基于LED灯控系统的Android端设计与开发
基于LED灯控系统的Android端设计与开发[20191207152708]
摘要
本系统是在调查智能家庭发展现状的基础上，并结合大学生创新项目而设计，符合智能家庭使用场景和要求。在增加趣味性的同时降低操作难度,方便老人和孩子的使用。
本系统采用PanoramaGL技术展示家庭全景环境，利用JSON数据交换技术在全景环境中嵌入虚拟按钮控件。通过Internet技术和socket技术与服务器通信，智能调控家庭中的照明系统，并且可以监测家庭中的温湿度环境以及瓦斯含量。本系统以Android平台为基础，因为Android平台具有开发成本低、用户基数大等优点。本系统可以使家居环境更加人性化，随时随地掏出手机即可控制家庭照明系统和监测家庭环境，创造一个安全、舒心的居住环境。
本系统引入了很多新的技术进行整合设计，比如全景图片的展示，虚拟控件的数据交互等，这些新的技术给智能家庭控制端的设计带来了新的方向，让智能家庭控制端可以拥有更大的发挥空间，给用户更好的使用体验。
关键字:智能家居PanoramaGL灯控系统Android技术
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.1.1 课题研究的背景 1
1.1.2 课题研究的意义 1
1.2 智能家庭系统概述 2
1.3 智能家庭控制系统的发展现状 2
1.4本章小结 3
2 课题研究所用技术介绍和环境搭建 4
2.1 Android 4
2.2 Java语言 5
2.3 JSON技术 7
2.4 Eclipse集成开发环境 7
2.5 PanoramaGL技术 7
2.6 Android开发环境搭建 8
2.7 PanoramaGL环境搭建 10
2.8 本章小结 13
3 基于LED灯控系统的Android端需求 14
3.1 全景展示模块 14
3.2 预警模块 15
3.3 温湿度监视需求 15
3.4 通信需求 16
3.5 咨讯中心需求 16
3.6 本章总结 16
4 基于LED灯控系统的Android端设计 17
4.1 智能家庭系统结构设计 17
4.2 Android端功能模块设计 18
4.3 通信协议设计 19
4.4 本章小结 20
5 基于LED灯控系统的Android端实现 21
5.1全景图片的制作 21
5.2安全认证模块 22
5.3全景图片展示模块 25
5.4实时通信模块 27
5.5Android端预警模块 28
5.6 本章小结 29
总结 30
参考文献 31
致谢 32
1 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.1.1 课题研究的背景
随着现代信息科技的快速发展，3G时代的来临，为物联网的发展奠定了基础，当物联网应用市场被快速开发的同时，传统的家居环境已经无法满足人们的高品质生活的要求。而智能家庭以其安全、舒适、智能的优点被越来越多的人们所关注。我们都知道比尔盖茨的房子是一所智能化的房子，这个故事让很多人羡慕不已。而随着时代的发展，在不久的将来我们必然会住进这样的房子。进入21世纪以来，大量的企业投入到物联网智能家庭系统的研发当中，从政府到高校，从企业到消费者都在关注、推进这一行业的发展。就目前智能家居行业的发展现状，还存在成本过高，产业链不完善等问题。本系统将主要解决智能家庭照明系统的成本问题。
目前Android作为成熟的嵌入式操作系统，以其开源的特性，吸引了大量的开发人员不断完善Android功能和操作体验，形成了良好的生态环境。基于LED灯控系统的Android端设计与开发注重用户体验，符合用户日常生活实用场景，与传统机械开关相比具有控制智能化、节约自动化、体验真实化等优点，可以随时方便人们掌握家庭照明系统状况。
1.1.2 课题研究的意义
