第3章　系统分析

3.1 业务需求

家庭智能监控系统的开发旨在提升家庭生活的舒适性、便捷性和安全性。通过集成智能设备的远程控制与自动化管理，用户可以随时随地操控家居设备，实现智能化的环境调节和安全监控。系统能够自动响应家庭环境变化，提高能效，降低能源浪费。同时，安防功能保障家庭安全，及时处理报警信息，确保住户的安全与舒适，从而为用户创造更高效、智能和安心的居住体验。

1.核心业务需求

（1）设备远程控制：用户可以通过APP按键远程控制家居设备，如加湿器、空调、热水器、灯光、门锁、窗帘及报警器，实现便捷的家居管理。

（2）继电器控制设备：系统通过继电器控制家电设备，如空调制冷片、热水器加热片等，保证设备的远程操作与自动化调节。

（3）窗帘自动控制：通过步进电机控制窗帘的开关，用户可随时调整窗帘状态，提升居住舒适度与隐私保护。

（4）蓝牙连接控制：系统支持通过蓝牙与手机连接，用户可以直接在手机上控制家居设备，无需依赖互联网，操作简单便捷。

（5）光照自动调节：光敏电阻实时检测环境光照，当开灯时，系统根据光照强度自动调节灯光亮度，实现节能与舒适的光环境。

（6）报警系统监控：通过安防报警器监控家中异常情况，如火灾、煤气泄漏等，系统可实时报警并推送警报信息给用户，保障家庭安全。

2.辅助业务需求

（1）用户界面设计：提供简洁直观的APP界面，用户能够方便地访问和操作各项功能，提升使用体验和操作效率。

（2）设备状态监控：系统实时监控设备的运行状态，用户可以查看各设备的工作情况、历史记录，确保设备正常运行。

（3）定时功能设置：用户可设置设备定时开关，自动控制如空调、灯光等设备的开启与关闭，提升便利性与节能效果。

（4）远程系统升级：提供系统升级功能，用户可通过APP远程更新设备固件和系统，确保系统始终保持最新的功能和安全性。

（5）多用户管理：系统支持多个用户管理功能，用户可以授权家庭成员或其他人控制家居设备，并设定相应的权限。

（6）安全数据保护：系统具备数据加密和隐私保护机制，确保用户的设备控制信息、操作记录和个人数据不被泄露。

3.2 用户需求

3.2.1 用户需求描述

1.回家场景用户需求

用户希望在回家时，通过简单的操作就能让家居环境达到舒适状态。具体需求包括：通过手机APP或语音助手控制家居设备的联动。例如，当用户离家时，通过APP设置“离家模式”，系统会自动关闭灯光、空调等设备，并开启安全模式。回家时，用户只需通过手机或语音命令一键切换为“回家模式”。在这个模式下，空调自动调节到舒适温度，灯光根据环境自动亮起，窗帘自动开启，保证用户一进门就能享受舒适的家居环境。此外，系统还可以根据用户的个性化需求设置不同的情景模式，进一步提升用户体验。

通过这个自动化的场景，用户无需手动操作每一项设备，可以节省时间和精力，确保回到家时，家中环境已经调整到最舒适的状态。这种智能联动不仅提高了生活的便捷性，还提升了居住舒适度。

2.安全保障用户需求

回家时，用户希望系统能够自动关闭家中的安防设备，例如门窗传感器和警报器，并激活家庭内部的监控系统。这不仅可以为用户提供家庭安全保护，还能确保回家时的隐私不受侵犯。比如，当用户回家时，门锁自动解锁，系统通过蓝牙或位置感知自动识别用户身份，并关闭门窗报警。当所有的外部安全防护系统关闭后，内部监控系统自动启用，但不会干扰到用户日常生活。用户还可以通过手机APP查看门窗、室内监控的实时视频画面，确保没有任何异常。

此外，安防报警器可以在用户回家时自动停止响铃，避免给用户带来困扰。在用户进门时，系统还可以自动向家庭成员推送通知，确保所有人都知道回家情况，加强家庭成员之间的协作与沟通。

