大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申請(qǐng)書項(xiàng)目編號(hào)項(xiàng)目名稱基于openWRT智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人聯(lián)系電話所在學(xué)院學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師E-mail申請(qǐng)日期起止年月 基本情況項(xiàng)目名稱基于openWRT智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)所屬學(xué)科學(xué)科一級(jí)門：工科學(xué)科二級(jí)類：電子信息類申請(qǐng)金額10000元起止年月2019年5月至2021年5月負(fù)責(zé)人姓名性別民族出生年月年月學(xué)號(hào)聯(lián)系電話宅：手機(jī):指導(dǎo)教師聯(lián)系電話宅：手機(jī):負(fù)責(zé)人曾經(jīng)參與科研的情況指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況指導(dǎo)教師對(duì)本項(xiàng)目的支持情況項(xiàng)目組主要成員姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)所在學(xué)院項(xiàng)目中的分工總體設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)與調(diào)試openWRT應(yīng)用程序設(shè)計(jì)客戶端程序編制立項(xiàng)依據(jù)（可加頁(yè)）項(xiàng)目簡(jiǎn)介本項(xiàng)目主要研究基于openWRT的智能家居系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)電腦和手機(jī)等監(jiān)控層對(duì)家居環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)家電、窗簾等的開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，對(duì)外訪人員進(jìn)行人臉識(shí)別門禁；同時(shí)可對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)并向手機(jī)安卓客戶端發(fā)送提示，如若與設(shè)定值比較出現(xiàn)異常，自動(dòng)執(zhí)行預(yù)定動(dòng)作，例如：廚房出現(xiàn)濃煙，自動(dòng)開啟排氣扇；可反向定位手機(jī)并發(fā)出預(yù)警聲；監(jiān)測(cè)房門鎖，若出現(xiàn)異常，自動(dòng)撥號(hào)小區(qū)監(jiān)控中心報(bào)警同時(shí)給手機(jī)安卓客戶端發(fā)報(bào)警短信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合安防。對(duì)系統(tǒng)的所有操作，均可在電腦客戶端和手機(jī)安卓客戶端進(jìn)行操作。研究目的在科技飛速發(fā)展的潮流下，眾多小區(qū)均已對(duì)房屋實(shí)現(xiàn)家居智能化。但是仍有部分智能化功能不夠人性化，不夠全面。本項(xiàng)目的研究設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)更人性化、更高效、更方便快捷、更安全的智能化家居生活。通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目的研討專研，使自己對(duì)未來(lái)智能市場(chǎng)有一定的了解，并學(xué)習(xí)到相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，豐富自己的學(xué)習(xí)生活，增強(qiáng)自己的專業(yè)水平。研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目主要研究基于openWRT下的智能家居系統(tǒng)。將居家中的各類設(shè)備（窗簾、空調(diào)、門禁、家用電器、照明系統(tǒng)等）連接整合在js7628硬件系統(tǒng)上，通過(guò)手機(jī)安卓客戶端或電腦端應(yīng)用軟件對(duì)居家設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)，房門安防監(jiān)控，熱水器空調(diào)定時(shí)開關(guān)功能等。同時(shí)在開發(fā)板上安裝紅外接收裝置，以便接受控制。為智能家居真正走進(jìn)生活提供可行的實(shí)施方案。具體內(nèi)容見下：OpenWRT是一個(gè)高度可擴(kuò)展嵌入式設(shè)備的GNU/Linux發(fā)行版本。由于它擁有眾多網(wǎng)絡(luò)組件和良好的擴(kuò)展性，常常被應(yīng)用于工業(yè)控制、機(jī)器人、智能家居等領(lǐng)域。OpenWRT項(xiàng)目的建立從零開始，可被視為一個(gè)全功能的、易于修改的路由操作系統(tǒng)。OpenWRT的開發(fā)需要宿主機(jī)，為便于開發(fā)，本設(shè)計(jì)使用Windows系統(tǒng)的主機(jī)作為宿主機(jī)，使用帶有圖形界面的串口工具和文件傳輸工具。并安裝一個(gè)Ubuntu系統(tǒng)的虛擬機(jī)，與OpenWRT同為L(zhǎng)inux系統(tǒng)，便于編譯固件。首先進(jìn)行編譯環(huán)境的搭建，在宿主機(jī)的Linux環(huán)境下預(yù)裝一些軟件。串口通信編程部分，采用了簡(jiǎn)單高效的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，通過(guò)對(duì)若干個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行識(shí)別對(duì)比即可完成串口通信。當(dāng)串口開啟之后，應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)開啟一個(gè)專用線程用于數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。