m2m的智能百叶窗anintelligentshutterbasedonm2m(附件)【字数：16618】
摘 要摘 要在“互联网+”的时代背景下，智能家居因其舒适便捷、安全高效的特点受到广大商家的青睐，成为日益活跃的消费热点，并广泛应用在家电控制、信息监控、安全防盗等方面。智能百叶窗作为智能家居的重要实现之一，具有一定的自动调节和控制的功能，已经成为现代高档住宅、多媒体中心等的首选自动化窗饰。通常采用蓝牙、Wi-Fi、 ZigBee等技术实现百叶窗的智能化。本文设计了一个基于M2M的智能百叶窗，它能够根据外界环境中光线的强弱、温湿度的高低来自动调节开合度，进而平衡室内光照强度和温湿度。它还能够通过移动终端APP实现开合控制和参数设置，使开合度调节更具人性化。本设计采用树莓派作为开发平台，一方面接收来自传感器和APP的数据，一方面控制电机的运转。本文采用MQTT实现了APP与树莓派的通信。移动终端APP基于Android平台开发，用户通过手机享受到一键式的智能家居服务。由于树莓派的开源性，本设计的开发平台搭建方便，系统稳定。而移动终端APP降低了室内控制器等硬件设计的复杂度，减少了用户的使用成本。Android图形界面也为用户带来了全新的使用体验。本设计对未来智能家居采用M2M+ Raspberry Pi的开发模式具有一定的借鉴意义，能够为光照强度、温湿度与窗帘开合度之间的关系分析提供研究数据。关键词智能家居；M2M；树莓派；MQTT；Android
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题的研究内容 3
1.4 论文的组织结构 3
第二章 系统设计主要技术 5
2.1 M2M技术概述 5
2.1.1 M2M概念 5
2.1.2 M2M系统构成 5
2.2 MQTT协议介绍 6
2.2.1 MQTT协议特点 6
2.2.2 MQTT协议原理 7
2.3 树莓派概述 7
2.3.1 树莓派介绍 7
2.3.2 树莓派配置 8
2.4 Android开发技术 10
2.4.1 Android应用程序组件 10
2.4.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
应用层开发技术 11
2.5 本章小结 11
第三章 系统总体设计 12
3.1 系统需求概述 12
3.2 总体设计 13
3.2.1 系统总体结构 13
3.2.2 系统功能介绍 13
3.2.3 系统处理流程 14
3.3 本章小结 16
第四章 系统详细设计 17
4.1 硬件设计 17
4.1.1 总体硬件图 17
4.1.2 光照控制模块 18
4.1.3 温湿度控制模块 19
4.1.4 驱动模块 20
4.2 移动终端设计 22
4.2.1 开合控制模块 22
4.2.2 参数设置模块 24
4.3 服务器部署 26
4.3.1 MQTT服务器测试 26
4.3.2 MQTT通信 27
4.4 本章小结 29
第五章 系统实现与测试 30
5.1 人工控制功能实现 30
5.1.1 百叶窗开合度设置 30
5.1.2 光照与温湿度阈值设置 33
5.2 自动控制功能实现 35
5.3 本章小结 37
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
智能家居以房屋为平台，通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供安防监控、电子围栏、智能控制等多种生活功能[1]。在互联网时代，智能家居开启了全新物联网世界，改变了人们的日常生活方式。
