基于Qt的智能家居管理軟件設(shè)計

王二飛

摘要：隨著國家經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷進步，我國社會基本矛盾已發(fā)生變化，人民群眾對生活質(zhì)量提出了更高要求。“家”是人們生活的港灣，在信息技術(shù)急速發(fā)展的今天，智能家居已經(jīng)成為大部分家庭的家居選擇。目前，市面上比較先進的智能家居軟件以Qt為技術(shù)基礎(chǔ)，軟件技術(shù)架構(gòu)為C/S模式，通過Linux平臺，實現(xiàn)了編程、通信、服務(wù)器建設(shè)及數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等一系列目標(biāo)，滿足了人們對于智能家居管理的控制及人機互動等需求。文章圍繞“基于Qt的智能家居管理軟件設(shè)計”這一話題進行了研究和探討．

關(guān)鍵詞：Qt；智能家居：管理軟件：設(shè)計

中圖分類號：TP39

文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

智能家居是近年來家居行業(yè)發(fā)展的主要趨勢，這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因一方面是信息技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)滲透到社會發(fā)展的各個行業(yè)之中，成為各個行業(yè)發(fā)展的“指向標(biāo)”：另一方面是人們已經(jīng)感受到了信息技術(shù)在生活中的便捷性，生活質(zhì)量越來越高，簡單的智能家居已經(jīng)難以滿足人們對于家居的需求。進行家居管理軟件設(shè)計是未來行業(yè)謀求發(fā)展，滿足消費者需求，拓寬市場的主要方式，Qt是實現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 Qt簡介

Qt指的是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架，其中有不少白定義的C++類庫，使用者使用帶UI界面的QWidget能夠在短時間內(nèi)編寫可視化圖形界面用戶端，使用QTcpSocket類能夠進行網(wǎng)絡(luò)通信[1]。Linux系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)得以運行的關(guān)鍵，線程池thread-pool模式是服務(wù)器正常運行的基礎(chǔ)，之所以這樣說，是因為上述系統(tǒng)和模式能夠避免網(wǎng)絡(luò)進行新請求接收的時候服務(wù)器出現(xiàn)持續(xù)線程構(gòu)建、進程銷毀的問題，使得CPU的使用效率不斷提高?，F(xiàn)下發(fā)展勢頭比較猛的無線通信技術(shù)是ZigBee技術(shù)，作為一種短距離無線通信技術(shù)，其耗能低的同時還能夠在工控場合被應(yīng)用，技術(shù)波段為2.4 GHz，應(yīng)用了跳頻及擴頻技術(shù)[2]。

2 系統(tǒng)設(shè)計需求及整體構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)設(shè)計需求

智能家居系統(tǒng)作為一個整體系統(tǒng)，首先要對空氣中的溫濕度、光照強度、氣體濃度等重要環(huán)境因素進行準(zhǔn)確感知，感知工具為傳感器，之后系統(tǒng)需要依據(jù)傳感器提供的環(huán)境因素對家中的家居設(shè)備如電燈、空調(diào)、冰箱等進行控制，這是系統(tǒng)自身運行的需求[3]。對于使用者而言，其需求為對系統(tǒng)進行良好控制，需要通過一個專門的控制App客戶端解決，App客戶端的功能設(shè)計不用過于復(fù)雜，用戶登錄之后用攝像頭遠程監(jiān)控并實現(xiàn)對家居設(shè)計的控制[4]。

2.2基于Ot的智能家居管理軟件系統(tǒng)整體構(gòu)建

2.2.1 整體設(shè)計

智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含遠程控制、網(wǎng)絡(luò)通信、家庭網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)4部分組成。系統(tǒng)核心以家庭網(wǎng)關(guān)為中心，橫跨ZigBee、GPRS/GSM及WiFi網(wǎng)絡(luò)，組成一個在PC、智能手機及電腦等智能設(shè)備上皆可以實現(xiàn)遠程控制的智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[5]。智能家居系統(tǒng)的功能主要包括遠程控制和家庭電器信息采集兩方面，實現(xiàn)這兩項功能都需要用到智能家居管理App客戶端，用戶需要先在App客戶端完成注冊，登錄之后進入家居設(shè)備操作界面，界面中的信息為電器丁作情況（主要依靠家庭網(wǎng)關(guān)）。用戶能夠在界面中看到家中電器設(shè)備具體情況、攝像頭監(jiān)控畫面等，還能夠看到當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r。App客戶端會向家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)送JSON格式的白定義通信協(xié)議，家庭網(wǎng)關(guān)服務(wù)器在接收到信息之后會向App客戶端進行反饋[6]。

