时，会碰到一些社会层面的需求，例如，推送、自动升级、数据分析和数据统计、社交共享、用户信息反馈问题等，时间消耗较大，所以尽可能多地用一些第三方的服务可以使平台更加便利。进行完整的openWRT系统开发通常需要经历7个过程，如图1所示。5MySQL 数据库设计智能家居系统采用计算机数据库技术，可以快速、无差别地管理各方面数据，将使用的计算机或智能手机等作为载体进行存储。这些数据可以被找到并增加、删除。根据数据库的安全性特点，对数据的防护、信息采集和储存、对数据的处理和共享等操作，都有保护作用，在这些操作下也不会影响数据，以至于人们可以快速地分析数据库的信息，分享并确保数据的安全。采用MySQL数据库的一系列应用技术。字段包括登录的用基金项目：2022年国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号202210205041）。作者简介：刘玉钵（2002），男，学士，研究方向为软件设计。基于 openWRT 智能家居系统设计与实现刘玉钵，金作宇，张大明，蒋仕东，郑皓予，吴登峰（长春师范大学计算机科学与技术学院，长春130031）摘要：近年来随着年轻用户对智能家居的需求不断提高，在科技和人工智能的大背景下，许多居民均已经实现家居的智能化。但是仍有一部分智能化的功能显得不够人性化，不能全面系统化控制。为了人性化、高效率、操作方便，使智能化的家居生活更贴近人们的需求，设计并实现了基于 openWRT智能家居系统。关键词：嵌入式系统；智能家居；无线传输；人工智能图1开发过程建立Linux交叉编译环境创建Uboot，编写Boot-Loader进行Linux内核移植创建文件分区，构建rootfs安装硬件驱动程序安装各类软件工具包在硬件平台上进行上电调试127DOI:10.16184/prg.2023.06.0262023.6电脑编程技巧与维护图2整体界面图形设计户账号及密码，插座、人体感应、亮度、小夜灯等功能的统计数量。可以根据查询数据看出用户的使用情况和人数，进行开关插座时间、延时时间、实时功率、电量等信息统计。6功能设计6.1整体结构智能家居系统是通过手机互联网将家用的设施实现网络化、智能化及自动化的管理手段，通过在家居设施上安装支持不同功能的模块，由信息采集部分和控制部分构成这些模块。家庭子网可以将数据传输到智能家居的网关，而这些网关能够将数据进行远程传输、接收和发送远程指令，其中通信功能的实现是通过公共网络，包括互联网络和移动网络将结果传到移动终端的。用户可以将控制指令发送至节点模块，按照相同路径设置和操作，精确一点就是将指令通过公共网络传送至智能家居的网关，网关再把接收到的指令数据通过双方约定的通信协议下传至子节点。6.2硬件的构成与实现6.2.1 嵌入式的系统技术嵌入式系统有许多其他系统所不具备的优点，嵌入式系统体积相比其他操作系统体积更轻便、制作成本更低，并且还有着许多完备的功能、极高的性价比，使它广泛应用于许多不同的处理设备中。系统的硬件有许多，主要是由嵌入式处理器、中央处理器（CPU）、电源及其他硬件构成的。软件部分主要是由操作系统和其他App构成。市面上常见的嵌入式操作系统数量非常大，其中比较基础的是Linux操作系统。6.2.2 系统硬件模块的技术指标智能家居系统硬件主要是应用嵌入式系统组成监控的前端与监控服务器。前端监控包含众多模块，由网络网关模块、视频采集模块等组成。主要采用基于ARM9的Micro的开发板作为主控硬件，通过连接前端，和通用串行总线（USB）的数字摄像头进行连接。系统前端监控模块由嵌入式的系统构成，其功能丰富，包含视频的储存、传输，便于实现视频的解码，以至于用户可以根据个人时间管理实现接收和储存，并且使用数据库建立与服务器的通信。前端模块的核心主要由主控统一控制，根据对应的操作规则实时进行处理，可以通过网关向服务器转发并显示本地视频，该程序还可以通过局域网接收由终端发送的指令或发送相应的操作指令并在硬盘中保存视频的数据，以便用户能够及时获取。也能够及时地存储和提取视频文件，通过硬件的简单操作就可以完成对前端监控模块的控制。6.3软件设计6.3.1 界面设计（1）登录界面用户如果想连接服务器就必须要先进行网络连接，如果成功连接，则会转入设计的登录界面上，用户经过输入账号和密码，服务器会对用户输入的账号、密码进行核对、校准。当账号和密码都能正确对应时，就能进入智能家居系统的主界面。账号和密码是否正确，需要与之前存储在服务器中的用户数据进行对比，如果不同，则系统会弹出提示框显示输入的账号或密码是错误的，请重新输入；如果相同，则说明账号和密码与服务器中存储的信息一致，就可以切换到主界面的智能家居系统。