1、项目编号东北林业大学大学生创新训练项目申请书国项目EU项目项目名称：基于阿里云物联的家居电器智能控制系统起止时间：2020年6月-2021年6月项目负责人：张皓博学院：信息与计算机工程学院年级专业：2018级-通信工程联系电话：18812170909指导教师：凌滨职称：副教授申请日期：2020年5月12日东北林业大学创新创业中心制2020年5月一、基本情况项目名称基于阿里云物联的家居电器智能控制系统项目来源自拟负责人张皓博性别男年龄20学号2018211134所在学院信息与计算机工程学院专业通信工程联系电话18812170909电子邮箱3383368323智育成绩一学期二学期三学期四学期五学期
2、六学期9296.0593.95指导教师凌滨性别男年龄58研究方向自动化控制职称副教授联系电话13804524947电子邮箱1337440643项目成员姓名学号学院专业项目分工晏其龙2018211346信息与计算机工程学院电子信息工程硬件姜恺洋2018211125信息与计算机工程学院电子信息工程软件郑涵宇2018221145信息与计算机工程学院电子信息工程前端尚筱升2017210487信息与计算机工程学院电子信息工程后端项目组人员狄奖及成果情况获奖者奖励、成果名称颁发单位及时间张皓博全国大学生数学竞赛省级一等奖中国数学会晋及工作委员会2019.12张皓博全国大学生数学建模大赛省级二等奖中国工业与
3、应用数学学会2019.9张皓博美国大学生数学建模大赛M奖COMAP2020.5尚筱升大学生创新国家级训练项目二、立论依据1 .申请理由（限500字，包括自身/团队具备的知识条件：自己的特长、兴趣等）近些年来，随着科学技术高速发展，智能化的电子设备层出不穷走进万家，生活水平的逐渐提高使人类逐步追求更高质量的生活，希望自己的生活更加科技、智能，为了方便人们的生活，我们团队希望结合自己所学，为社会作出自己的贡献，于是我们想要设计一种智能电器控制系统来方便人们的生活，可以通过手机来控制家里的智能电器。我们将用行动证明我们的能力。我们团队已经学习了C语言程序设计、面向对象程序设计、移动终端程序设计、模拟
4、电子技术、数字电子技术、微机原理与接口技术等系统课程，同时我们团队也不仅限于课堂上的内容，我们团队也自主学习了stm32等开发板并能够熟练应用，为此次创新项目夯实了基础。我们团队人员互补配合默契，在前端、后端处理都拥有一定的基础，具有很好的思考能力以及一定的动手操作能力。2 .项目的研究意义（限200字）电器智能控制可以让我们随时随地的了解家内的电器的情况，同时也可以让我们下达指令控制电器的工作，大大节省了在快节奏生活中浪费的时间，同时也提升了人们生活质量。我国电器多部分是通过遥控实现控的完成，相关联性能差，不能实现家居生活的智能化，所以设计一种基于阿里云物联的居家电器智能控制系统是非常有实用
5、价值的。g）.去孙新漆大学NweR3”UwY2020年大学生创新训练计划项目申请书3 .国内外研究现状分析并附主要参考文献（限100o字）一、国内外发展现状：自从世界上第1栋智能建筑1984年在美国出现以后，世界各经济较发达的国家先后提出了各种智能家居的实现方案。美国以及某些欧洲国家在智能家居系统研究方面一直处于领先地位，日本韩国紧随其后。例如早期微软公司的“梦幻之家”、IBM公司开发的“家庭主任、NeSPOt的家庭安全系统、新加坡的家庭智能化系统等。目前国内互联网企业依托核心优势，纷纷推出相关产品，规划智能家居市场。例如阿里云的智能电视、天猫魔盒；京东云服务款APP产品；百度公司的百度智家；
6、小米、华为的智能家居设备等等。智能家居的发展目前仍处于初级阶段，随着云计算技术的发展、设备成熟度的提升，以及运营商的大力介入，推动智能家居产品融合，改变目前行业标准不一、产品兼容性差的问题，相信不久的将来智能家居将会真正地融入我们的生活，改变人们的生活方式。1999年，“物联网”的概念被凯文阿什顿提出。物联网（IoT）是由互连的设备/操作系统组成，通过网络最终使它们响应。物联网仍然是以互联网为基础，它通常是人们作为IntenIet的一种扩展和扩展。如今，物联网设备仍保持31%的年增长率，到2017年全球物联网设备已达到84亿。基于此“智能家居”、“智能城市”的研究蓬勃发展。“云计算”目前在很多