LED灯控系统Android客户端具有如下优点：本客户端可以真实展示家庭环境，通过全景图片展示库PanoramaGL将采集到的全景图片真实模拟出来；随时随地控制家里面的照明系统，只要能够连上网络就可以实时与家庭网关通信，对照明系统进行控制；智能提醒，当APP连接上家庭网关之后会检查家庭照明系统各照明单元状态，通过算法惊醒判断，给用户提供智能提醒。比如，在白天如果家庭中的照明灯没有关闭，APP就会给用户一个提醒，让用户选择是否需要将其关闭。当然，这样的一套系统并不只适用于灯控系统，稍作修改就可以应用到其它家庭或者工业控制系统当中，这将给人们的生活带来极大的方便。这套系统不仅可以扩展使用场景，也可以扩展控制对象，因为其本质就是手机等嵌入式设备与各个传感器节点之间的通信，只要传感器节点支持通信功能就可以结合本APP进行智能管理控制。 通过基于LED灯控系统Android端的设计和开发可以给人们提供更加智能的家庭电器设备管理方案，让人们真实的感受到科技带来的便捷生活方式；给企业节约资源和人力成本，降低企业成本提高企业生产力；满足广大市场需求等。
虽然智能家居行业近几年有了突飞猛进的发展，但从总体的发展来看，智能家居行业没有统一的标准和权威产品，这也使智能家居行业无法快速健康的发展。但是伴随着经济的蓬勃发展和科技的不断进步，在物质生活得到改善之后，人们对家居环境也提出了更高的要求，同时节约意识和低碳意识的形成，也让我们相信，未来智能家庭的发展是非常具有潜力的。
1.2 智能家庭系统概述
当瓦特发明蒸汽机之后，人类就迈向了工业社会的新篇章，信息技术的发展更是将人类带上了信息化的快速列车。电子信息技术和单片机控制器技术的日益进步，信息化社会进程的加快，促使人们联系的越来越紧密，信息化发展正在改变我们的生活习惯和工作方式。同时我们也对住宅环境有了智能化的要求，传统住宅已经无法达到我们所要求的生活品质了。通过观察，我们需要更加智能化的社区，更加方便、安全、舒适的居家环境。所以，智能家居在未来必将获得广阔的发展前景。
智能家居这一概念由美国在上世纪70年代提出，紧接着在欧洲、日本等发达地区和国家得到了很好的发展。我们国家，这一概念提出的时间比较晚一些，上世纪九十年代末智能化系统才传入国内，但发展迅速，到目前为止，已经有相当多的小区实现了智能化。
智能家居系统的研发涉及到的领域非常多，包括电子信息技术、无线传感器、无线通信技术、网络之间的通信协议转换、控制器技术、控制软件的设计等等方面。利用这些技术的整合就可以创造一个温馨舒适的智能化家庭居住环境。
智能家庭的解决方案在很多国家都是政府在主导，包括美国、日本、欧洲、新加坡等国家。我国在2003年开始大力发展物联网技术，主要领域之一就是智能家庭。但是，我国的智能家庭发展最早可以追溯到20世纪九十年代末。
1.3 智能家庭控制系统的发展现状
由于历史原因，欧洲和美国经济上一直处于领先地位，所以在信息化的发展道路上也一直处于领先地位。这其中就包括在智能家居系统研发方面的探索，近几年，欧美的大公司如摩托罗拉和微软等先后投入到智能家居行业中。例如由微软开发的“梦想之家”系统和摩托罗拉集团开发的“居所之门”系统以及IBM开发的“家庭主人”系统等均以日趋成为主流平台。除此之外，日本和韩国的一些企业也纷纷投入到家庭智能系统的研发当中，也取得了不小的成绩。在我国，从上世纪九十年代后期，智能小区开始出现。最早出现在北京、上海、广州和深圳等沿海发达的大城市，随后开始在内陆地区开始投入建设智能小区。随着信息技术的发展和信息化进程的加快，全国绝大多数家庭都连上了Internet，大中城市中50%的住宅要实现智能化。
1.4本章小结
本章主要阐述了课题研究的背景和意义，分析了智能家庭的发展过程和未来的发展趋势。并简要介绍了国内外智能家庭的发展现状，重点分析了国内智能家庭的发展情况。通过本章我们可以很清晰的看到智能家庭的发展情况。
2 课题研究所用技术介绍和环境搭建
2.1 Android