為了保證數(shù)據(jù)的完整性，在每次接收到數(shù)據(jù)包之后都會(huì)對(duì)其進(jìn)行有效性校驗(yàn)，防止數(shù)據(jù)丟失。具體方法是通過(guò)bytesAvailable()函數(shù)處理接收到的數(shù)據(jù)，滿足條件后再返回。1.研究軟件部分想好本系統(tǒng)所想實(shí)現(xiàn)的條件后，在Ubuntu系統(tǒng)下，編譯js7628硬件系統(tǒng)中的固件，整合js7628硬件系統(tǒng)，使其能控制家居設(shè)備。同時(shí)利用Java編譯手機(jī)安卓客戶端應(yīng)用程序，使其能云端連接硬件系統(tǒng)中的控制程序，達(dá)到遠(yuǎn)程控制。2.研究硬件部分搭建js7628硬件系統(tǒng)作為智能家具網(wǎng)關(guān)終端，設(shè)計(jì)智能家居控制子系統(tǒng)。包括溫控模塊、電器開關(guān)控制模塊、照明開關(guān)系統(tǒng)模塊、紅外接收模塊、安防報(bào)警模塊等。國(guó)、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)智能家居交互平臺(tái)是一個(gè)具有交互能力平臺(tái)，并且通過(guò)平臺(tái)能夠把各種不同的系統(tǒng)、協(xié)議、信息、內(nèi)容、控制在不同的子系統(tǒng)中進(jìn)行交互、交換。它具有如下特點(diǎn)：1、每個(gè)子系統(tǒng)都可以脫離交互平臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行。2、不同品牌的產(chǎn)品、不同的控制傳輸協(xié)議能通過(guò)這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行交互。3、智能終端（觸摸屏）僅做為各子系統(tǒng)的顯示、操作界面。4、控制軟件可編程（DIY），提供信息服務(wù)。5、多種控制手段。1.國(guó)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國(guó)出現(xiàn)后，美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國(guó)、德國(guó)、新加坡、日本等國(guó)都有廣泛應(yīng)用。1998年5月新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)際展覽會(huì)”上，通過(guò)在場(chǎng)內(nèi)模擬“未來(lái)之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能包括三表抄送功能、安防報(bào)警功能、可視對(duì)講功能、監(jiān)控中心功能、家電控制功能、有線電視接入、電話接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布線箱、寬帶網(wǎng)接入和統(tǒng)軟件配置等。2017年，美國(guó)馬里蘭大學(xué)AhmadAlaiad等人，在現(xiàn)有的智能家庭醫(yī)療系統(tǒng)（WSN-SHS）的基礎(chǔ)，利用新的方法與模型去優(yōu)化系統(tǒng)，所取得的效果比較顯著。2017年，芬蘭奧盧大學(xué)的JariIinatti等人從智能家居系統(tǒng)的安全性出發(fā)，提出一種匿名安全框架以此來(lái)降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的安全性能。2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)智能家居的概念傳入中國(guó)有近十年的時(shí)間了，國(guó)內(nèi)的一些廠商也與2003年左右進(jìn)入智能家居行業(yè)，并且陸續(xù)有一些智能家居系統(tǒng)推向市場(chǎng)。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們對(duì)家居品質(zhì)的追求也越來(lái)越高，要求家居舒適化、安全化，家居生活舒適化、智能化，對(duì)智能家居系統(tǒng)的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。近年來(lái)，家電、網(wǎng)絡(luò)業(yè)巨頭紛紛試水智能家居市場(chǎng)，面向智能家居行業(yè)的并購(gòu)也時(shí)有發(fā)生，說(shuō)明大家逐漸看好智能家居市場(chǎng)。但是目前智能家居市場(chǎng)還是保持一種不溫不火的狀態(tài)，就算最大的智能家居廠商每年也不過(guò)幾千萬(wàn)的銷售額，和業(yè)內(nèi)人士的預(yù)測(cè)和期望相距甚遠(yuǎn)。很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為智能家居市場(chǎng)正處于“黎明前的黑暗”時(shí)期，即將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)的階段。2014年，吉林大學(xué)孫永堅(jiān)提出了一種工作在433MHz下的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)都有設(shè)計(jì)，效果較為顯著。但考慮到成本，不是一種理想選擇。此外，并沒有實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)關(guān)與路由一體化。2014年，西安電子科技大學(xué)李曙聰提出了一種OWIG智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以openWRT路由系統(tǒng)為核心，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了各種服務(wù)模塊，滿足用戶需求。2015年，大連理工大學(xué)劉麗華提出了一種智能家居設(shè)計(jì)。選取RT5350為硬件平臺(tái)，搭載openWRT系統(tǒng)，嵌入web服務(wù)器，開發(fā)了各種控制終端，給用戶帶來(lái)了極大的方便。2017年，福建師范大學(xué)徐哲鑫等人提出了一種用于智能家居的路由器設(shè)計(jì)，整合了zigbee與wifi兩種通信方式，實(shí)現(xiàn)了路由功能。