基于云的宠物监护系统设计与实现

论文总字数：33665字

摘 要

随着网络技术的发展，云已经成为了各种网络服务部署的“胜地”，云服务在企业中已经大面积推广，面向家庭、个人的使用场景也在逐步拓宽。另外，物联网技术作为“万物互联”时代的主角之一，致力于逐步消除实物和数字之间的界限，优化我们生产生活的各个方面。云和物联网发展到如今的阶段，其实是各自成就了对方。

基于云的宠物监护系统由客户端应用、云端、物理设备三个部分组成。客户端和物理设备是系统中的两个终端，客户端的形式为Web App，基于Vue前端框架实现。物理设备由可连接网络的开发板、控制电路和工作电路组成，通过网络请求控制开发板引脚的输出，决定控制电路的开闭，进而控制工作电路的运作。云端是系统各个部件的交互枢纽。应用的服务端向内置入设备控制中心、数据交互中心，向外关联数据库、数据收集与整理系统、流媒体服务器和扩展云服务，形成一个云端整体。设备控制中心是一个与物理设备保持网络连接的进程；数据交互中心负责数据库操作；数据收集与整理系统基于Kafka设计与实现；流媒体服务器支持RTMP协议和HLS协议，物理设备进程实现摄像头捕捉视频并进行RTMP推流，客户端实现HLS拉流并播放；扩展云服务是一些用于大数据分析的现有服务。

系统实现了云和物联网设备之间的协同效果。物联网设备接入云，依靠云强大的分析计算能力变得智能；云计算也因此获得了梦寐以求的真实可靠的数据源，使计算分析更贴近实际。另外，也实现了系统的实用性，实现了宠物和实体设备的数字化管理。

关键词：云、物联网、数字化管理

ABSTRACT

With the development of network technology, cloud has become a resort for deployment of various services. Cloud services have been widely promoted in enterprises, and the usage scenarios of families and individuals are gradually broadening. In addition, as one of the protagonists in the era of "internet of everything", Internet of Things(IOT) is committed to gradually eliminate the boundaries between physical and digital, and optimize all aspects of our production and life. Cloud and IOT develop to the today's condition, actually they achieve each other.

The cloud-based pet monitoring system consists of three parts: client application, cloud, and physical device. The client and the physical device are two terminals in the system, and the client is in the form of Web App, which is implemented based on the Vue front-end framework. The physical device is composed of a development board that can be connected to the network, a control circuit and a working circuit. When the system works, the output of the development board pin is controlled by the network request, and the state of the control circuit will be determined, thereby controlling the operation of the working circuit. The application server is built with a device control center and a data interaction center, associated with database, data collection and organization system, streaming server and extended cloud service to form a whole cloud side. Device control center is a process of maintaining network connection with physical devices. Data interaction center is responsible for database operation. Data collection and collation system is designed and implemented based on Kafka. Streaming media server supports RTMP protocol and HLS protocol. Physical device process realizes capturing video and pushing based on RTMP, client realizes pulling based on HLS and playing. Extended cloud services are some of the existing services for large data analysis.

The system achieves the synergistic effect between cloud and Internet of Things devices. Internet of Things (IOT) devices are connected to the cloud and become intelligent by the powerful analytical and computational capabilities of the cloud. Cloud computing has also acquired the real and reliable data source that it longs for, which makes computational analysis closer to reality. In addition, it realizes the practicability of the system, in other words, the digital management of pets and physical equipment.

KEY WORDS: Cloud, IOT, Digital management

目 录

摘要 3

ABSTRACT 4

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目标及意义 1

第二章 技术背景 3

2.1 Vue 3

2.1.1 Vue简介 3

2.1.2 应用方案 3

2.2 Springboot、CSE、微服务 3

2.2.1 简介 3

2.2.2 应用方案 3

2.3 Kafka 3

2.3.1 简介 3

2.3.2 应用方案 5

2.4 视频的推流与拉流 5

2.4.1 基于OpenCV、FFmpeg的视频推流 5

2.4.2 基于Nginx的RTMP流媒体服务器 5

2.4.3 基于HLS的视频拉流播放 5

2.4.4 应用方案 6

2.5 GPIO控制电路 6

2.5.1 简介 6

2.5.2 应用方案 6

第三章 系统设计 7

3.1 系统总览 7

3.1.1 系统功能概述 7

3.1.2 系统结构 7

3.1.3 系统工作方式 7

3.2 内部子系统 8

3.2.1 用户系统 8

3.2.2 设备的线上实例 9

3.2.3 宠物的线上实例 9

3.2.4 设备管理系统 10

3.2.5 设备控制系统 11

3.2.6 影像传输系统 11

3.2.7 数据收集及整理系统 11

3.3 客户端设计 12

3.3.1 客户端形式 12

3.3.2 客户端技术方案 12

3.3.3 客户端页面路由 12

3.3.4 客户端全局状态管理 12

3.3.5 客户端网络请求 13

3.3.6 客户端缓存 13

3.4 云端设计 13

3.4.1 单节点云端结构 13

3.4.2 多节点云端结构 13

3.5 设备端设计 15

3.6 本章小结 16

第四章 系统实现 17

4.1 客户端实现 17

4.1.1 客户端工程结构 17

4.1.2 客户端页面路由 17

4.1.3 客户端全局状态管理 18

4.1.4 客户端网络请求 19

4.1.5 客户端缓存 20

4.1.6 用户管理页 22

4.1.7 饲养信息展示页实现 30

4.1.8 主要操作页实现 31

4.2 用户化权限管理的实现 32

4.3 云端实现 33

4.3.1 控制层 33

4.3.2 服务层 33

4.3.3 行使层 34

4.3.4 数据访问中心 34

4.3.5 设备控制中心 35

4.3.6 流媒体服务器的搭建 36

4.3.7 Kafka工作环境搭建 36

4.4 设备端实现 36

4.4.1 实体设备电路 36

4.4.2 实体设备进程 37

4.4.3 影像获取及推流 39

4.5 运作效果 40

第五章 总结与展望 43

5.1 总结 43

5.2 未来展望 43

参考文献 44

致谢 45

1. 绪论
   1. 研究背景
2. 云服务在企业中快速推广，并且家庭、个人的使用场景开始成为其用武之地^[1]。

云服务作为一项基于互联网的集存储、访问、管理、交互等功能为一体的计算服务，具有可扩展性，通常在基本需求之上，提供特定租户需求的其他增值服务。这给了不同需求程度的租户更多的选择，降低了中小企业上云的门槛，也使得云服务对个人用户敞开了门，比如许多云服务商已经推出了面向个人的对象存储、邮件、短信等服务。

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