安卓是安迪鲁宾在Linux基础上发展而来的，它是经过剪裁的适合于移动设备使用的完整的一套操作系统。Android的名字也是Linux和安迪鲁宾名字的结合，因为Android的本义是指机器人，所以我们看到今天的Android标志就是一个机器人。
原本Android发展并不是很好，后来谷歌收购了Android并且仍然让Android开源。到2010年之后，Android成长速度十分的惊人，在智能手机领域由原来10%的市场份额一下子增长到70%。Android的发展得益于开源，但也因为其开源的原因，各个厂商都在定制自己的rom版本，导致Android碎片化问题严重，给开发者带来了很大的不变，兼容性一直是Android开发者头疼的问题之一。为此，Google在2011年10月发布了Android4.0，此版本体验良好，界面美观，对手机和平板的兼容都很不错，从这一版本的发布开始，Google开始收紧各大手机制造商的定制权，这也为解决Android平台的“碎片化”问题带来了一线希望。
虽然目前看来，Android发展势头良好，但是Android平台面临的竞争对手也不容忽视，其中包括微软的Windows Phone、苹果的iOS、Inter和三星研发的Tizen、Mozilla公司的B2G、Ubuntu for Android、黑莓等等竞争对手，要想继续保持领先的地位，必须要解决掉Android目前还存在的一些不足，让Android成为真正开源的、免费的、体验良好的、界面美观的操作系统。
Android平台的优点主要体现在一家几个方面。
开放性：android是一个开源项目，正因为其免费、开源的特性吸引了大批的开发者，开放性让Andriod这个崭新的平台很快的成熟起来。因为开放性带来的竞争，可以让消费者得到更多更好而且物美价廉的应用。
不受束缚：随着智能手机的的上市和3G网络的逐步普及，手机可以随意的接入网络，不在收到运营商的束缚。
硬件丰富：由于Android是免费开源的项目，所以众多厂商会研发出许许多多功能各具特色的产品。方便开发：Android平台提供一个十分宽泛、自由的环境给第三方开发人员，不会受到各种约束和阻扰。
Google应用：Google作为最大的互联网公司，在十多年的发展道路上，积累了很多优秀的产品，几乎渗透到互联网生活的方方面面，例如搜索、地图、邮件、YouTube等等，这些优秀的产品都将无缝的接入到Android平台。
图2-1 Android系统架构图
2.2 Java语言
Java是一种跨平台的面向对象的程序设计语言，Java包括Java运行平台和Java程序设计语言，Java平台由JavaSE、JavaEE、JavaME组成。Java由Sun公司研发设计，被广泛的应用于各个领域，比如个人电脑、大型机、移动电话、数据中心、互联网、游戏控制台等方面。目前，借助于全球云计算和移动互联网的发展，Java的优势更加的明显，前景更加广阔。
Sun公司有一个口号就是Java语言依靠的是群体的力量，所以他要求所有的厂商都必须保持程序的兼容性，这一点也得到了广大厂商的支持，经过大家的一致努力，今天的Java运行在几十亿的设备商，取得了骄人的成绩。同时也极大的方便了开发者，让开发者不用在为软件的兼容性伤透脑筋。Java语言的结构如下：
图2-2 系统结构图
Sun公司对Java的定义：一种结构中立的、直观的、安全的、可移植的、面向对象的、解释执行的、高效率的、健壮的、分布式的、多线程的和动态语言。Sun公司的定义充分体现了Java语言的特点。
直观：Java语言借鉴了其他语言的许多优点，尤其是C/C++的优良特性，同时又取消了一些不安全的机制，比如没有指针操作，没有多态继承等。
面向对象：Java语言就是为面向对象而生的语言，因为其只支持类之间的单继承和接口之间的多继承，所以非常的简单。相比C++而言，Java还支持动态绑定。
分布式：Java语言采用虚拟机机制，可以将很多任务直接交给客户端处理，因此数据也可以分布式处理。通过URLJava程序被允许直接访问网络中的对象，极大的减轻了网络传输的负荷。