主界面会显示房间的具体信息，以便于控制每个房间。（2）整体界面图形为了软件中的界面更加美观，对按钮采用简洁性设计，并且通过改变按钮的弧度值使按钮更加圆滑，特意使用了Button控件使按钮操作更加简便，并且根据各个组块的功能需要，用不同的颜色进行区分，首先从drawable中添加按钮的样式，并且对其属性进行配置，并且用6位数字，以十六进制的形式进行编写来代表颜色，在主要的样式中增加多种颜色。整体界面的图形设计如图2所示。6.3.2 视频监控管理模块该智能家居系统视频控制管理模块主要用于管理前端监控，通过WiFi的连接，利用手机的软件进行摄像头的管理和设置，用户可以通过登录App发送添加摄像头的请求，这时请求就会传输到网关并通过层层递进传输到系统中枢，选中将要添加的设备，系统中枢就会返回信号，通知摄像头成功添加到App中，完成用户进行增、删摄像头的操作，如图3所示。1282023.6电脑编程技巧与维护1.手机App登录成功，发送添加摄像头请求Appsmartphonevideoplatformgatewayipc2.发送添加摄像头请求3.发送添加摄像头请求4.添加设备按钮5.通知添加摄像头成功6.通知添加摄像头成功7.通知添加摄像头成功6.3.3 灯光开关强弱设计模块灯光开关强弱模块可以对控制者房间内的灯光通过手机App进行远程控制，用户可以根据自己的需求单击灯光的控制按钮对服务器发出操作指令，服务器会根据事前已经设置完成的对接指令进行操作，从而可以控制和传输网关，网关通过对指令的部分处理，就能实现控制灯光开关强弱等一系列功能。此模块最基本的功能是通过一系列操作对房间内灯光进行调节。因为在许多场景下，不同用户对室内照明的需求也各不相同。此模块的设计不仅可以调节各房间的亮度，还可以在达到用户需求的同时，实现节约电能的目的。6.3.4 窗帘控制模块窗帘控制模块实现窗帘开关的功能，其主要是通过传输来实现的，为了开关系统能够按照要求稳定地实现，基于openWRT智能家居系统的窗帘部分通过Ar-duino来控制电动机的转动，就可以达到控制窗帘开关的目的，也比较稳定。通过这个操作可以使窗帘控制更高效。6.3.5UI 交互设计智能家居系统为了实现用户在界面端更加方便地控制家用电器，因此要实现相应的功能。除UI设计需要专业的框架外，智能家居系统客户端和服务器之间也需要稳定的连接。把存储的房间信息、设备信息、环境信息和许多信息通过互联网的连接存储到MySQL数据库中，便于用户对其进行直接的编辑和操作。7优势分析openWRT可以安装在各种硬件设备上，可以广泛地使用，例如，应用在家庭、工业、企业等各种场景模式中，并且基于openWRT的开源特点，它可以不断地进行升级和优化，以满足不同的家庭需求，同时open-WRT也具有防火墙功能，它可以随时保障系统的安全运行。智能家居系统能更好地适应网关，因为计算机技术、网络通信的飞速发展，家居智能化设备可以使人们的生活更加便捷。在智能家居系统中，除了一些较为基础的数据包和路由外，智能网关一定是系统的核心位置，同时还需要控制智能家居，完成家居终端一系列数据的采集、转发功能和控制数据的传输、完善网络服务等。项目旨在结合新时代的特点，站在超前的视角结合智能家居，把未来家居方式的发展当作第一位去展望未来的智能家居技术，能够为当下智能家居的发展提供更广阔的思路。而嵌入式智能家居系统的所有程序都是以文件为基础，便于更新换代，通过互联网就可以完成升级，使产品的更新和发展更为便捷和轻松，使维护系统更加方便，对于传统型系统来说，这些都是质的飞跃。8结语通过对国内智能家居发展现状及存在的主要问题进行有效分析，对比国内外现代智能家居的发展情况，尤其是从家庭和企业的需要出发，通过Internet技术，设计并实现智能家居系统。在设计的层面上要坚持以人为本，真正让智能化融入百姓生活。将来，智能家居的领头企业将逐步改善智能家居产品的单一化，并且提供一个标准统一的一体化交流平台，让所有的产品都能在统一的准则下提升产品质量，使消费者的使用体验不断提升。参考文献1郎洪林.基于物联网的智能家居监测控制系统研究与设计D.重庆:重庆理工大学,2022.2蒋志伟.基于ARM嵌入式智能家居系统的设计与实现D.天津:河北工业大学,2022.3付乐.基于物联网智能家居系统设计与研究D.镇江:江苏科技大学,2020.4李炜.基于无线网络的智能家居控制系统设计与实现D.成都:电子科技大学,2020.图3视频监控管理流程图129