3.智能调节用户需求

用户在回家时希望家中的温度和湿度能够自动调整到舒适的状态。具体需求是，系统能够根据用户的预设或实时感知环境数据，自动调节空调、加湿器、空气净化器等设备的工作状态。例如，在寒冷的冬天，用户进门时，空调系统会自动启动，加热室内空气；在炎热的夏天，空调则会自动切换到制冷模式，确保用户不需要手动调整温度。通过温湿度传感器，系统还可以实时监测房间的湿度水平，自动开启加湿器或空气净化器，维持空气湿润清新。

这种智能调节功能不仅提高了居住舒适度，还能根据季节或环境变化自动调整设备的运行模式，避免能源浪费。在温暖舒适的家中，用户无需等待空调调整温度，可以立即享受宜人的生活环境。同时，系统还会考虑到室外天气和家中不同区域的温湿度差异，智能调节设备的运行，确保家居环境始终维持在最适宜的状态。

3.2.2 用例建模

在家庭智能监控系统的设计与实现中，关键功能模块的用例需求分析确保了各设备能够高效、可靠地满足用户需求。照明灯模块需支持远程控制与自动化场景切换，如基于环境光或用户需求自动调节亮度。空调制冷模块应根据实时温度或预设条件自动调节温度，以提升舒适度。热水器加热模块需要通过定时与远程控制，确保用户在需要时获取合适的水温。门锁开关模块应具备智能开锁功能，如通过手机或指纹识别，确保安全性与便利性。加湿器模块需根据室内湿度自动调节工作状态，优化空气质量。窗帘开闭模块应支持自动化操作，根据时间或光照强度智能调整，提升居住体验。通过全面测试各个模块，确保系统在实际使用中稳定、智能地响应用户需求。用例如图3.1所示。

图3.1 用例图

照明灯控制用例是家庭智能监控系统中的基础功能之一，旨在提供便捷的家居照明管理。用户可以通过智能手机App、语音助手或物理开关来控制家中照明灯的开关状态、亮度调节或场景切换。例如，用户可以通过语音命令调节灯光的亮度，或在回家时触发预设场景，自动开启照明。系统通过与灯具模块的实时通信，确保响应及时且准确。在基本事件流中，系统接收并执行用户指令，完成灯光的相关调整。而在备选事件流中，系统应处理网络中断或灯泡故障等异常情况，保证用户体验的稳定性和可靠性。用例描述如表3.1所示。

表3.1 照明灯控制用例描述

用例名称	照明灯控制
参与者	用户
用例概述	用户通过智能家居系统控制家中照明灯的开关和亮度。
前置条件	用户已将照明灯连接至智能家居系统，并且系统正常运行。
后置条件	照明灯的开关状态和亮度根据用户指令被成功调整。
基本事件流	参与者动作	系统响应
	1. 用户通过智能手机App、语音助手或物理开关发送控制命令（如开灯、调节亮度）。3. 照明灯根据用户的指令执行操作（如开灯、调节亮度、切换场景）。	2. 系统接收命令并与照明灯模块进行通信。 4. 系统反馈操作成功，用户看到灯光变化。
备选事件流	1. 如果用户的控制命令无法成功传输（如网络中断），系统应提示用户操作失败。2. 如果灯泡出现故障，系统应通过状态监测提示用户检查或更换灯泡。

空调控制用例是家庭智能监控系统中重要的舒适性调节功能，旨在通过智能化手段让用户轻松调整空调状态。用户可以通过智能手机、语音助手或物理开关来调节空调的开关状态、设定温度、选择模式（如制冷、制热、除湿等）以及风速等参数。例如，用户可以设定空调在到家时自动开启，调节至舒适的温度。系统通过与空调模块的通信，确保指令的准确执行。基本事件流展示了用户发出控制指令后，系统如何与空调设备协作完成调节。在备选事件流中，系统还应考虑到网络问题、设备故障等异常情况，及时给出反馈，保证系统稳定运行并提高用户体验。用例描述如表3.2所示。

