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物联网与智慧思维

发表时间：2021/3/22 来源：《文化研究》2021年3月上作者：王万多陈致忠米昶

[导读] 随着计算机的普及以及互联网技术的发展，我们的生活越来越智能化。曾经的很多设想概念都应用到生活中了，如刷脸支付，走遍天下“靠脸吃饭”已经成为了现实；智能手机，不论走哪里，只要带着一部手机，又能打电话，又能付款更能拍照等等，何不美哉？当然，随着技术的进一步发展，物联网这个行业正在崛起，万物互联这个难以想象的场景也逐步走向我们，将我们的生活更加的智能化了。

四川成都西华大学计算机与软件工程学院王万多陈致忠米昶 610039

摘要：随着计算机的普及以及互联网技术的发展，我们的生活越来越智能化。曾经的很多设想概念都应用到生活中了，如刷脸支付，走遍天下“靠脸吃饭”已经成为了现实；智能手机，不论走哪里，只要带着一部手机，又能打电话，又能付款更能拍照等等，何不美哉？当然，随着技术的进一步发展，物联网这个行业正在崛起，万物互联这个难以想象的场景也逐步走向我们，将我们的生活更加的智能化了。尤为明显的便是当今的智能家居产业，使用物联网技术将我们的家庭全部联网控制，自动管理。当然，而今一套智能家居系统对普通人来说过于昂贵，所以本次只讨论智能家居系统中的一个子系统，智能灯光控制系统。
关键词：网络化；计算机；物联网；智能灯控
        一、选题说明
        （一）问题的提出
        在现代化的生活中智能家居逐渐盛行。智能管理系统能够自动调节室温，对室内进行通风等等。但是以当前的情况来看，安装一套智能家居系统是高昂的，所以本次设计则计划设计一款小型的灯光控制系统，以满足平常的日常使用。
        （二）项目任务
        本课题主要的任务是设计一款灯光控制系统。使用户可以通过移动应用程序开关家中的电灯，并且可以调节亮度，此外该系统还应当具有智能夜灯的功能，在夜间为用户提供零时性的照明功能。需要涉及移动应用程序设计、Arduino应用程序设计以及WEB服务器设计。
        （三）项目意义
        本项目实施后可以帮助用户大大的提升开关灯的便利性，特别是为行动不便的老人提供了方便和舒适度。并且通过系统的智能灯光管理，可以一定程度上的节省家庭的照明电力浪费情况，减少家庭开支。并且经过对该项目的设计和实现，令我充分的了解到了一个物联网应用的架构，熟悉了相应的技术，并且通过团队间的合作，了解到了完整的项目流程，大大的提升了自身能力。
        二、可行性分析
        （一）技术可行性
        在技术上我们需要分为硬件和软件两部分。硬件技术主要是嵌入式系统开发技术，用于编写led灯的控制逻辑等；软件上则需要涉及APP开发技术（主要是Android开发[1]），通过Android应用通过无线网络向我们的嵌入式系统发出指令控制灯光。其中较为复杂的则是网络通信处理，但是总体而言是可行的。
        （二）经济可行性
        在经济上，该系统的设计开支是很小的，系统主要需要在硬件上进行经济开销，软件上都是一些开源的技术和软件。主要包含嵌入式开发板、路由器、LED灯以及一些传感器等。花销在500元以内。
        （三）设备可行性
        在设备的选择上，本次设计所需的硬件设备选择如下：Arduino UNO R3开发板和扩展板（Arduino Ethernet扩展板W5100）、路由器、普通LED灯若干、Arduino传感器等。其中开发板用于运行嵌入式系统，通过网络扩展板连接网络，进行与移动App进行通讯，以控制灯光。软件上我们需要使用Windows 10、Arduino IDE、Android Studio以及对应的一些SDK等。不论是软件还是硬件，都是目前市面上可以轻松获得的设备。
       （四）人员可行性
        组内成员会后端开发、Android开发、嵌入式开发等技术，所以实现该项目在组内人员上来说是可行的。

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        三、需求分析
        （一）业务处理流程
        在本系统中，我们是通过Android 应用程序使用HttpClient[3] 发起一个http请求（需要手机已经通过wifi接入路由器），通过将我们发送的预定义指令以JSON格式发送给Arduino应用，其接收并解析出数据以完车请求，达到对led灯控制的目的。此外，在用户打开app的时候，APP首先会通过发起一个http请求查询led的当前状态，将当前系统中的所有led状态以一个JSON列表返回并显示出来，以供用户做出决策。
        （二）业务功能需求
        1、安全和用户管理，系统应该有用户模块，能够添加用户，保证系统每次在使用前都会进行用户认证，保证系统执行的都是来自合法用户的请求，而不是非当前系统主人的恶意请求。
        2、系统应该具有手动控制功能，因为软硬件在运行期间可能会存在着一些设计的不足和其它问题，导致系统崩溃而不能使用，所以我们应该为用户提供可以手动控制的接口或者说开关，以保证用户对系统的绝对控制能力，满足系统的可用性。
        3、灯光智能调节功能，由于四季随着时间的变化，自然光强也在不停变化，所以我们应该保证系统能够随着外界的光强不同而自动调节led灯光的亮度，从而达到省电的目的。
        4、定时开关功能，由于每个人都有自己的作息习惯，所以我们应当为用户提供自定义每个灯的自动开关时间，如在每晚什么时候自动关灯，每天早晨什么时候自动开灯等。
        5、智能夜灯，在夜间如果用户起床什么的，系统检测到后应该自动开启led灯提供照明。
        （三）业务数据需求
        本系统针对的是一般的家庭住宅，所以数据的存储和处理量都较小。需要存储的数据只有用户相关的一些数据，包含账号和密码以及用户的一些自定义开关灯数据，均使用数据库保存。此外就是传感器数据，该部分不用保存，直接实时处理。
        （四）业务性能需求
        1、性能需求中最重要的便是系统的响应时间。响应时间应当尽量的短，如我们请求一个网页一样，如果10s都没渲染出来，我们内心是如何一种感受，所以考虑网络延迟以及系统的反应时间等，响应时间应该维持在1s以内。当然这个时间应当尽量缩短，1s其实已经很慢了，我们应当考究各种算法和系统设计的合理性，从而达到降低响应时间的问题。
        2、系统应该能够支持多用户登陆，因为我们的系统是面临家庭的应用场景，所以我们总不可能专门要求用户指定一个灯光控制员吧?所以系统必须支持多用户同时控制的能力，所以需要涉及多线程的问题。
        3、业务接口需求
        系统的接口需求较多，总的来说分为用户接口以及系统功能性接口。
        （1）用户接口：系统需要提供用户信息的添加、删除、修改、查询等基本接口，此外还有用户的认证接口，提供用户使用系统前的认证功能。
        （2）系统功能性接口：该接口主要是指对我们系统灯光控制的一些接口，主要包含系统中设备状态查询接口、指令下发接口以及手动操作接口（其实就是手动控制开关）。
        结论：
        本次智能灯光控制系统在经过一段时间的努力下基本完成了预期的功能。但是较为简陋，一些功能还不够稳定，或者说还不算符合业务场景。下面将分别说明系统的完成情况
参考文献
[1]郭霖著. 第一行代码 Android 第2版[M]. 北京：人民邮电出版社, 2016.11.
[2]小马哥著.Spring Boot编程思想[M].北京：电子工业出版社.2019.
[3]张飞著.高性能Android开发技术[M].北京：北京航空航天大学出版社.2019.
[4]（美）BARON SCBWARTZ等著.高性能MYSQL[M].北京：开明出版社.2009.