2.2.2 設(shè)計重點

（1）家庭網(wǎng)關(guān)。

家庭網(wǎng)關(guān)在智能家居系統(tǒng)設(shè)計中占據(jù)著十分關(guān)鍵的地位，是系統(tǒng)的整體控制核心，是家庭網(wǎng)絡(luò)連接外部網(wǎng)絡(luò)重要程序，家庭網(wǎng)關(guān)軟件需要應(yīng)用分層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)由底層驅(qū)動、Embedded系統(tǒng)、庫和應(yīng)用程序4部分組成，庫及應(yīng)用程序的移植是設(shè)計重點[7]。服務(wù)器應(yīng)用Qt開發(fā)，同時在Linux平臺上運行。系統(tǒng)不僅要運行，還要讀取和存儲數(shù)據(jù)，因此還需要數(shù)據(jù)庫進行支撐，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫為SQlice，這是一種專用于Linux平臺的輕型數(shù)據(jù)庫[8]。

solite是一種專用于Linux平臺的小型數(shù)據(jù)庫，其與一般數(shù)據(jù)庫最大的區(qū)別在于這種數(shù)據(jù)庫的尺寸更小，操作起來也更為簡便，但是其他方面與一般數(shù)據(jù)庫并沒有太大區(qū)別，系統(tǒng)需要獲取采集的數(shù)據(jù)以及家中電器的運行情況[9]。Qt中的QSql模塊能夠?qū)?shù)據(jù)庫進行支持，技術(shù)人員要發(fā)揮QSql模塊中類的作用，需要在pro文件中插入“Qt+= sql”代碼[10]。

Qt對QSqlQuery類進行應(yīng)用需要對soL語句或是SQL模型類QSqITableModel執(zhí)行完成增刪改查數(shù)據(jù)庫這個過程。技術(shù)人員在最開始的時候需要應(yīng)用SQLite database hrowser工具對數(shù)據(jù)庫（smarthome．db）進行構(gòu)建，在smarlhome．db構(gòu)建完成之后建立用戶信息、傳感器以及傳感器情況實時獲知程序[11]。

家庭網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計主要包含以下5點：

①SQlice數(shù)據(jù)庫移植，確保Linux平臺為數(shù)據(jù)庫提供支持。

②Qt/Embedded軟件支持庫移植，確保Linux平臺為Qt運行提供支持。

③SYSZUXpinyin移植．SYSZUXpinyin是一類輸入法。

④Hostapd（ Host Ac.cess Point）移植，為無線路由器進行網(wǎng)卡配置。

⑤服務(wù)器軟件設(shè)計，這是本文工作的重點。

由于智能家居管理App客戶端與服務(wù)器控制界面差別不大，這里主要對服務(wù)器軟件設(shè)計進行介紹。軟件功能主要對App客戶端請求進行響應(yīng)、對數(shù)據(jù)進行收集、存儲及反饋，命令操作能夠完成各類復(fù)雜功能。App客戶端運行完成之后會轉(zhuǎn)到用戶登錄界面，用戶登錄完成之后，可以在主界面看到“設(shè)備情況”“設(shè)備控制”“監(jiān)控查詢”等功能[12]。

（2）基于Qt的智能家居管理軟件架構(gòu)。

智能家居管理軟件設(shè)計的結(jié)構(gòu)為C/S結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)是目前最先進也是軟件設(shè)計企業(yè)最常用的一種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于能夠使App客戶端和服務(wù)器一同進行計算機任務(wù)，這樣不僅能夠確保對資源進行最大程度利用，還能夠最大幅度提高系統(tǒng)運行速度。系統(tǒng)程序包含App客戶端及服務(wù)器，服務(wù)器對家庭網(wǎng)關(guān)進行連接，App客戶端在幫助系統(tǒng)對服務(wù)器進行訪問同時讀取家庭網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并對服務(wù)器進行反饋，完成控制。服務(wù)器在接到命令之后會將數(shù)據(jù)存儲同時轉(zhuǎn)發(fā)App客戶端命令。

服務(wù)器和App客戶端的技術(shù)依據(jù)為TCP（ Transmission Control Prolocol）中的socket通信，這種通信方式傳播速度快，可靠性高，無需獲取復(fù)雜信息，只需獲取固定的IP地址和端口號，即可使用C/S模式構(gòu)建TCP協(xié)議，實現(xiàn)不同通信進程間之間的連接。Transmlssion Control Protocol本質(zhì)是一種傳輸協(xié)議，這種傳輸協(xié)議的作用是進行數(shù)據(jù)連接。Qt用于連接TCP客戶端及服務(wù)器的程序為QTcpSocket類及QTcpServer類。QTcpSocket類的作用是為TCP協(xié)議提供通用接口，用以完成其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