表3.2 空调控制用例描述

用例名称	空调控制
参与者	用户
用例概述	用户通过智能家居系统控制空调的开关、温度和模式设置。
前置条件	用户已将空调连接至智能家居系统，并且系统正常运行。
后置条件	空调的开关状态、温度和工作模式根据用户指令成功调整。
基本事件流	参与者动作	系统响应
	1. 用户通过智能手机App、语音助手或物理控制器发送控制命令（如开空调、调节温度、切换模式）。3. 空调根据用户的指令调整温度、风速、工作模式（如制冷、制热、除湿等）。	2. 系统接收命令并与空调进行通信。 4. 系统反馈操作成功，用户看到空调状态发生变化。
备选事件流	1. 如果用户的控制命令未能成功传输（如网络中断），系统应提示操作失败。2. 如果空调出现故障（如传感器异常），系统应通过状态监测提示用户检查空调。3. 如果空调超出设定温度范围，系统应提供警告信息并建议用户调整。

热水器控制用例是智能家居系统中的一项关键功能，旨在通过智能化手段实现家用热水器的远程操作。用户可以通过智能手机App、语音助手或物理开关来控制热水器的开关、调节水温和设置加热模式。例如，用户可以在回家之前提前开启热水器，设定所需的水温，确保洗澡时水温舒适。系统通过与热水器的通信，确保指令的准确执行和实时反馈。在基本事件流中，用户发送指令后，系统与热水器协作完成操作，而在备选事件流中，系统考虑到可能的网络中断、设备故障等异常情况，并提供及时反馈，确保用户体验的顺畅和稳定。用例描述如表3.3所示。

表3.3 热水器控制用例描述

用例名称	热水器控制
参与者	用户
用例概述	用户通过智能家居系统控制热水器的开关、温度和加热模式。
前置条件	用户已将热水器连接至智能家居系统，并且系统正常运行。
后置条件	热水器的开关状态和温度根据用户指令被成功调整。
基本事件流	参与者动作	系统响应
	1. 用户通过智能手机App、语音助手或物理控制器发送控制命令（如开热水器、调节水温）。3. 热水器根据用户的指令启动或关闭，调整水温或工作模式（如加热模式、保温模式）。	2. 系统接收命令并与热水器进行通信。 4. 系统反馈操作成功，用户确认热水器状态变化。
备选事件流	1. 如果用户的控制命令未能成功传输（如网络中断），系统应提示操作失败。2. 如果热水器出现故障（如加热器故障、传感器异常），系统应通过状态监测提示用户检查或维修热水器。3. 如果水温超过设定范围，系统应提供警告信息并建议用户调整。

门锁控制用例是智能家居系统中的一项重要功能，旨在通过智能化手段实现门锁的远程控制。用户可以通过智能手机App、语音助手或物理控制器远程开锁或上锁，方便快捷。比如，当用户回到家时，可以通过语音助手或App提前解锁门锁；如果有访客来访，用户也可以通过远程开锁功能让其进入。系统与智能门锁进行通信，确保指令准确执行，操作完成后，系统会反馈操作状态。备选事件流中，考虑到可能出现的网络中断、电池电量不足或设备故障等情况，系统提供及时的反馈和解决方案，保障用户的门锁操作顺畅、安全。用例描述如表3.4所示。

表3.4 门锁控制用例描述

用例名称	门锁控制
参与者	用户
用例概述	用户通过智能家居系统控制门锁的开锁与上锁。
前置条件	用户已将智能门锁与智能家居系统进行配对，并且系统正常运行。
后置条件	门锁的状态（开锁或上锁）根据用户指令成功调整。
基本事件流	参与者动作	系统响应
	1. 用户通过智能手机App、语音助手或物理控制器发送门锁控制命令（如开锁或上锁）。3. 智能门锁根据指令执行相应操作（开锁或上锁）。	2. 系统接收命令并与智能门锁进行通信。 4. 系统反馈操作成功，门锁状态改变，用户确认门锁已按要求操作。
备选事件流	1. 如果用户的控制命令未能成功传输（如网络中断），系统应提示操作失败。2. 如果门锁出现故障（如电池电量低、机械故障），系统应通过状态监测提示用户检查门锁并提供维护建议。3. 如果门锁无法开锁（如指纹识别错误），系统应提示用户重新输入密码或使用其他开锁方式（如备用钥匙）。

