论文总字数：24741字

摘 要

为了解决目前智能家居行业没有统一规范，控制端APP纷乱的现象，本文提出了一款Android系统下的智能家居平台APP，并设计了样例企业接入该平台。通过该平台可以实现各种智能家居设备的统一管理。

智能家居平台由两部分组成：MySQL数据库服务器和Android APP。在GitHub上公开APP仓库，企业可克隆该仓库，然后设计相应的模块。APP通过使用JDBC包直接访问服务器，管理账号、企业及用户设备列表。平台管理员、企业及普通用户三种账号身份可由APP直接登录，维护管理十分方便。

企业承担智能家居的具体实现部分，需对设备端、服务端及控制端接口进行设计实现。本文设计了一个样例企业，其服务端由MQTT代理和Web服务器组成，设备端采用Socket套接字与Web服务器通信，控制端向MQTT代理发起订阅。该样例企业可为后续接入平台的企业提供参考。

测试结果表明，整个平台可实现企业的灵活接入，且能完成数据显示和指令下发，具有一定的实用价值和创新价值。

关键词：智能家居平台；Android；服务器组；MQTT

Abstract

There is no standard in smart home industry and the control-end APP is very complex, thus a smart home platform APP is proposed based on Android system and a sample company is designed to accessed to the platform in this paper. It can manage all smart home devices designed by any signed company in a single APP.

The smart home platform contains 2 main parts - a MySQL database server and an Android APP. The APP repository in GitHub will be public and companies can clone it and then design their relative modules. This APP can directly connect to the server with JDBC package, managing accounts, companies, and user’s device list. It is very convenient to manage that all users can sign in with this APP.

Companies should achieve the implementation of smart home system such as designing device end, server end and controlling end interface. A sample company is designed in the paper. The company’s server contains a MQTT blocker and a Web server. The device end communicates with the Web server by Socket and the control end subscribes to the MQTT blocker. The designed company can be an introduction for the later company to access to the platform.

The test result shows that this platform can achieve the accessing of companies and has the ability of displaying the sensor data and releasing the commands to the devices. It shows that this platform APP has a certain practical value and innovative value.

Key words：Smart Home；Android；Server Group；MQTT

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外智能家居发展 2

1.3 课题研究内容及预期目标 3

1.4 本文结构安排 3

第2章 平台总体设计 4

2.1 智能家居企业的设计方案 4

2.1.1 企业服务端设计方案 4

2.1.2 企业服务端相关知识 5

2.2 智能家居平台的设计方案 9

2.2.1 智能家居平台服务器设计方案 9

2.2.2 智能家居平台服务器的相关知识 10

2.2.3 智能家居APP的设计方案 10

2.2.4 智能家居APP的相关知识 11

第3章 平台的具体实现 13

3.1 智能家居APP的具体实现 13

3.1.1 登录活动的实现 13

3.1.2 普通用户相关活动的实现 14

3.1.3 企业用户和管理员用户的实现 16

3.2 样例企业的具体实现 19

3.2.1 MQTT代理服务器的部署 19

3.2.2 企业通信服务器的部署 20

3.2.3 企业模拟设备传输的实现 21

第4章 总结与展望 26

4.1 总结 26

4.2 展望 26

参考文献 28

致 谢 29

绪论

课题研究背景

由于社会的加速发展，当代年轻人面对的生活压力越来越大，这使得他们不得不把更多的精力放在工作和学习上，因此容易忽略一些生活的细节，比如出门时可能忘记关掉暖气、空调，可能忘了有没有关好门窗，甚至忘了灶台有没有关火等。这些不仅会造成财产的损失，还会浪费资源、引发安全问题。另一方面，一些对于健全人士没有难度的日常活动如做饭、开门甚至开灯等，对于残障人士来说却有着诸多不便，减少一次非必要的行动，对他们而言就是避免了一次风险。智能家居概念可以很好的减少以上问题的发生，为社会发展提供保障，因此为了满足社会需要，智能家居概念应运而生。

可以说从1997年比尔盖茨的智能豪宅问世开始，智能家居的概念就被提出来了，经过多年的发展才到如今的群雄逐鹿，技术缺失是主要原因。当下智能家居行业的崛起，4G通信和Wi-Fi技术的出现功不可没。4G移动通信为移动设备提供了网络接入，且具有理论上100Mbps的数据传输速度，可以满足几乎所有日常通信的要求。Wi-Fi技术可以让众多设备通过无线方式接入互联网，配合DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)协议能够动态管理大量的设备，使得智能家居设备的联网成为可能。即在4G和Wi-Fi的技术背景下，智能家居概念已然变为现实。而当下，随着ZigBee技术的推出以及5G通信的大范围部署，不难想象一个真正属于智能物联网的时代已向我们走来。ZigBee技术的自由组网特性能够提供海量的设备接入，且其功耗低、覆盖范围大的特点完美契合了物联网的需要，能够有效管理社区内常态化设备。5G通信所具有的海量设备接入的场景可以弥补ZigBee等无线接入技术覆盖范围有限的问题，对于汽车这类需要大范围活动的设备有很好的适配度。所以在5G和ZigBee的技术背景下，智能物联网的时代特色逐渐清晰，而智能家居作为智能物联网的重要组成部分与每个人的生活息息相关，是我们作为信息类学生面向未来必须掌握的技术^[1]。

智能家居系统的基本组成可概括为三部分：设备端、控制端和服务端^[5]。设备端由海量的传感设备和调控设备组成，其产生的数据将发送至服务端进行分析处理；控制端的组成较为灵活，一般来说包括采用红外或蓝牙技术的遥控器、设备内置的控制系统等传统控制端和Web页面、手机APP(application)及电脑客户端软件等这类智能控制端，这样的控制端不仅有控制设备端的功能，同时也提供了数据的显示和记录等高级功能^[6]；服务端更为灵活，本质上只要能够实现数据传输与处理的通信设备都可作为服务端接入智能家居系统，每个智能家居设备制造商都会采用自己的服务端方案，与之对应的就是整个物联网体系的混乱，每个企业采用的通信协议不同，甚至每个设备采用的通信方式都不同，那么就需要开发对应的网关设备和每个企业自己的控制端APP。一方面造成了物联网行业监管难度大的问题，另一方面从用户的角度，若要控制所有智能家居设备，需要安装所使用的企业各自开发的APP，造成了用户控制端的混乱，加重了用户的使用负担，这与推出智能家居的初心相违背。

国内外智能家居发展

智能家居的发展表现在其技术的发展和市场的发展两个方面。总的来看，实现智能家居的技术已基本成型，设计的框架基本保持一致，所谓的开发就是在框架下进行不同的具体实现，这正是现阶段能够提出智能家居平台化的现实基础；智能家居市场正蓬勃发展，这符合当下的时代特征。

在国内，从智能家居相关研究和技术来看，智能家居的技术主要以“终端（传感器）-网关-服务器-移动设备APP”结构为主，终端上主要采用ZigBee模块连接网关，网关通过WLAN技术与服务器建立连接^[7]。移动设备的相关技术是本次设计关注的重点，现多采用各系统的基础规范进行UI设计，这样的规范使得APP统一且美观，但在智能家居行业下，并不符合用户操作需求；采用Socket套接字进行网络连接；采用SQLite对数据进行管理，这样的设计是否能够契合移动端智能家居的需求，是值得思考的问题。

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