淺析家庭自動化系統(tǒng)

　　以計算機和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為特征的現(xiàn)代信息技術(shù)促進了社會經(jīng)濟的發(fā)展，也極大地加快了家用電子電器產(chǎn)品邁向家庭自動化(Home Automation)的步伐。建立和開發(fā)家庭自動化系統(tǒng)旨在適應(yīng)現(xiàn)代人民的生活信息化和對家居產(chǎn)品信息化的需要。

　　本文根據(jù)家庭自動化系統(tǒng)的開發(fā)特征，遵從軟件工程原理，按照軟件工程設(shè)計的步驟，進行了新問題定義、可行性分析、需求分析等幾個重要的探究。在對系統(tǒng)進行非功能性和功能性需求分析的基礎(chǔ)上，本文重點探究了如何設(shè)計家庭自動化系統(tǒng)。

　　最后對系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方案進行了總結(jié)，為下一步探究奠定了基礎(chǔ)，同時也為我國家庭自動化系統(tǒng)信息化建設(shè)具有一定的借鑒意義。

　　一、新問題定義

　　(一)、引言及相關(guān)背景

　　自動化在各行各業(yè)、各個領(lǐng)域都發(fā)揮了其巨大的功能，同時也走入了我們的家庭。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，家庭自動化時代的來臨，消費電子產(chǎn)品(Consumer Electronics)已和咨訊(Computer)、通訊(Communication)兩項產(chǎn)品的技術(shù)結(jié)合在一起，成為目前所通稱的3C產(chǎn)品，并使家用電子電器產(chǎn)品邁向家庭自動化(Home Automation)的方向。

　　隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的市場經(jīng)濟也飛速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，家庭自動化系統(tǒng)在美國以及國際市場都具有廣闊的前景，在中國市場也是快速形成期，這些提高人類生活質(zhì)量的產(chǎn)品將構(gòu)成世界范圍內(nèi)后PC時代的新興IT市場。

　　(二)、任務(wù)描述

　　1、專案背景

　　項目名稱摘要：家庭自動化系統(tǒng)(Home Automation System ，簡稱HAS)

　　項目委托單位摘要：XXX智能家居設(shè)備公司

　　軟件開發(fā)單位摘要：蘭州商學(xué)院06級計算機科學(xué)和技術(shù)(1)班軟件開發(fā)小組

　　2、目的

　　本系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)家庭住宅中各個設(shè)備的自動管理和人工個性管理，該系統(tǒng)能控制、監(jiān)視和協(xié)調(diào)家電(如室內(nèi)外照明、家庭保安系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制系統(tǒng)、空調(diào)、電視機等)。該系統(tǒng)會在相應(yīng)的時間內(nèi)各個設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的指令，完成各個設(shè)備的自動化管理。該系統(tǒng)應(yīng)該是可以適應(yīng)變化的，因此，必須偵測環(huán)境的變化，而且通過識別本系統(tǒng)中的變化來轉(zhuǎn)變，并且所識別出的變化應(yīng)該在系統(tǒng)中被實現(xiàn)。系統(tǒng)可以是自動適應(yīng)變化或是手工適應(yīng)變化。系統(tǒng)控制的任何設(shè)備發(fā)生異常，必須通過適當(dāng)?shù)男畔硗ㄖ脩舨⑦M行異常處理。該系統(tǒng)必須有一個數(shù)據(jù)庫，內(nèi)含所有該系統(tǒng)所控制的設(shè)備的信息，包括每一種設(shè)備連接到系統(tǒng)的日期，系統(tǒng)用戶所發(fā)布的重要動作等信息。

　　3、運行環(huán)境

　　本系統(tǒng)是設(shè)備控制類系統(tǒng)，由主機通過相應(yīng)的接口部件監(jiān)聽和控制各個硬設(shè)備。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器由SQL Server實現(xiàn)。操作系統(tǒng)摘要：windows 2000 、windows xp以上;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端軟件SQL Server 2005。