智能家居除了具有普通家居的居住功能外，还为家电设备提供全方位的信息交互功能，既节能又环保。智能家居能为人们提供一个舒适、方便、安全、高效的生活环境。因此，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的。又受到国家政策扶持，智能化必然是今后家居发展的方向[2]。智能百叶窗作为智能家居的一部分，采用全自动电动遥控系统，实现叶片升降和角度调整全自动遥控，可以灵活实现光线调节和叶片升降，更省力、更简单、更时尚。目前，百叶窗产品不但实现了电动化，还通过红外线、定时控制等方式实现了自动化，又结合电子感应器实现智能化操作[3]。移动终端APP更是让用户可以方便地远程操控自己家的百叶窗。智能百叶窗已经成为现代高档住宅、宾馆、智能大厦、多媒体中心、私家别墅等的首选自动化窗饰。
总线技术、无线通信技术、电力线载波通信技术是智能家居的三大主流技术。其中，蓝牙、WiFi、ZigBee 、RF射频技术是常用的无线通信技术[4]。蓝牙属于短距离无线通信技术，传输范围有限[4]。WiFi成本低，最易与互联网连接，应用广泛，但容易受到外界的干扰。在自动控制和远程控制方面一般使用ZigBee，它的主要特点是可自组网，但会增大数据传输丢失的概率。RF射频技术功耗低，传输速率高，穿墙性能强，但很多使用射频技术的智能家居都只是单向通讯。
为了进一步促进智能家居系统的研究和推广，本文设计了一个基于M2M的智能百叶窗，实现用户对家庭中温度、湿度、光照强度的监控，进而实现百叶窗开合度的自动控制和APP人工控制。由于树莓派的开源性，本设计开发简单，搭建方便，增强了系统的稳定性。而移动终端APP降低了室内控制器等硬件设计的复杂度，减少了用户的使用成本。Android图形界面也为用户带来了全新的使用体验。本设计对未来智能家居采用M2M+ Raspberry Pi的开发模式具有一定的借鉴意义，能够为光照强度、温湿度与窗帘开合度之间的关系分析提供研究数据。
1.2 国内外研究现状
智能家居的概念最早产生于1984年，美国建成了世界上第一幢智能建筑。它采用计算机技术对建筑物内的电梯、照明等设备进行监控，同时还能为用户提供语音服务等功能[5]。到了1998年，提出将宽带数据接入服务融入电话网络，这促进了智能家居系统的网络化发展。在过去的十几年间，随着ZigBee技术的提出和实现以及传感器硬件的不断升级换代，智能家居已经基本实现了真正的智能，智能家居的市场也随之水涨船高，成为了当前“互联网+”时代最热门的话题。
我国的智能家居始于20世纪90年代末，当时国内由于相关技术较为滞后，且网络普及率不高，所以智能家居并没有真正地热门起来。随着这几年我国科技水平的飞速发展，网络覆盖范围也得到了大幅度提升。国内的几家大公司诸如海尔、联想、中兴等都先后发布了自己开发的家庭网关产品[6]，给国内智能家居控制系统的发展带来了重大突破。但由于我国的智能家居行业当时处于起步阶段，一直是零零散散，分化不清，加之我国的智能家居系统的技术标准并不统一，系统可操作性差，相关设备价格昂贵等问题。所以国内智能家居的发展虽然一直从未停歇，但仍旧处于初期。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题的研究内容 3
1.4 论文的组织结构 3
第二章 系统设计主要技术 5
2.1 M2M技术概述 5
2.1.1 M2M概念 5
2.1.2 M2M系统构成 5
2.2 MQTT协议介绍 6
2.2.1 MQTT协议特点 6
2.2.2 MQTT协议原理 7
2.3 树莓派概述 7
2.3.1 树莓派介绍 7
2.3.2 树莓派配置 8
2.4 Android开发技术 10
2.4.1 Android应用程序组件 10
2.4.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
应用层开发技术 11
2.5 本章小结 11
第三章 系统总体设计 12
3.1 系统需求概述 12
3.2 总体设计 13
3.2.1 系统总体结构 13
3.2.2 系统功能介绍 13
3.2.3 系统处理流程 14
3.3 本章小结 16
第四章 系统详细设计 17
4.1 硬件设计 17
4.1.1 总体硬件图 17
4.1.2 光照控制模块 18
4.1.3 温湿度控制模块 19
4.1.4 驱动模块 20
4.2 移动终端设计 22
4.2.1 开合控制模块 22
4.2.2 参数设置模块 24