7、网络相关服务中的应用已经很普遍。让云计算运用于物联网，让各类物品之间联动成为可能。智能家居控制系统通过“云服务”就成为了一个开放的、集成的控制系统，它将家庭器件的各项数据传入互联网，通过移动终端对家庭网络中的信息以及电器进行集中监控和远程控制。GoogIe公司，其拥有GFS、MaPRedUCe等技术，始终保持在云计算技术领域的发展先进水平。目前云计算技术在我国的发展和应用依旧处于发展阶段，在2007-2010年处于引入阶段。自08年起我国建立个多个云计算中心，主要从国内IT企业云计算开始，以IBM云计算中心投入运营起始，逐步发展至目前的阿里云等。二、主要参考文献（1）国内外智能家居市场发展现状
8、浅析吴列宏1,杨威2,孟亚洁2（L中国移动广东公司，广东510623；2.工业和信息化部电信研究院，北京100I91）（2）国内外智能家居发展现状侯海涛（沈阳0200）（3）云计算技术现状与发展趋势分析韩丹萍（苏州市市场监督管理局，江苏苏州215031）（4）陈猛.基于Android的智能家居平台研究J.农家参谋,2020（10）:207.(5)数智网.智能家居产业生态浅析N.建筑时报,2020-05-04(008).(6)陈成瑞，王旭康，肖欣悦，李成勇.智能家居控制系统设计与实现J.无线电工程，2020,50(05):410-414.(7)林玩杰，李水峰，毛立夫，林凯隆.基于STM32智能家
9、居控制系统的设计J.电子设计工程，2019,27(24):176-180.(8)杨锦辉，王开心，黄艾璇，罗强.基于物联网的智能窗户系统设计实现J.物联网技术,2020,10(04):76-79.(9)杨振国，乔海强.基于STM32和MQTT的智能家居运程控制系统J.电子世界,2019(21):186-187.(IO)李雨泽.物联网发展现状及应用研究m.数字通信世界,2020(03):234-235.(11) SoftwarearchitecturesoftheconvergenceofcloudcomputingandtheInternetofThings:Asystematicliterat
10、urereviewAuthorlinksopenoverlayPaneIAhmadBanijamaIioni-PekkaPakanenPaSiKUVajaMarkkUoiVO(12) TheEmbeddedModulesSolutionofHouseholdInternetofThingsSystemandTheFutureDevelopmentAuthorlinksopenoverlayPalIelChen-ZhUO-ErLilZhiWenDeng2(13) TheEmbeddedModulesSolutionofHouseholdInternetofThingsSystemandTheFu
11、tureDevelopmentAuthorlinksopenoverlaypanelChen-ZhUc)-ErLilZhiWenDelIg2(14) TheconstructionofsmartcityinformationsystembasedontheInternetofThingsandcloudcomputingAuthorlinksopenoverlaypanelDingfUJiang(15) Internetofthings(IoT)applicationstofightagainstCOVID-19pandemicAuthorlinksopenoverlaypaneRaViPra
12、tapsinghaMohdjavaidbAbidHaleembRajivSumanC三、研究方案1 .研究目标(限200字)(1)在平台上搭载温湿度等空气质量传感器，实时采集数据并显示；搭载人体红外传感器,检测室内人员情况，自动完成室内环境的调节。(2)完成红外收发模块的搭建，制作可以控制各种红外遥控设备的平台。(3)搭建WIFI/4G等模块与阿里云IoT平台进行数据的双向传输。(4)搭建阿里云IoT平台，进行数据的转发及存储。(5)完成终端APP或小程序的设计，实现远程控制家居电器的目的。2 .研究内容(限400字)(1)通过无线模块Zigbee或GSM完成对传感器所采集数据的中转，配合控制
13、系统将数据上传至云端。将该通信模组与STM32主控制芯片完成通信，用AT指令进行操作，实现智能家居设备的联网功能。(2)完成红外遥控模块的搭建以及程序设计。采用常见的NEC协议进行编码解码，编写红外程序逻辑，结合控制电路对室内家电进行控制。若无法挑选出型号，提供红外信号学习功能。(3)通过无线WIFI/4G模块与阿里云进行数据的双向传输。(4)通过透传的方式与阿里云建立链接，采用MQTT通信协议构建消息报文，数据格式符合阿里云Alink协议规范，通过该系统内的通信模组用于接收云平台的回复和用户指令。(5)调用阿里云I。T的相关API,结合前端开发经验进行手机终端的APP/小程序设计。3 .拟解