　　(三)、功能描述

　　本系統(tǒng)由“燈光控制”、“保安控制”、“環(huán)境控制”、“家電控制”、 “用戶登錄及管理”等各模塊組成。

　　燈光控制摘要：實現(xiàn)對室內(nèi)外所有燈光的時間周期性控制和用戶的直接控制;

　　保安控制摘要：實現(xiàn)對室內(nèi)外所有視頻監(jiān)控設(shè)備的周期性工作控制及異常處理，和防盜防火設(shè)備的控制及異常處理;

　　環(huán)境控制摘要：實現(xiàn)對家庭環(huán)境設(shè)備(包括花園、陽臺、室內(nèi)溫濕度報告)的時間周期性控制以及各設(shè)備的異常處理;

　　家電控制摘要：實現(xiàn)對家庭中各個聰明家用電器的人性化控制及各設(shè)備的異常處理;

　　用戶登錄及管理模塊摘要：實現(xiàn)用戶對各個模塊中所用設(shè)備的時間周期性定義以及對各個設(shè)備的直接管理和控制。

　　二、可行性分析

　　(一)、可行性探究的前提

　　家庭是高薪技術(shù)的下一個前沿陣地。對家庭中遙控、自動化和娛樂的要求呈上升態(tài)勢。消費者希望自己的日常生活更簡便、更平安。當(dāng)然，優(yōu)秀的家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)給具有以下的特性摘要：

　　(1)、標(biāo)準(zhǔn)化摘要：家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)依照國際上流行的相關(guān)協(xié)議進行設(shè)計，充分保證各廠家產(chǎn)品間的兼容性和相互操作能力。

　　(2)、開放性摘要：家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該具有開放的協(xié)議，統(tǒng)一的接口。

　　(3)、模塊化摘要：采用模塊化的設(shè)計可以適應(yīng)各種場合的需要，保障用戶的利益，并答應(yīng)系統(tǒng)的逐步到位。

　　(4)、實用性摘要：家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)該切實地為用戶提供各種實用化的功能和服務(wù)。

　　(5)、普及化摘要：家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該面向低成本，高性能的目標(biāo)設(shè)計，住戶對價格較為敏感，所以智能住宅采用的技術(shù)要較為經(jīng)濟。同時，家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該能最大程度兼容用戶原有的電器設(shè)備，保護用戶投資。

　　(6)、簡潔易用摘要：好的家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)該簡便易用、用戶接口友好，并且不需要使用者花上太多的精力就能把握。

　　(二)、優(yōu)越性

　　在國內(nèi)家庭自動化是一個較新的概念，雖然越來越多的廠家開始投入到家庭自動化的來發(fā)和生產(chǎn)中，但是由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尚處于一家一戶自行開發(fā)的局面。而隨著房屋的商品化，從而加強了人們對居家的要求，希望一步到位或者具有開放的協(xié)議，統(tǒng)一的接口，這樣來保證產(chǎn)品能不斷地適應(yīng)未來發(fā)展趨向，而本系統(tǒng)就是基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和接口設(shè)計的，具有充分的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　(三)、基本的數(shù)據(jù)流圖

　　圖1、HAS的基本數(shù)據(jù)流模型圖

　　圖2、HAS的一級數(shù)據(jù)流模型圖

　　圖3、HAS的二級數(shù)據(jù)流模型圖

　　(四)、經(jīng)濟可行性

　　1、 支出

　　構(gòu)建系統(tǒng)時的金費主要有摘要：用戶在要購買日常生活中的家電及各種電子產(chǎn)品是花費一定數(shù)額的資金，在購買組成系統(tǒng)的一些小型物理器件時會有資金的支出。

