基于OneNet云平台物联网云平台的智能家居环境监测系统
摘要：在国内经济飞速发展的背景下，人民生活水平愈发提高,家居环境的适宜与否成了人们的重要需求。为了优化家居环境舒适度以及帮助用户随时随地掌握家居环境的状态，本文旨在设计一款基于物联网云平台的智能家居环境监测系统，硬件部分由树莓派、SHT31模块、MQ-2模块以及OLED组成。其中SHT31模块用于获取环境中的温湿度信息、MQ-2传感器用于监测烟雾浓度，OLED是一个用于显示传感器监测数据和系统信息的便携式、高效率的显示器，用于方便用户观察环境监测数据和系统运行状态，以树莓派作为设备网关接入OneNet云平台，将获取到的数据传至OneNet云平台。为方便用户获取家居环境数据，终端层采用安卓系统，具有欢迎界面、登录界面、注册界面、参数设置界面以及数据展示界面。用户只需登录APP完成参数设置，就可实现对家居环境状态的查看和管理。在本系统能够为人们提供智能化、个性化、精准化的家居环境管理服务，有效降低生活与健康风险，提高生活质量，同时为节省能源、减少污染等方面做出积极贡献，为可持续发展做出实质性贡献。
关键字：物联网；智能家居；云平台
Intelligent Home Environment Monitoring System Based on IoT Cloud Platform
Abstract: Against the backdrop of China's rapid economic development, people's living standards have been continuously improved, and the suitability of the home environment has become an important need for people. In order to optimize the comfort of the home environment and help users grasp the status of the home environment anytime and anywhere, this paper aims to design an intelligent home environment monitoring system based on the Internet of Things (IoT) cloud platform. The hardware components include Raspberry Pi, SHT31 module, MQ-2 module and OLED. The SHT31 module is used to obtain temperature and humidity information in the environment, the MQ-2 sensor is used to monitor smoke concentration, and the OLED is a portable and efficient display used to display sensor monitoring data and system information, making it convenient for users to observe environmental monitoring data and system operation status. Using Raspberry Pi as the device gateway, the obtained data is transmitted to the OneNet cloud platform. For users to obtain home environment data conveniently, Android system is adopted for the terminal layer, including welcome interface, login interface, registration interface, parameter setting interface, and data display interface. Users only need to log in to the app and complete the parameter settings to achieve the function of viewing and managing the home environment status. This system can provide intelligent, personalized, and accurate home environment management services for people, effectively reducing risks to health and life, improving the quality of life, and making positive contributions to energy saving, pollution reduction, and sustainable development.
Keywords: Internet of Things; Smart Home; Cloud Platform.
目录
一、 前言 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外发展情况 1
1.2.1 物联网发展情况 1
1.2.2物联网云平台的发展 2
1.3本课题主要研究内容 3
1.4本章小结 3
二、系统总体设计 4
2.1系统需求分析 4
2.1.1 用户需求 4
2.1.2 功能需求 4
2.1.3 软硬件需求 5
2.2系统总体设计方案 5
2.3 关键技术 6