（3）槽編程。

Qt信號——槽機制的作用是實現(xiàn)不同對象通信，槽機制的作用在Qt編程全程中都可以看到。對象情況轉(zhuǎn)變之后會發(fā)出信號，槽一般情況下屬于類中函數(shù)，作用是對信號進行接收，各個程序之間依靠connect函數(shù)進行連接，在接收到相關(guān)信號之時啟動對應(yīng)的槽函數(shù)。系統(tǒng)軟件設(shè)計中包含非常多的信號槽編程。

3基于Qt的智能家居管理軟件運行流程

3.1 登錄

客戶端App會應(yīng)用到Windows系統(tǒng)中的Qt4.6軟件。Qt程序中，軟件應(yīng)用最開始需要用到mam．cpp，在其中創(chuàng)設(shè)QWidget對象，普通窗口用QWidget類表示，其中還包含QObect及QPaintDevice類，其余窗口繼承于QWidget類，Login．UI文件能夠?qū)崿F(xiàn)對智能家居管理軟件的可視化編輯，具體表現(xiàn)為智能家居管理軟件登錄界面（見圖1）。之后UI界面按鈕會跳轉(zhuǎn)至槽，同時在系統(tǒng)中加上QAbstractButton類對象中的clicked（）事件，Qt軟件此時會白動將槽函數(shù)聲明和相應(yīng)的信號函數(shù)生成并在之后的運行過程中展示出來。若系統(tǒng)需要UI界面進行跳轉(zhuǎn)，需要提前在主界面的相關(guān)文件中增加子界面運行要求，之后在主界面的cpp文件中構(gòu)建子界面類對象，同時對子對象進行調(diào)用，此外還需要將主界面UI關(guān)閉。

3.2 注冊

新用戶將軟件打開之后需要進行注冊，用戶在進入到注冊界面之后先需要輸入賬號、手機號進行注冊（注冊需要手機接收驗證碼并設(shè)置密碼）?？蛻敉瓿蛇@一系列操作之后，客戶端App將新用戶的信息依靠socket請求傳輸給服務(wù)器，用戶若注冊成功，服務(wù)器同樣會依靠socket返回注冊成功標(biāo)識信息給客戶端App。如果客戶在再次登錄的時候忘記密碼，只需要進入到找回密碼界面即可（見圖2）．在“找回密碼”這一界面，用戶只要正確填寫注冊時的賬號及手機號就能夠成功修改密碼。用戶在這個過程中可以接著使用原用戶名，應(yīng)用新密碼。在用戶正確輸入自己要用的賬號密碼之后，就可以進入智能家居管理系統(tǒng)的主界面。

3.3 控制

智能家居管理軟件控制主要分為手動控制和自動控制兩種，具體控制方式如下所示。

3.3.1 手動控制

用戶在智能家居管理軟件主界面能夠?qū)彝ED、風(fēng)扇、空調(diào)及冰箱等家居設(shè)備進行手動控制，系統(tǒng)會對溫濕度傳感器提取到的溫濕度數(shù)據(jù)進行實時顯示。用戶只要連接網(wǎng)絡(luò)并打開定位，便能夠從App中獲知所在城市的天氣狀況。智能家居管理軟件查詢天氣依靠的是瀏覽器中的開發(fā)者工具，在獲知當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報中的天氣情況的同時還需要讀取Body、Header信息，應(yīng)用在線HTTP接口測試T具測試可以得到JSON格式天氣數(shù)據(jù)，利用weacher．cpp解析JSON數(shù)據(jù)之后依靠QWidget類對象在UI界面中顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3.2 自動控制

智能家居管理軟件處在自動控制模式狀態(tài)下，系統(tǒng)能夠依據(jù)當(dāng)下環(huán)境對家中電氣設(shè)備進行智能化控制。若溫濕度傳感器感知到的室內(nèi)溫度在30℃時，控制系統(tǒng)會自動將空調(diào)打開。若溫濕度傳感器感知到的室內(nèi)溫度比26℃低時，控制系統(tǒng)會自動將空調(diào)關(guān)閉。同理，傳感器在測試到室內(nèi)一氧化碳濃度過高的時候，系統(tǒng)會立即向用戶進行反饋。

4 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)下我國已經(jīng)實現(xiàn)全面小康，向社會主義現(xiàn)代化邁進的背景下，群眾生活水平出現(xiàn)了大幅度提升，對于生活質(zhì)量提出了自動化及智能化要求，這一點在家居行業(yè)中體現(xiàn)得尤為明顯。家居行業(yè)要滿足消費者需求，必須提高對智能家居管理軟件設(shè)計工作的重視，以Qt為技術(shù)框架，通過Linux平臺，為消費者提供一個良好的智能家居控制管理體驗。

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（編輯李春燕）