　　2、 效益

　　可以高效，快捷的管理生活家電設(shè)施，提高生活的質(zhì)量。

　　3、 收益、投資比良好、可行。

(五)、技術(shù)可行性

　　本系統(tǒng)有許多不同的傳感器，單片機和輸出報警系統(tǒng)以及一些異常的自動處理系統(tǒng)和接入的各種家電設(shè)備組成。物理設(shè)備在市場上均有售，因此，物理設(shè)備上不用多考慮，我們主要實現(xiàn)將不同設(shè)備按照一定的結(jié)構(gòu)連接起來，使之能夠完成我們的預(yù)期目標(biāo)

　　(六)、社會因素可行性分析

　　1、 法律因素

　　申請法律保護或相關(guān)保險。

　　法律可行性是考慮要開發(fā)系統(tǒng)是否存在任何侵犯、妨礙和責(zé)任新問題，用戶操作可行性考慮待開發(fā)軟件的運行方式在用戶組織內(nèi)是否行得通，現(xiàn)行管理制度、人員素質(zhì)、操作知識是否可行。

　　由于在本系統(tǒng)中是有合同作為雙方合作的基礎(chǔ)，所以不會存在任何侵犯、妨礙和責(zé)任新問題。即使存在了，也可以根據(jù)合同進行分析，一定有人會負(fù)責(zé)任，所以此系統(tǒng)完全可以進行開發(fā)。

　　2、 用戶使用可行性

　　本系統(tǒng)面向中高階層的人們消費，主要用于用戶實現(xiàn)對家電的統(tǒng)一管理，進行各種相關(guān)操作并對家電的狀態(tài)進行實時檢測。

　　由以上經(jīng)濟、技術(shù)、操作和法律四方面的分析可以看出，本系統(tǒng)的開發(fā)時機成熟，從多種角度考慮，都是可行的。

　　(七)、結(jié)論

　　經(jīng)過以上經(jīng)濟可行性、技術(shù)可行性以及法律因素各個方面的探究分析得出，本系統(tǒng)可行。

　　三、需求分析

　　(一)、家庭自動化系統(tǒng)工作流程分析

　　(1)、在用戶登錄時進行檢查，控制不同的用戶使用系統(tǒng)的權(quán)限;

　　(2)、對用戶的管理，包括對用戶信息的增加、刪除和修改;

　　(3)、對指定時間內(nèi)的操作記錄進行管理，包括查看操作記錄、手工刪除操作記錄、記錄一次操作以及對失效的記錄進行自動清除;

　　(4)、查看設(shè)備的狀態(tài)，包括對連接到系統(tǒng)控制中的所有設(shè)備的狀態(tài)以及是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象進行查看;

　　(5)、控制子系統(tǒng)接受主系統(tǒng)發(fā)送的信息;以及向主系統(tǒng)發(fā)送信息;控制子系統(tǒng)將主系統(tǒng)發(fā)送的信息，發(fā)送給指定的設(shè)備;

　　(6)、對設(shè)備進行監(jiān)控，包括啟動監(jiān)控設(shè)備、停止監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備;

　　(7)、對系統(tǒng)中的設(shè)備進行管理，包括增加設(shè)備以及刪除己經(jīng)連接到系統(tǒng)中的設(shè)備;

　　(二)、家庭自動化系統(tǒng)需求分析

　　1、家庭自動化系統(tǒng)的非功能性需求分析

　　設(shè)計家庭自動化系統(tǒng)的目的是完成對家電產(chǎn)品以及相關(guān)設(shè)備的管理和控制，達到遠(yuǎn)程控制和使用家電設(shè)備的目的，其最終目的是提高人類的生活質(zhì)量，因此需要具備良好的性能，滿足實際工作的需要是十分必要的。

　　家庭自動化系統(tǒng)的具體性能目標(biāo)如下摘要:

　　(1)、系統(tǒng)的快速反應(yīng)

　　家庭自動化系統(tǒng)首先要保證的就是系統(tǒng)的反應(yīng)速度。在設(shè)計和實施中采用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)，并在應(yīng)用軟件的選擇或編制中盡可能采用先進的技術(shù)，最大限度地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，以便于快速查詢。