但對(duì)整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)并沒有全面體現(xiàn)，對(duì)紅外通信方式也沒進(jìn)行融合。創(chuàng)新點(diǎn)與項(xiàng)目特色OpenWRT不同于其他許多用于路由器的發(fā)行版，它是一個(gè)從零開始編寫的、功能齊全的、容易修改的路由器操作系統(tǒng)。實(shí)際上，這意味著您能夠使用您想要的功能而不加進(jìn)其他的累贅，而支持這些功能工作的linuxkernel又遠(yuǎn)比絕大多數(shù)發(fā)行版來(lái)得新。對(duì)于開發(fā)人員，OpenWRT是使用框架來(lái)構(gòu)建應(yīng)用程序，而無(wú)需建立一個(gè)完整的固件來(lái)支持；對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，這意味著其擁有完全定制的能力，可以用前所未有的方式使用該設(shè)備。對(duì)于本項(xiàng)目來(lái)講，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是基于openWRT進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，較其他開發(fā)框架來(lái)講，優(yōu)點(diǎn)在于包容性更強(qiáng)，定制方向更為多元化。openWRT在無(wú)線路由器應(yīng)用上已有100多個(gè)軟件包。人們可以在其基礎(chǔ)上增加軟件包，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。本項(xiàng)目的特色在于可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有智能家居設(shè)備的控制集于js7628上，并通過(guò)無(wú)線通信連接實(shí)現(xiàn)手機(jī)和電腦客戶端的遠(yuǎn)程控制，并實(shí)現(xiàn)反向?qū)崟r(shí)定位。技術(shù)路線、擬解決的問題及預(yù)期成果技術(shù)路線：首先對(duì)整個(gè)項(xiàng)目制定整體方案，然后設(shè)計(jì)每個(gè)子系統(tǒng)的操作程序，同時(shí)利用Java設(shè)計(jì)手機(jī)應(yīng)用程序，同步進(jìn)行硬件電路板的設(shè)計(jì)安裝。當(dāng)各子任務(wù)完成后，統(tǒng)一進(jìn)行連接、測(cè)試，進(jìn)行整體分析研究。擬解決的問題：1.在openWRT中，為終端控制器寫入執(zhí)行各項(xiàng)控制家居設(shè)備操作的命令程序，并對(duì)其進(jìn)行仿真演算，完全通過(guò)后，進(jìn)行與硬件連接。2.編譯手機(jī)安卓客戶端應(yīng)用軟件，使其能執(zhí)行遠(yuǎn)程控制智能設(shè)備，并研究智能家居環(huán)境，尋找最適合智能家居設(shè)備控制的相關(guān)技術(shù)。3.開發(fā)調(diào)試js7628硬件系統(tǒng)，測(cè)試相應(yīng)的子系統(tǒng)執(zhí)行情況。4.整合最終的軟硬件銜接調(diào)試，以及聯(lián)合調(diào)試，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求。預(yù)期效果：得到一個(gè)功能完整的智能家居控制系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制，以及門禁安防系統(tǒng)，為用戶帶來(lái)良好智能家庭生活體驗(yàn)。對(duì)自我而言，對(duì)智能家居系統(tǒng)有一個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與深入了解，自己的專業(yè)水平得到一定的提高。項(xiàng)目研究進(jìn)度安排:2019.05-2019.07:整體方案設(shè)計(jì)，并作出學(xué)習(xí)研究計(jì)劃。2019.08-2020.01：學(xué)習(xí)Java及功能程序的設(shè)計(jì)開發(fā)，學(xué)習(xí)安裝硬件系統(tǒng)模塊。2020.02-2020.08：整合軟、硬件并聯(lián)合調(diào)試，對(duì)不完善的地方進(jìn)行修補(bǔ)與改進(jìn)。2020.09-2021.04：結(jié)題。已有基礎(chǔ)與本項(xiàng)目有關(guān)的研究積累和已取得的成績(jī)專業(yè)有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)硬件電路板的制作，了解一定的有關(guān)智能化家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人曾參與過(guò)有關(guān)智能程序設(shè)計(jì)的創(chuàng)新大賽，對(duì)本項(xiàng)目的軟件開發(fā)方面有一定的理論技術(shù)基礎(chǔ)。已具備的條件，尚缺少的條件及解決方法已具備的條件：1）項(xiàng)目參與人員皆有一定的C語(yǔ)言學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。2）關(guān)注智能家居項(xiàng)目并有著一定的研究基礎(chǔ)。3）工作室有與項(xiàng)目相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與調(diào)試器材，環(huán)境良好，干擾少，利于項(xiàng)目的開展。尚缺少的條件：項(xiàng)目參與人缺少相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料，以及項(xiàng)目開展的硬件材料。解決方法：項(xiàng)目參與人通過(guò)對(duì)指導(dǎo)老師所發(fā)的相關(guān)學(xué)習(xí)資料，進(jìn)行系統(tǒng)的研究學(xué)習(xí)。三人分工合作，對(duì)自己所負(fù)責(zé)的板塊進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，為本項(xiàng)目的順利研發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)費(fèi)預(yù)算開支科目預(yù)算經(jīng)費(fèi)（元）主要用途階段下達(dá)經(jīng)費(fèi)計(jì)劃（