加湿器控制用例是智能家居中的一项功能，旨在通过智能化手段对室内空气湿度进行调节。用户可以通过智能手机App、语音助手或物理开关控制加湿器的开启、关闭，并设置期望的湿度值。当空气干燥时，用户可以通过远程操作开启加湿器，调整湿度，以提高室内舒适度。系统通过与加湿器的通信，确保用户指令准确传达并执行。在基本事件流中，用户发出指令后，系统与加湿器配合完成任务，确保湿度调节有效。如果遇到网络中断或设备故障等异常情况，系统会及时提醒用户并提供解决方案，确保加湿器正常工作，提高用户体验的连续性和稳定性。用例描述如表3.5所示。

表3.5 加湿器控制用例描述

用例名称	加湿器控制
参与者	用户
用例概述	用户通过智能家居系统控制加湿器的开启、关闭以及湿度调节。
前置条件	用户已将加湿器连接至智能家居系统，并且系统正常运行。
后置条件	加湿器的工作状态（开启或关闭）和湿度设置被成功调整。
基本事件流	参与者动作	系统响应
	1. 用户通过智能手机App、语音助手或物理控制器发送控制命令（如开启加湿器、调节湿度）。3. 加湿器根据用户指令启动或关闭，并调整输出湿度。	2. 系统接收用户命令，并与加湿器进行通信。 4. 系统反馈操作成功，用户确认加湿器状态变化。
备选事件流	1. 如果用户的控制命令未能成功传输（如网络中断），系统应提示操作失败。2. 如果加湿器出现故障（如水箱空或电源故障），系统通过状态监测提示用户检查加湿器并提供维修建议。3. 如果设定的湿度过高或过低，系统应提供警告信息并建议调整湿度值。

窗帘控制用例是智能家居系统中的一项重要功能，允许用户通过智能设备远程控制窗帘的开合和光线调节。用户可以通过智能手机App、语音助手或物理遥控器来实现窗帘的操作，调整室内光照的强度。例如，用户在早晨通过App打开窗帘以迎接阳光，或者在晚上关闭窗帘来保护隐私。系统与窗帘控制器进行通信，确保指令准确传达并执行。如果窗帘控制失败或设备出现故障，系统能够及时反馈问题，帮助用户采取必要的解决措施。通过智能窗帘控制，用户可以更方便地管理家中光线，提高居住的舒适性与便捷性。用例描述如表3.6所示。

表3.6 窗帘控制用例描述

用例名称	窗帘控制
参与者	用户
用例概述	用户通过智能家居系统控制窗帘的开合，调节室内光线。
前置条件	用户已将窗帘控制器连接至智能家居系统，并且系统正常运行。
后置条件	窗帘的开合状态已根据用户指令调整。
基本事件流	参与者动作	系统响应
	1. 用户通过智能手机App、语音助手或物理控制器发送窗帘控制命令（如打开、关闭或调节）。3. 窗帘控制器根据指令执行窗帘的开合或调节光线的操作。。	2. 系统接收用户的窗帘控制指令，并与窗帘控制器进行通信。 4. 系统反馈操作成功，窗帘状态变更，用户确认窗帘已按要求操作
备选事件流	1. 如果用户的控制命令未能成功传输（如网络中断），系统应提示操作失败。2. 如果窗帘控制器出现故障（如电机损坏或卡顿），系统应通过状态监测提示用户检查设备并提供维修建议。3. 如果窗帘未按预期工作（如卡住），系统应提供用户手动干预选项或自动修复功能。

3.3 模块需求描述

根据3.2小节对系统的用例建模,对主要用例的描述以及对关键用例的活动图分析,可以把系统APP分为照明灯、空调制冷、热水器加热、门锁开关、加湿器加湿、窗帘开闭六大模块详细的功能模块划分将在设计阶段介绍,这里仅仅描述这些模块的基础功能项如表3.7所示。