摘要
本系统是在调查智能家庭发展现状的基础上，并结合大学生创新项目而设计，符合智能家庭使用场景和要求。在增加趣味性的同时降低操作难度,方便老人和孩子的使用。
本系统采用PanoramaGL技术展示家庭全景环境，利用JSON数据交换技术在全景环境中嵌入虚拟按钮控件。通过Internet技术和socket技术与服务器通信，智能调控家庭中的照明系统，并且可以监测家庭中的温湿度环境以及瓦斯含量。本系统以Android平台为基础，因为Android平台具有开发成本低、用户基数大等优点。本系统可以使家居环境更加人性化，随时随地掏出手机即可控制家庭照明系统和监测家庭环境，创造一个安全、舒心的居住环境。
本系统引入了很多新的技术进行整合设计，比如全景图片的展示，虚拟控件的数据交互等，这些新的技术给智能家庭控制端的设计带来了新的方向，让智能家庭控制端可以拥有更大的发挥空间，给用户更好的使用体验。
关键字:智能家居PanoramaGL灯控系统Android技术
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.1.1 课题研究的背景 1
1.1.2 课题研究的意义 1
1.2 智能家庭系统概述 2
1.3 智能家庭控制系统的发展现状 2
1.4本章小结 3
2 课题研究所用技术介绍和环境搭建 4
2.1 Android 4
2.2 Java语言 5
2.3 JSON技术 7
2.4 Eclipse集成开发环境 7
2.5 PanoramaGL技术 7
2.6 Android开发环境搭建 8
2.7 PanoramaGL环境搭建 10
2.8 本章小结 13
3 基于LED灯控系统的Android端需求 14
3.1 全景展示模块 14
3.2 预警模块 15
3.3 温湿度监视需求 15
3.4 通信需求 16
3.5 咨讯中心需求 16
3.6 本章总结 16
4 基于LED灯控系统的Android端设计 17
4.1 智能家庭系统结构设计 17
4.2 Android端功能模块设计 18
4.3 通信协议设计 19
4.4 本章小结 20
5 基于LED灯控系统的Android端实现 21
5.1全景图片的制作 21
5.2安全认证模块 22
5.3全景图片展示模块 25
5.4实时通信模块 27
5.5Android端预警模块 28
5.6 本章小结 29
总结 30
参考文献 31
致谢 32
1 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.1.1 课题研究的背景
随着现代信息科技的快速发展，3G时代的来临，为物联网的发展奠定了基础，当物联网应用市场被快速开发的同时，传统的家居环境已经无法满足人们的高品质生活的要求。而智能家庭以其安全、舒适、智能的优点被越来越多的人们所关注。我们都知道比尔盖茨的房子是一所智能化的房子，这个故事让很多人羡慕不已。而随着时代的发展，在不久的将来我们必然会住进这样的房子。进入21世纪以来，大量的企业投入到物联网智能家庭系统的研发当中，从政府到高校，从企业到消费者都在关注、推进这一行业的发展。就目前智能家居行业的发展现状，还存在成本过高，产业链不完善等问题。本系统将主要解决智能家庭照明系统的成本问题。
目前Android作为成熟的嵌入式操作系统，以其开源的特性，吸引了大量的开发人员不断完善Android功能和操作体验，形成了良好的生态环境。基于LED灯控系统的Android端设计与开发注重用户体验，符合用户日常生活实用场景，与传统机械开关相比具有控制智能化、节约自动化、体验真实化等优点，可以随时方便人们掌握家庭照明系统状况。
1.1.2 课题研究的意义