4.3 服务器部署 26
4.3.1 MQTT服务器测试 26
4.3.2 MQTT通信 27
4.4 本章小结 29
第五章 系统实现与测试 30
5.1 人工控制功能实现 30
5.1.1 百叶窗开合度设置 30
5.1.2 光照与温湿度阈值设置 33
5.2 自动控制功能实现 35
5.3 本章小结 37
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
智能家居以房屋为平台，通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供安防监控、电子围栏、智能控制等多种生活功能[1]。在互联网时代，智能家居开启了全新物联网世界，改变了人们的日常生活方式。
智能家居除了具有普通家居的居住功能外，还为家电设备提供全方位的信息交互功能，既节能又环保。智能家居能为人们提供一个舒适、方便、安全、高效的生活环境。因此，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的。又受到国家政策扶持，智能化必然是今后家居发展的方向[2]。智能百叶窗作为智能家居的一部分，采用全自动电动遥控系统，实现叶片升降和角度调整全自动遥控，可以灵活实现光线调节和叶片升降，更省力、更简单、更时尚。目前，百叶窗产品不但实现了电动化，还通过红外线、定时控制等方式实现了自动化，又结合电子感应器实现智能化操作[3]。移动终端APP更是让用户可以方便地远程操控自己家的百叶窗。智能百叶窗已经成为现代高档住宅、宾馆、智能大厦、多媒体中心、私家别墅等的首选自动化窗饰。
总线技术、无线通信技术、电力线载波通信技术是智能家居的三大主流技术。其中，蓝牙、WiFi、ZigBee 、RF射频技术是常用的无线通信技术[4]。蓝牙属于短距离无线通信技术，传输范围有限[4]。WiFi成本低，最易与互联网连接，应用广泛，但容易受到外界的干扰。在自动控制和远程控制方面一般使用ZigBee，它的主要特点是可自组网，但会增大数据传输丢失的概率。RF射频技术功耗低，传输速率高，穿墙性能强，但很多使用射频技术的智能家居都只是单向通讯。
为了进一步促进智能家居系统的研究和推广，本文设计了一个基于M2M的智能百叶窗，实现用户对家庭中温度、湿度、光照强度的监控，进而实现百叶窗开合度的自动控制和APP人工控制。由于树莓派的开源性，本设计开发简单，搭建方便，增强了系统的稳定性。而移动终端APP降低了室内控制器等硬件设计的复杂度，减少了用户的使用成本。Android图形界面也为用户带来了全新的使用体验。本设计对未来智能家居采用M2M+ Raspberry Pi的开发模式具有一定的借鉴意义，能够为光照强度、温湿度与窗帘开合度之间的关系分析提供研究数据。
1.2 国内外研究现状
智能家居的概念最早产生于1984年，美国建成了世界上第一幢智能建筑。它采用计算机技术对建筑物内的电梯、照明等设备进行监控，同时还能为用户提供语音服务等功能[5]。到了1998年，提出将宽带数据接入服务融入电话网络，这促进了智能家居系统的网络化发展。在过去的十几年间，随着ZigBee技术的提出和实现以及传感器硬件的不断升级换代，智能家居已经基本实现了真正的智能，智能家居的市场也随之水涨船高，成为了当前“互联网+”时代最热门的话题。
我国的智能家居始于20世纪90年代末，当时国内由于相关技术较为滞后，且网络普及率不高，所以智能家居并没有真正地热门起来。随着这几年我国科技水平的飞速发展，网络覆盖范围也得到了大幅度提升。国内的几家大公司诸如海尔、联想、中兴等都先后发布了自己开发的家庭网关产品[6]，给国内智能家居控制系统的发展带来了重大突破。但由于我国的智能家居行业当时处于起步阶段，一直是零零散散，分化不清，加之我国的智能家居系统的技术标准并不统一，系统可操作性差，相关设备价格昂贵等问题。所以国内智能家居的发展虽然一直从未停歇，但仍旧处于初期。
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