表3.7 窗帘控制用例描述

功能项	功能描述
照明灯模块	用户可通过智能家居系统远程控制灯光的开关、亮度和色温，提升室内光照舒适度。可设定定时开关或自动响应环境变化，提供便捷的照明管理。
空调制冷模块	通过智能家居系统调节空调温度和运行模式，实现精准制冷。用户可设定目标温度，空调根据环境条件自动调节，确保室内温度舒适。
热水器加热模块	智能控制热水器的加热时间和温度，确保用户在需要时提供温暖的水源。通过定时开关和温控调节，节能并提高热水使用的舒适性。
门锁开关模块	通过智能家居系统远程控制门锁的开关状态，支持指纹、密码、卡片或手机APP解锁。确保家庭安全并支持临时授权功能，提高便捷性与安全性。
加湿器加湿模块	智能调节加湿器的工作状态与湿度输出，保持室内空气湿润，防止干燥。用户可通过系统设置目标湿度值，自动控制湿度，提供健康舒适的室内环境。
窗帘开闭模块	通过智能系统远程控制窗帘的开合，调节室内光线与隐私保护。支持定时功能和环境感应功能，提升居住舒适度并节能。

附  录

附录1：原理图

附录2：PCB板

附录3：源代码

/**********************************

包含头文件

**********************************/

#include "main.h"

#include "key.h"

#include "motor_bujin.h"

#include "uart.h"

#include "timer.h"

/**********************************

变量定义

**********************************/

uchar key_num = 0;                                                                 //按键键值

extern uchar uart_num;                                                     //串口发送指令

uchar flag_motor = 0;                                                              //电机状态

/**********************************

函数声明

**********************************/

void Delay_function(uint x);                              //延时函数

void Key_function(void);                                                 //按键函数

void Manage_function(void);                                    //处理函数

/****

*******      主函数

*****/

void main()

{

      Uart_Init();                                                                               //串口初始化函数

      Delay_function(50);                                                          //延时50ms

      Timer0_Init();                                                                           //定时器0初使化函数

      Delay_function(50);                                                          //延时50ms

     

      while(1)

      {

             Key_function();                                                                 //按键函数

             Manage_function();                                                    //处理函数

      }

}

/****

*******      延时 x ms函数

*****/

void Delay_function(uint x)

{

      uint m,n;

      for(m=x;m>0;m--)

      for(n=110;n>0;n--);

}

/****

*******按键函数

*****/

void Key_function(void)

{

      key_num = Chiclet_Keyboard_Scan(0);              //按键扫描

      if(key_num != 0)                                                                      //有按键按下

      {

             switch(key_num)

             {

                    case(1):                                                                                     //控制加湿器继电器

                           RELAY_JS = ~RELAY_JS;

                    break;

                    case(2):                                                                                     //控制空调继电器

                           RELAY_KT = ~RELAY_KT;

                    break;

                   

                    case(3):                                                                                     //控制热水器继电器

                           RELAY_JR = ~RELAY_JR;

                    break;

                   

                    case(4):                                                                                     //控制客厅灯

                           LED1 = ~LED1;

                    break;

                   

                    case(5):                                                                                     //控制卧室灯

                           LED2 = ~LED2;

                    break;

                   

                    case(6):                                                                                     //控制卫生间灯

                           LED3 = ~LED3;

                    break;

                   

                    case(7):                                                                                     //控制门继电器

                           RELAY_KM = ~RELAY_KM;

                    break;

                   

                    case(8):                                                                                     //控制窗帘

                           uart_num++;

                           if(uart_num > 1)

                                  uart_num = 0;

                    break;

                          

                    case(9):                                                                                     //控制报警蜂鸣器

                           BEEP = ~BEEP;

                    break;

             }

      }

}

/****

*******处理函数

*****/

void Manage_function(void)

{

      if(uart_num == 0 && flag_motor == 1)                     //电机反转，模拟关窗帘

      {

             Motor_Reversal();

             flag_motor = 0;

      }

      if(uart_num == 1 && flag_motor == 0)                     //电机正转，模拟开窗帘

      {

             Motor_Foreward();

             flag_motor = 1;

      }

}