LED灯控系统Android客户端具有如下优点：本客户端可以真实展示家庭环境，通过全景图片展示库PanoramaGL将采集到的全景图片真实模拟出来；随时随地控制家里面的照明系统，只要能够连上网络就可以实时与家庭网关通信，对照明系统进行控制；智能提醒，当APP连接上家庭网关之后会检查家庭照明系统各照明单元状态，通过算法惊醒判断，给用户提供智能提醒。比如，在白天如果家庭中的照明灯没有关闭，APP就会给用户一个提醒，让用户选择是否需要将其关闭。当然，这样的一套系统并不只适用于灯控系统，稍作修改就可以应用到其它家庭或者工业控制系统当中，这将给人们的生活带来极大的方便。这套系统不仅可以扩展使用场景，也可以扩展控制对象，因为其本质就是手机等嵌入式设备与各个传感器节点之间的通信，只要传感器节点支持通信功能就可以结合本APP进行智能管理控制。 通过基于LED灯控系统Android端的设计和开发可以给人们提供更加智能的家庭电器设备管理方案，让人们真实的感受到科技带来的便捷生活方式；给企业节约资源和人力成本，降低企业成本提高企业生产力；满足广大市场需求等。
虽然智能家居行业近几年有了突飞猛进的发展，但从总体的发展来看，智能家居行业没有统一的标准和权威产品，这也使智能家居行业无法快速健康的发展。但是伴随着经济的蓬勃发展和科技的不断进步，在物质生活得到改善之后，人们对家居环境也提出了更高的要求，同时节约意识和低碳意识的形成，也让我们相信，未来智能家庭的发展是非常具有潜力的。
1.2 智能家庭系统概述
当瓦特发明蒸汽机之后，人类就迈向了工业社会的新篇章，信息技术的发展更是将人类带上了信息化的快速列车。电子信息技术和单片机控制器技术的日益进步，信息化社会进程的加快，促使人们联系的越来越紧密，信息化发展正在改变我们的生活习惯和工作方式。同时我们也对住宅环境有了智能化的要求，传统住宅已经无法达到我们所要求的生活品质了。通过观察，我们需要更加智能化的社区，更加方便、安全、舒适的居家环境。所以，智能家居在未来必将获得广阔的发展前景。
智能家居这一概念由美国在上世纪70年代提出，紧接着在欧洲、日本等发达地区和国家得到了很好的发展。我们国家，这一概念提出的时间比较晚一些，上世纪九十年代末智能化系统才传入国内，但发展迅速，到目前为止，已经有相当多的小区实现了智能化。
智能家居系统的研发涉及到的领域非常多，包括电子信息技术、无线传感器、无线通信技术、网络之间的通信协议转换、控制器技术、控制软件的设计等等方面。利用这些技术的整合就可以创造一个温馨舒适的智能化家庭居住环境。
智能家庭的解决方案在很多国家都是政府在主导，包括美国、日本、欧洲、新加坡等国家。我国在2003年开始大力发展物联网技术，主要领域之一就是智能家庭。但是，我国的智能家庭发展最早可以追溯到20世纪九十年代末。
1.3 智能家庭控制系统的发展现状
由于历史原因，欧洲和美国经济上一直处于领先地位，所以在信息化的发展道路上也一直处于领先地位。这其中就包括在智能家居系统研发方面的探索，近几年，欧美的大公司如摩托罗拉和微软等先后投入到智能家居行业中。例如由微软开发的“梦想之家”系统和摩托罗拉集团开发的“居所之门”系统以及IBM开发的“家庭主人”系统等均以日趋成为主流平台。除此之外，日本和韩国的一些企业也纷纷投入到家庭智能系统的研发当中，也取得了不小的成绩。在我国，从上世纪九十年代后期，智能小区开始出现。最早出现在北京、上海、广州和深圳等沿海发达的大城市，随后开始在内陆地区开始投入建设智能小区。随着信息技术的发展和信息化进程的加快，全国绝大多数家庭都连上了Internet，大中城市中50%的住宅要实现智能化。
1.4本章小结
本章主要阐述了课题研究的背景和意义，分析了智能家庭的发展过程和未来的发展趋势。并简要介绍了国内外智能家庭的发展现状，重点分析了国内智能家庭的发展情况。通过本章我们可以很清晰的看到智能家庭的发展情况。
2 课题研究所用技术介绍和环境搭建
2.1 Android
安卓是安迪鲁宾在Linux基础上发展而来的，它是经过剪裁的适合于移动设备使用的完整的一套操作系统。Android的名字也是Linux和安迪鲁宾名字的结合，因为Android的本义是指机器人，所以我们看到今天的Android标志就是一个机器人。