14、决的关键问题(限200字)(1) MCU逻辑程序的编写，达到对整个系统的把控、成功获取信息、控制电器的目的。(2)对红外信号进行编码解码，达到对不同红外控制电器进行兼容的目的。(3)数据传输格式要符合阿里云Alink协议规范，并成功通过WIFI/4G与阿里云平台联动。(4)创建合适算法处理环境模型，以便于更好的处理当前环境问题。(5)编写缜密的终端交互逻辑和页面渲染程序，来达到最佳的业务逻辑和界面效果。4 .设备及实验条件(限150字)(1)实验条件:信息学院电子创新设计实验室，具有创新项目基础，配备了合适的硬件调试工具，大大简化工作量。(2)团队具有前端开发以及电子设计经历，且具有现成的开发
15、板、ESP8266.GSM.WlFl模块等基本电路模块。项目有了一定代码和硬件完成度。(3)学校图书馆和官网VPN可以查阅到大量相关文献，为了项目深入研究提供便利。5,拟采取的研究方法及技术路线（限800字）（1）研究方法：1 .文献资料研究：对已有的相关成果进行技术整理，重点关注核心技术的实现与调试,解决所需要的传感器以及电路模块的用法，在现有成果之上进行创新和完善设计。2 .硬件设计与仿真:结合NIMUltiSim进行相关功放等电路的设计和仿真,通过Proteus学习和仿真红外发射电路，进行可行性、可靠性等验证，利用AItiUmDeSigner进行PCB的绘制。3 .软件设计与调试：根据电
16、路逻辑编写合适的算法，有序的处理电器的运行状态。了解阿里云平台的通信协议，在此基础上通过aliyunArduino编写程序与云端进行联动。在移动终端，调用阿里云开放APl通过AndroidStUdiO或者微信开发者工具进行手机APP或小程序的开发。（2）技术路线：技术路线前期准备：确定家电控制系统的具体功能和技术指标前期准备对技术分解，进行成员分工技术分解配置各个传感器驱动进行电路测试外空恪十搭建硬件电路髭矍利用事真设计红外遥控原理图4.*-控模设一一绘制原理图对响应速度和正确率进行调试据集块计一转换数据格式数采模的识别传感器获取的数据设计中断响应机制对数据合理性进行判断设计PCB焊接Pc曲进
17、行硬件调试配置云平台交互窗口腿云IOT鑫建Alink数据获取并处理阿里云平台的数据处理测试，直到实现预期功能为止法序计载入开发板，实现开发板、阿里云、移动终端的联动制程设一控制算法编写环境搭建，包括主控制器环境和移动终端环境实撰务确需器设定方，任，所的和制现案写书由要件施确定家电控制系统的具体功能和技术指标指定实现方案，撰写任务书，确定所需要的器件和设备对技术分解，进行成员分工技术分解：红外遥控电路设计：绘制原理图、仿真、实际调试等数据采集模块设计：配置驱动、识别数据、转换数据格式等控制模块设计：画原理图、进行硬件测试阿里云IoT平台的搭建：了解通信协议、完成属性的配置算法程序设计：环境的搭建
18、算法编写、软硬件联动等智能家居控制系统总流程：以Stlll32开发板为核心，建立各个电路功能模块，完成与互联网的连接，建立远程通信机制，以完成预期的功能。温湿度偿酸黑前传感需无线开关做无线模块Zigbee/GSM冰箱空调，红外收发模块电祝月SF网关主芯片-W旧发块-45Gtt12C人机交互界面网络数据传帕手机APP/小程序阿里云IOT平台,1位刷福母头、送合系技物联网无线模块实现传感器数据的采集系统:网络*A.,阿里云IoTJInternetJ网络无线模块GSM/Zigbee手机APPJ程序传感器=STM32单片机系统硬件结构图:G.逢信根第人机交互区红外线收发模块终端软件.玄孙新屋大哮NW
19、AsreRrWVY2020年大学生创新训练计划项目申请书6 .实验方案（限500字）第一部分：系统整体设计整体系统要实现的功能为：MCU采集数据上传到云端，移动端进行接受和发送命令，控制MCU对红外线控制的器件做出响应。具体实现流程为：使用MCU对传感器采集的数据以及对人机交互的命令做前期处理，对数据进行分类并在显示器上显示，之后上传到阿里云I。T平台；以及通过命令控制家用电器，如电视、空调等；第二部分：系统平台硬件设计硬件部分主要完成：传感器数据采集、红外电路对红外线的接受和发射、通信组块对信号与阿里云的交互、各类开关设备控制的功能。对各个部分电路搭建进行整合，同时数据可以存储到SD卡进行数