　　(2)、系統(tǒng)良好的可維護行和開放性

　　系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)面向未來的發(fā)展，提供各種必要的標(biāo)準(zhǔn)接口，以使用戶可以根據(jù)需要隨時添加必要的設(shè)備和系統(tǒng)，擴充系統(tǒng)功能。要充分考慮到家庭自動化的發(fā)展趨向以及不斷變化。

　　(3)、充分保證系統(tǒng)的平安性

　　家庭自動化系統(tǒng)中設(shè)備的使用具有平安性要求，因此，必須建立一整套的系統(tǒng)平安保密辦法，規(guī)定一系列訪問系統(tǒng)的不同級別的權(quán)限，杜絕非法訪問。

　　(4)、友好的人機界面

　　系統(tǒng)的用戶不可能是專業(yè)的計算機技術(shù)人員，甚至對計算機了解甚少，所以要提供清楚、友好的系統(tǒng)接口，提高系統(tǒng)的可操作性和人機交互功能，最大限度地方便用戶的使用。同時系統(tǒng)應(yīng)能提供的方便的聯(lián)機再現(xiàn)幫助功能。

　　(5)、考慮家庭自動化系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生變化以后的集成

　　家庭自動化要實現(xiàn)真正的信息化，必須考慮以后系統(tǒng)的集成新問題，這樣才能使系統(tǒng)不至于很快的就被淘汰。

　　2、家庭自動化系統(tǒng)的功能模塊分析

　　家庭自動化系統(tǒng)旨在開發(fā)出一個符合人類生活需求的家庭自動化模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為五個子系統(tǒng)摘要:用戶登錄子系統(tǒng)，燈光控制子系統(tǒng)，家電控制子系統(tǒng)，環(huán)境控制子系統(tǒng)和保安控制子系統(tǒng)。

　　(三)、數(shù)據(jù)描述 1、靜態(tài)數(shù)據(jù)

　　系統(tǒng)中預(yù)存的各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

　　2、動態(tài)數(shù)據(jù)

　　(1)、輸入數(shù)據(jù)

　　系統(tǒng)所采集的各個實體設(shè)備的信息流。

　　(2)、輸出數(shù)據(jù)

　　經(jīng)過各個子系統(tǒng)處理后的對應(yīng)到各種設(shè)備的具體操作的信息流。

　　3、數(shù)據(jù)詞典

　　數(shù)據(jù)名稱摘要：家庭自動化系統(tǒng)

　　簡 述摘要：由系統(tǒng)管理員來負(fù)責(zé)對連接在系統(tǒng)中的各種家電實施具體動作。

　　數(shù)據(jù)條目摘要：

　　系統(tǒng)管理要求=[用戶管理|燈光控制|家電狀態(tài)監(jiān)測|環(huán)境監(jiān)測|保安控制

　　用戶管理=登錄+用戶信息+用戶權(quán)限

　　燈管控制=室內(nèi)燈光+室外燈光

　　家電狀態(tài)監(jiān)測=接入家電數(shù)目+家電功能+家電當(dāng)前狀態(tài)

　　環(huán)境監(jiān)測=溫度+濕度+調(diào)節(jié)

　　保安控制=門窗監(jiān)控+視頻監(jiān)控

　　數(shù)據(jù)文件={用戶管理+燈光控制+家電狀態(tài)監(jiān)測+環(huán)境監(jiān)測+保安控制+核心子系統(tǒng)+日常報表|文件}

　　數(shù)據(jù)量摘要：2000次/天

　　峰值摘要：天天18摘要：00—20摘要：00有1000次

　　四、總體設(shè)計

　　(一)、處理流程

　　(1)在用戶登錄時進行檢查摘要：控制不同的用戶使用系統(tǒng)的權(quán)限。

　　(2)對用戶的管理摘要：包括對用戶信息的增加、刪除和修改。

　　(3)對指定時間內(nèi)的操作記錄進行管理摘要：包括查看操作記錄、手工刪除操作記錄、記錄一次操作以及對失敗的操作記錄進行自動清除。