原本Android发展并不是很好，后来谷歌收购了Android并且仍然让Android开源。到2010年之后，Android成长速度十分的惊人，在智能手机领域由原来10%的市场份额一下子增长到70%。Android的发展得益于开源，但也因为其开源的原因，各个厂商都在定制自己的rom版本，导致Android碎片化问题严重，给开发者带来了很大的不变，兼容性一直是Android开发者头疼的问题之一。为此，Google在2011年10月发布了Android4.0，此版本体验良好，界面美观，对手机和平板的兼容都很不错，从这一版本的发布开始，Google开始收紧各大手机制造商的定制权，这也为解决Android平台的“碎片化”问题带来了一线希望。
虽然目前看来，Android发展势头良好，但是Android平台面临的竞争对手也不容忽视，其中包括微软的Windows Phone、苹果的iOS、Inter和三星研发的Tizen、Mozilla公司的B2G、Ubuntu for Android、黑莓等等竞争对手，要想继续保持领先的地位，必须要解决掉Android目前还存在的一些不足，让Android成为真正开源的、免费的、体验良好的、界面美观的操作系统。
Android平台的优点主要体现在一家几个方面。
开放性：android是一个开源项目，正因为其免费、开源的特性吸引了大批的开发者，开放性让Andriod这个崭新的平台很快的成熟起来。因为开放性带来的竞争，可以让消费者得到更多更好而且物美价廉的应用。
不受束缚：随着智能手机的的上市和3G网络的逐步普及，手机可以随意的接入网络，不在收到运营商的束缚。
硬件丰富：由于Android是免费开源的项目，所以众多厂商会研发出许许多多功能各具特色的产品。方便开发：Android平台提供一个十分宽泛、自由的环境给第三方开发人员，不会受到各种约束和阻扰。
Google应用：Google作为最大的互联网公司，在十多年的发展道路上，积累了很多优秀的产品，几乎渗透到互联网生活的方方面面，例如搜索、地图、邮件、YouTube等等，这些优秀的产品都将无缝的接入到Android平台。
图2-1 Android系统架构图
2.2 Java语言
Java是一种跨平台的面向对象的程序设计语言，Java包括Java运行平台和Java程序设计语言，Java平台由JavaSE、JavaEE、JavaME组成。Java由Sun公司研发设计，被广泛的应用于各个领域，比如个人电脑、大型机、移动电话、数据中心、互联网、游戏控制台等方面。目前，借助于全球云计算和移动互联网的发展，Java的优势更加的明显，前景更加广阔。
Sun公司有一个口号就是Java语言依靠的是群体的力量，所以他要求所有的厂商都必须保持程序的兼容性，这一点也得到了广大厂商的支持，经过大家的一致努力，今天的Java运行在几十亿的设备商，取得了骄人的成绩。同时也极大的方便了开发者，让开发者不用在为软件的兼容性伤透脑筋。Java语言的结构如下：
图2-2 系统结构图
Sun公司对Java的定义：一种结构中立的、直观的、安全的、可移植的、面向对象的、解释执行的、高效率的、健壮的、分布式的、多线程的和动态语言。Sun公司的定义充分体现了Java语言的特点。
直观：Java语言借鉴了其他语言的许多优点，尤其是C/C++的优良特性，同时又取消了一些不安全的机制，比如没有指针操作，没有多态继承等。
面向对象：Java语言就是为面向对象而生的语言，因为其只支持类之间的单继承和接口之间的多继承，所以非常的简单。相比C++而言，Java还支持动态绑定。
分布式：Java语言采用虚拟机机制，可以将很多任务直接交给客户端处理，因此数据也可以分布式处理。通过URLJava程序被允许直接访问网络中的对象，极大的减轻了网络传输的负荷。
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