20、据备份。第三部分：系统平台软件设计软件是系统数据与云端交互的核心，是实现数据传输和控制的关键。软件部分主要完成:对数据的合理性进行判断（温度、湿度等）、对家用电器的细节控制（空调温度、风速；电视的频道等）。代码核心为与阿里云平台的交互以及控制信号的传输，使硬件系统产生或者接受红外信号。7 .本项目的创新/特色之处（限200字）（1）系统实现了对室内湿度、温度等数据的检测，并实时显示在终端上，且可以通过手机端对室内的状况进行控制及对红外进行接受与发射。（2）在无人情况下，此控制系统可以根据收集的数据自动调节室内温度、湿度，具有良好的用户体验。人体红外传感器可以自动检测人的存在，实时监测室内人员情
21、况，还可以进行例如灯的自动开关控制。（3）由于遵守了阿里IoT的ICA联盟数据格式，本设备拥有了极大的可扩展性以及数据联动能力，可以方便的通其他智能设备进行联动。8.项目研究年度计划（包括项目的前期准备、各阶段的研究目标、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等）2（1）查阅相关文献资料，组内讨论各阶段具体的研究目标并对组内人员分工，拟定初步设计与实现方案。0（2）深入学习项目相关理论知识，深入熟悉开发板的使用。（3）购置相关装置的器件，并对相关装置进行了解使用。进行电路实验和模拟仿真，1在开发板上搭建好编程环境。9（4）完成各模块的设计，并进行模块之间的通信测试。年（5）能够实现系
22、统的开关控制及简单的红外遥控功能。（6）申请专利项目，并发表一篇研究性论文。2（1）对该系统进行调试，进行多次实验获得多组数据，分析数据的合理性与可靠性，0并发现系统是否存在问题。2（2）完善系统的功能，并对算法进行优化。同阿里云I。T平台联动。0（3）发表学术论文。年（4）撰写结题研究报告。求孙新漆大学NortheastroRcsrqUsivcrsity9.项目成果及形式(研究论文、设计、调研/研究报告、申请专利、开发软件、研制产品、项目鉴定、结题报告等)(1)研究报告以及结题报告各一份。(2)控制平台硬件系统一套。(3)配套Web端及app小程序一项。(4)在北大中文核心期刊发表论文1篇；
23、或发明专利1个；或在中国高等教育学会中国高校创新人才培养暨学科竞赛评估结果的竞赛名录中的科技竞赛取得省级一等奖及以上；或在教育部、信息产业部、科技部、共青团中央等部委主办的或由教育部委托国家级教学指导委员会、国家级学术团体主办的全国范围的且被高水平大学普遍认可的学科竞赛取得国家级三等奖及以上。四、经费预算支出科目金额（元）计算根据及理由合计15000.001.科研业务费7000.00论文3500.00在学术期刊中发表论文专利2500.00巾请专利文献下载与打印500.00项目期间需要进行大量文本打印书籍资料500.00需要课外研究专业书籍资料2.实验材料费7000.00Stm32开发板800.
24、00此为硬件核心，用于开发调试和学习电阻触控屏LCD500.00显示设备电子元器件1600.00AD采集芯片、电阻、电容、传感器等PCB制板费1600.00设计的硬件电路生成PCB云服务租赁费1500.00租赁阿里云服务传感器1000.00人体红外传感器及各类环境监测传感器3.其他支出1000.00邮费300.00购买的元器件以及PCB等所需的邮费外观模型300.00亚克力板等耗材及专用工具400.00焊枪、焊台、热风枪、焊锡、松香等五、申请者承诺我保证上述填报内容的真实性。如果获得资助，我与本项目组成员将严格遵守东北林业大学大学生创新实验项目遴选与管理办法的有关规定，切实保证研究工作时间，按
25、计划认真开展研究工作，按时报送有关材料。负责人签名：张皓博2020年5月18日六、审批情况：指导教师对项目的评价及承诺:本创新项目研究目的明确，具有很强的创新性。选题符合专业培养目标要求，符合学生学习阶段的知识水平。该项目组参阅了大量与本课题相关的中外文献资料，技术路线清晰，研究方法及实验方案可行，研究工作的进度安排比较合理，各阶段的工作内容明确，提出的预期目标符合实际要求。且该组同学创新能力较强，有良好的理论基础和实践基础,有完成该项目的能力。该题目新颖，实用价值高，符合方便生活的原则，易于推广。签字：凌滨2020年5月18日学院推荐意见:分管领导签字：（公章）年月日学校审核意见:组长签字：年月日