2.3.1 无线传感网络技术 6
2.3.2 WiFi技术 7
2.3.3 OneNet云平台 7
2.4 本章小结 7
三、系统感知层设计 8
3.1 树莓派介绍 8
3.2 硬件层 8
3.2.1 传感器 9
3.2.2制动器 11
3.3 PacketTracer仿真 11
3.3.1数据采集及控制节点软件设计 12
3.3.2 控制主机软件设计 15
3.4 本章小结 16
第四章 云平台项目设计 18
4.1 设备管理 18
4.2 平台端可视化展示 19
4.3云平台接入 19
4.4 本章小结 22
第五章 系统应用层设计 23
5.1界面设计 23
5.1.1欢迎界面设计 23
5.1.2操作界面设计 25
5.1.3主界面设计 28
5.2功能设计 30
5.2.1欢迎界面功能设计 30
5.2.2操作界面功能设计 31
5.2.3主界面功能设计 33
5.3 本章小结 35
第六章 系统功能的调试与测试 36
6.1仿真系统测试 36
6.1.1仿真部分测试 36
6.1.2云平台接入测试 36
6.2可视化大屏测试 37
6.3Android功能测试 38
6.3.1欢迎界面测试 38
6.3.2操作界面测试 38
6.3.3主界面测试 40
6.4本章小结 41
第七章 总结与展望 42
7.1 总结 42
7.2 展望 42
参考文献 44
致谢 45
一、 前言
1.1研究背景与意义
马斯洛的需求理论中指出，在人们的生活品质逐渐提高时，会对生活需求的质量提出更高要求。智能家居搭载着人们追求更加美好生活愿景，是人们家居环境从电气化、自动化，到智能化演变的最新形态。随着科技的发展，物联网、移动通信等新兴技术的发展，给智能家居系统提供更好的解决方案，为智能家居提供技术支持[1]。
智能家居是近年来快速发展的一个领域，随着经济的发展和人们生活水平的提高，越来越多的人开始关注居住环境的舒适性和健康性。以智能家居为背景的监测系统应运而生，它是一种能够实时监测家居环境的系统，可以检测温度、湿度、空气质量等多项指标，为用户提供更加健康、舒适的居住环境。在此基础之上，为了减轻外部服务器的压力，通常结合边缘计算来进行监测，云平台的出现使得监测系统的能力更上一层楼。它利用互联网和物联网技术实现了设备之间的联通和数据的共享，用户可以实时查看家居环境的变化，根据自己的需求控制家居设备，实现智能化的管理。
因此，基于物联网云平台的智能家居环境检测系统在提高家居环境的舒适性、健康性方面具有重要意义。它能够为用户提供更加智能、便捷的居住环境，同时也可以推动智能家居行业的发展和升级。
1.2国内外发展情况
1.2.1 物联网发展情况
自从物联网概念被提出以来，经过十几年的发展，尤其是近几年的飞速发展，现在已经形成了一个新兴行业。全球各国都在研究和发展物联网技术，将其作为国家发展战略项目，并投入了巨资深入研究物联网。
美国在2008年IBM提出了“智慧地球”的概念，通过将感应器嵌入到铁路、桥梁、隧道、公路、电网等物体中，通过云计算平台连入物联网，将人类社会和物理系统整合起来。这一战略为美国带来长远的经济效益，政府可以加大对铁路、桥梁、电网的投入，刺激经济增长，长远来看，此战略还可以为未来科技发展奠定基础。当前世界物联网已经覆盖各行各业，带动了多个行业的发展，像传感器、微电子、视频识别等行业，带来了巨大的效益，物联网将成为全球信息通信行业的万亿美元级新兴产业[2]。
我国在物联网领域的发展较早，物联网产业链已经基本形成，并在公共安全、环境监测、交通、航空等行业已经形成了一定规模的市场。物联网通信技术和技术标准基本和世界同步，但在传感器、无线射频识别等产业和发达国家相比，还有很大的差距。不过，近年来中国政府高度重视物联网的发展，加大了对相关产业的支持和投入。
物联网作为未来信息化发展的重要方向，对于中国的发展具有非常重要的意义。
1.2.2物联网云平台的发展
物联网云平台作为物联网的重要组成部分，已经成为物联网应用开发的核心。其主要功能是提供物联网设备接入、数据存储、数据分析等服务。随着物联网技术的发展，国内外物联网云平台也在不断发展和完善。
国内，物联网云平台的发展已经进入快速发展的阶段。近年来，国内众多大型企业纷纷加入物联网云平台市场，它们不仅拥有自己的物联网云平台，还提供了丰富的物联网服务，如边缘计算、人工智能、大数据分析等。这些企业的物联网云平台具有高可靠性、高可扩展性、高灵活性等特点，能够满足不同行业、不同应用场景的需求。除了大型企业，国内还涌现出了一批专注于物联网云平台研发的创新型企业。它们在提供基础服务的同时，还能够提供个性化定制服务，能够满足客户不同的需求[3]。
国外，物联网云平台也得到了快速的发展。亚马逊云和微软等企业，已在全球范围内推广其物联网云平台，成为物联网行业的领军企业。此外，欧洲的西门子、德国电信等企业也在不断发展自己的物联网云平台，尤其在智能城市和智能制造等领域有着广泛的应用。
未来，随着物联网技术的不断成熟和应用场景的不断拓展，物联网云平台将会成为连接万物的关键技术。
1.3本课题主要研究内容
本文基于物联网云平台，运用多种物联网相关技术，构建了一个智能家居环境监测系统，主要实现在线监测室内温湿度、灰尘浓度等环境数据。为了实现这一目标，本文研究的内容包括以下几个方面：
基于智能手机开发了监测环境数据的在线监测软件，方便用户随时随地查看环境数据；采用树莓派作为主控模块和嵌入式系统技术来采集节点的信息； 进行物联网整体组网测试，解决应用层、网络层、感知层之间通信出现的问题，保证系统可靠性和稳定性。
1.4本章小结
本章主要讨论了基于物联网云平台的智能家居环境监测系统的研究背景与意义，简单地介绍了物联网的概念及其应用场景等。此外还总结了智能家居的国内外发展现状及发展趋势。针对本课题的研究，设计出基于云平台的智能家居的技术架构，并阐述其主要职能，为后续深入研究提供理论依据。最后对本文主要的研究内容做概述。
参考文献
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