淺析家庭自動(dòng)化系統(tǒng)

　　以計(jì)算機(jī)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(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dòng)化(Home Automation)的步伐。建立和開(kāi)發(fā)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)旨在適應(yīng)現(xiàn)代人民的生活信息化和對(duì)家居產(chǎn)品信息化的需要。

　　本文根據(jù)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)特征，遵從軟件工程原理，按照軟件工程設(shè)計(jì)的步驟，進(jìn)行了新問(wèn)題定義、可行性分析、需求分析等幾個(gè)重要的探究。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行非功能性和功能性需求分析的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)探究了如何設(shè)計(jì)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)。

　　最后對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了總結(jié)，為下一步探究奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為我國(guó)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)信息化建設(shè)具有一定的借鑒意義。

　　一、新問(wèn)題定義

　　(一)、引言及相關(guān)背景

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

　　隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)也飛速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，家庭自動(dòng)化系統(tǒng)在美國(guó)以及國(guó)際市場(chǎng)都具有廣闊的前景，在中國(guó)市場(chǎng)也是快速形成期，這些提高人類(lèi)生活質(zhì)量的產(chǎn)品將構(gòu)成世界范圍內(nèi)后PC時(shí)代的新興IT市場(chǎng)。

　　(二)、任務(wù)描述

　　1、專(zhuān)案背景

　　項(xiàng)目名稱(chēng)摘要：家庭自動(dòng)化系統(tǒng)(Home Automation System ，簡(jiǎn)稱(chēng)HAS)

　　項(xiàng)目委托單位摘要：XXX智能家居設(shè)備公司

　　軟件開(kāi)發(fā)單位摘要：蘭州商學(xué)院06級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)(1)班軟件開(kāi)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(gè)設(shè)備的自動(dòng)管理和人工個(gè)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(jī)等)。該系統(tǒng)會(huì)在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)各個(gè)設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的指令，完成各個(gè)設(shè)備的自動(dòng)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(cè)環(huán)境的變化，而且通過(guò)識(shí)別本系統(tǒng)中的變化來(lái)轉(zhuǎn)變，并且所識(shí)別出的變化應(yīng)該在系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)可以是自動(dòng)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(guò)適當(dāng)?shù)男畔?lái)通知用戶(hù)并進(jìn)行異常處理。該系統(tǒng)必須有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，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(hù)所發(fā)布的重要?jiǎng)幼鞯刃畔ⅰ?/p>

　　3、運(yùn)行環(huán)境

　　本系統(tǒng)是設(shè)備控制類(lèi)系統(tǒng)，由主機(jī)通過(guò)相應(yīng)的接口部件監(jiān)聽(tīng)和控制各個(gè)硬設(shè)備。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器由SQL Server實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)摘要：windows 2000 、windows xp以上;數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)登錄及管理”等各模塊組成。

　　燈光控制摘要：實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)外所有燈光的時(shí)間周期性控制和用戶(hù)的直接控制;

　　保安控制摘要：實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境設(shè)備(包括花園、陽(yáng)臺(tái)、室內(nèi)溫濕度報(bào)告)的時(shí)間周期性控制以及各設(shè)備的異常處理;

　　家電控制摘要：實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭中各個(gè)聰明家用電器的人性化控制及各設(shè)備的異常處理;

　　用戶(hù)登錄及管理模塊摘要：實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)各個(gè)模塊中所用設(shè)備的時(shí)間周期性定義以及對(duì)各個(gè)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(gè)前沿陣地。對(duì)家庭中遙控、自動(dòng)化和娛樂(lè)的要求呈上升態(tài)勢(shì)。消費(fèi)者希望自己的日常生活更簡(jiǎn)便、更平安。當(dāng)然，優(yōu)秀的家庭自動(dòng)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(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)依照國(guó)際上流行的相關(guān)協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分保證各廠家產(chǎn)品間的兼容性和相互操作能力。

　　(2)、開(kāi)放性摘要：家庭自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該具有開(kāi)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(jì)可以適應(yīng)各種場(chǎng)合的需要，保障用戶(hù)的利益，并答應(yīng)系統(tǒng)的逐步到位。

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

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

　　(6)、簡(jiǎn)潔易用摘要：好的家庭自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)該簡(jiǎn)便易用、用戶(hù)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(guó)內(nèi)家庭自動(dòng)化是一個(gè)較新的概念，雖然越來(lái)越多的廠家開(kāi)始投入到家庭自動(dòng)化的來(lái)發(fā)和生產(chǎn)中，但是由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尚處于一家一戶(hù)自行開(kāi)發(fā)的局面。而隨著房屋的商品化，從而加強(qiáng)了人們對(duì)居家的要求，希望一步到位或者具有開(kāi)放的協(xié)議，統(tǒng)一的接口，這樣來(lái)保證產(chǎn)品能不斷地適應(yīng)未來(lái)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(jì)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(jí)數(shù)據(jù)流模型圖

