论文总字数：41809字

摘 要

随着经济的高速增长和移动互联网以及物联网技术的飞速发展，人们越来越注重科技生活的质量和品味。智能家居控制系统已成为各大厂商奋力争夺和积极布局的新领域。

本论文论述了一个基于物联网技术的智能家居电器控制系统的设计与实现过程。仔细分析了系统的需求和设计，重点列出了主要功能的实现和对应的测试。

系统采用Raspberry Pi，Arduino，BL60X作为主要的硬件平台，采用了NodeJS，C作为主要的开发语言，实现了一个分为多层的、操作简便、可扩展、用户界面友好的控制系统。

关键字：IoT；Raspberry Pi；Arduino；智能家居；控制系统

The Design and Implementation of a Smart Home Appliance Control System Based on IoT

Abstract

With the rapid growth of economic and development of mobile internet and IoT, people focus more on quality of technology life and taste. Smart home appliance control systems are becoming a new market that many vendors are chasing and working on.

This paper focuses on the design and implementation of a smart home appliance control system based on IoT. It analyses the requirements and design of the whole system in detail and highlight the system implementation of its main functions and related tests.

The system uses Raspberry Pi, Arduino and BL60X as its main hardware platform and uses NodeJS and C as primary development language. It is a multi-layered, easy-to-operate, extendable, user-friendly system.

KeyWords: IoT; Raspberry Pi; Arduino; Smart Home; Control System

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.2 课题研究发展现状 2

1.3 课题研究内容 2

1.4 章节安排 2

第二章 开发环境与相关技术 4

2.1系统开发软件和运行环境 4

2.1.1 开发环境与工具 4

2.1.2 开发环境与工具简介 4

2.2开发相关技术 4

2.2.1 开发技术 4

2.2.2 开发技术简介 4

2.3 本章小结 7

第三章 系统需求分析及整体设计 8

3.1用户需求分析 8

3.2系统的功能需求分析 8

3.3系统的整体设计 9

3.3.1 硬件层 10

3.3.2 服务层 10

3.3.3 应用程序层 11

3.3.4 协调层（可选） 11

3.4 本章小结 11

第四章 系统硬件设计 12

4.1 传感器模块 12

4.2 执行器模块 14

4.3 摄像头模块 14

4.4 主控制器模块 15

4.5 本章小结 15

第五章 系统软件设计与实现 16

5.1 数据库设计 16

5.1.1 系统的实体图 16

5.1.2 系统的关系模式 17

5.1.3 数据库的表结构 18

5.2 API服务器设计与实现 19

5.2.1 摄像头相关 19

5.2.2 开关相关 20

5.2.3 空调相关 24

5.2.4 传感器相关 25

5.2.5 传感器历史相关 27

5.3 主控制器设计与实现 28

5.3.1 空调红外编码器的实现 28

5.3.2 主控程序的实现 30

5.4 传感器模块设计与实现 33

5.5 执行器模块设计与实现 36

5.6 Web服务器以及客户端设计与实现 40

5.5 本章小结 43

第六章 系统测试 44

7. 1 单元测试 44

7. 2集成测试 45

7. 3确认测试 45

7. 4本章小结 46

第八章 结束语 47

致谢 48

参考文献 49

第一章 引 言

1.1 课题研究背景与意义

时代在变化，社会在革新，每年都会产生新技术，提升旧技术。随着近几年移动互联网技术的飞速发展和国家对物联网技术的大力支持，智能家居行业迎来了新的发展生机。越来越多的厂商、研究人员投入到智能家居系统的开发行列之中，传统家电行业受到了前所未有的挑战，不转型走向智能化注定会被市场淘汰。国内以小米，国外以谷歌nest为代表走在了市场的前沿，初步建立了一套自己的智能家居生态。

Mark Weiser在他的发表在1991年《科学美国人》的开创性论文中的核心论点是：“最深刻的技术是那些消失的技术。它们将自己编织成日常生活中直到它们与生活不可分割。”在IT技术革新之后人类的日常生活和工作条件都发生了翻天覆地的变化。因为有了几个应用，这在很多横向和纵向的市场中已成为众所周知的概念。物联网的发展主要是由大公司的需求驱动的，它们在整个商品链中嵌入设备就可以追踪这个生产流程。可以编码并追踪物体的能力让公司变得更加有效率，加快流程，减少错误，防止盗窃并通过物联网和其他复杂的系统协作。物联网是一场技术革命，代表着计算和通信的未来，其发展取决于技术创新，包括了从无线传感器到纳米技术的许多重要领域。这些技术将标记每个对象以便完成识别，自动化，监控和控制。

物联网是IT领域的新范畴。单词Internet of Things缩写为IoT，来源于两个单词，第一个单词是Internet，第二个单词是things。互联网是一个全球互联的计算机网络，使用标准的网络协议（TCP/IP），服务全球的几十亿用户。互联网是连接了数百万私有，公有，学术，商业和政府网络的网络，它使用多种有线、无线和光纤网络技术。根据互联网统计数据，截至2011年12月31日，全球估计有2267233742个网民。这意味着全球32.7%的人口正在使用互联网。甚至互联网将要在接下在的四年中通过思科的IRIS计划进入太空。

物联网的物包含了任何可被显示世界辨认的物体，不止包含了我们每天遇到和使用的电器，也包括了我们正常不会认为是电器的物体——比如事物，衣服，家具，材料，器械，货物和专门的物品；地标，纪念碑等艺术品和商业、文化和哲学的大杂烩。^[1]这意味着物可以是活物，比如人，动物——奶牛，小牛，够，鸽子，兔子等等，植物——芒果树，茉莉，榕树等等，以及非活物，比如椅子，冰箱，日光灯，窗帘，盘子等等任何家用电器或工业仪器。因此，物是在这个物理或物质世界中的物体。

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