　　圖3、HAS的二級(jí)數(shù)據(jù)流模型圖

　　(四)、經(jīng)濟(jì)可行性

　　1、 支出

　　構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)的金費(fèi)主要有摘要：用戶(hù)在要購(gòu)買(mǎi)日常生活中的家電及各種電子產(chǎn)品是花費(fèi)一定數(shù)額的資金，在購(gòu)買(mǎi)組成系統(tǒng)的一些小型物理器件時(shí)會(huì)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(jī)和輸出報(bào)警系統(tǒng)以及一些異常的自動(dòng)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(chǎng)上均有售，因此，物理設(shè)備上不用多考慮，我們主要實(shí)現(xiàn)將不同設(shè)備按照一定的結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，使之能夠完成我們的預(yù)期目標(biāo)

　　(六)、社會(huì)因素可行性分析

　　1、 法律因素

　　申請(qǐng)法律保護(hù)或相關(guān)保險(xiǎn)。

　　法律可行性是考慮要開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是否存在任何侵犯、妨礙和責(zé)任新問(wèn)題，用戶(hù)操作可行性考慮待開(kāi)發(fā)軟件的運(yùn)行方式在用戶(hù)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(shí)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(huì)存在任何侵犯、妨礙和責(zé)任新問(wèn)題。即使存在了，也可以根據(jù)合同進(jìn)行分析，一定有人會(huì)負(fù)責(zé)任，所以此系統(tǒng)完全可以進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

　　2、 用戶(hù)使用可行性

　　本系統(tǒng)面向中高階層的人們消費(fèi)，主要用于用戶(hù)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的統(tǒng)一管理，進(jìn)行各種相關(guān)操作并對(duì)家電的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

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

　　(七)、結(jié)論

　　經(jīng)過(guò)以上經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性以及法律因素各個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)工作流程分析

　　(1)、在用戶(hù)登錄時(shí)進(jìn)行檢查，控制不同的用戶(hù)使用系統(tǒng)的權(quán)限;

　　(2)、對(duì)用戶(hù)的管理，包括對(duì)用戶(hù)信息的增加、刪除和修改;

　　(3)、對(duì)指定時(shí)間內(nèi)的操作記錄進(jìn)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(duì)失效的記錄進(jìn)行自動(dòng)清除;

　　(4)、查看設(shè)備的狀態(tài)，包括對(duì)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(jìn)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(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，包括啟動(dòng)監(jiān)控設(shè)備、停止監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備;

　　(7)、對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)需求分析

　　1、家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的非功能性需求分析

　　設(shè)計(jì)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的目的是完成對(duì)家電產(chǎn)品以及相關(guān)設(shè)備的管理和控制，達(dá)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(lèi)的生活質(zhì)量，因此需要具備良好的性能，滿(mǎn)足實(shí)際工作的需要是十分必要的。

　　家庭自動(dòng)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(dòng)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(jì)和實(shí)施中采用先進(jìn)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(jìn)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(xún)。

　　(2)、系統(tǒng)良好的可維護(hù)行和開(kāi)放性

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)面向未來(lái)的發(fā)展，提供各種必要的標(biāo)準(zhǔn)接口，以使用戶(hù)可以根據(jù)需要隨時(shí)添加必要的設(shè)備和系統(tǒng)，擴(kuò)充系統(tǒng)功能。要充分考慮到家庭自動(dòng)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(dòng)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(wèn)系統(tǒng)的不同級(jí)別的權(quán)限，杜絕非法訪問(wèn)。

　　(4)、友好的人機(jī)界面

　　系統(tǒng)的用戶(hù)不可能是專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)人員，甚至對(duì)計(jì)算機(jī)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(jī)交互功能，最大限度地方便用戶(hù)的使用。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)能提供的方便的聯(lián)機(jī)再現(xiàn)幫助功能。

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

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

　　2、家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的功能模塊分析

　　家庭自動(dòng)化系統(tǒng)旨在開(kāi)發(fā)出一個(gè)符合人類(lèi)生活需求的家庭自動(dòng)化模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為五個(gè)子系統(tǒng)摘要:用戶(hù)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

　　(1)、輸入數(shù)據(jù)

　　系統(tǒng)所采集的各個(gè)實(shí)體設(shè)備的信息流。

　　(2)、輸出數(shù)據(jù)

　　經(jīng)過(guò)各個(gè)子系統(tǒng)處理后的對(duì)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(chēng)摘要：家庭自動(dòng)化系統(tǒng)

　　簡(jiǎn) 述摘要：由系統(tǒng)管理員來(lái)負(fù)責(zé)對(duì)連接在系統(tǒng)中的各種家電實(shí)施具體動(dòng)作。

　　數(shù)據(jù)條目摘要：

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

　　用戶(hù)管理=登錄+用戶(hù)信息+用戶(hù)權(quán)限

　　燈管控制=室內(nèi)燈光+室外燈光

　　家電狀態(tài)監(jiān)測(cè)=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(cè)=溫度+濕度+調(diào)節(jié)

　　保安控制=門(mén)窗監(jiān)控+視頻監(jiān)控

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

　　(一)、處理流程

　　(1)在用戶(hù)登錄時(shí)進(jìn)行檢查摘要：控制不同的用戶(hù)使用系統(tǒng)的權(quán)限。

　　(2)對(duì)用戶(hù)的管理摘要：包括對(duì)用戶(hù)信息的增加、刪除和修改。

　　(3)對(duì)指定時(shí)間內(nèi)的操作記錄進(jìn)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(duì)失敗的操作記錄進(jìn)行自動(dòng)清除。