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AI 智能家居管理系统项目说明及安装说明

本文档可作为 项目说明、安装配置说明、使用说明”。按照本文档完成环境准备、配置文件、数据库初始化和启动步骤后，可以运行前端、后端和硬件端。

1. 项目简介

AI 智能家居管理系统是一个前端、后端、硬件联动的智能家居毕业设计项目。系统支持用户登录注册、家庭管理、设备注册、设备控制、AI 助手自然语言控制、温湿度采集、天气查询、空调温度推荐、人体存在检测和离家自动化等功能。

项目由三部分组成：

模块 路径 说明
后端服务 /smart-home-agent Spring Boot 后端，提供 REST API、AI 助手、MQTT 通信、MySQL/Redis 数据管理
前端网页 /aihome-web Vue 3 + Vite 前端，提供登录、首页控制台、AI 助手、图表、个人中心
硬件固件 /AI-HOME/aihome_hardware PlatformIO + Arduino ESP32 固件，包含执行节点和人体感知节点

2. 系统功能

2.1 用户与家庭管理

  • 用户注册、登录、修改密码。
  • 创建家庭、加入家庭、离开家庭。
  • 支持一个用户管理多个家庭。
  • 家庭信息包含城市、省份、行政区编码、备注等。

2.2 设备管理

  • 注册设备：灯、门、空调、红外传感器、PIR、毫米波等。
  • 设备绑定 mqttTopic，后端根据 Topic 精准下发或解析硬件消息。
  • 支持查询家庭下设备列表、设备数量和删除设备。

2.3 智能控制

  • 前端按钮控制设备。
  • AI 助手支持自然语言控制，例如“打开客厅灯”“把空调调到 26 度”“今天天气怎么样”。
  • 后端通过 Spring AI 将空调、灯、门、天气等能力注册为工具函数。

2.4 天气与位置能力

  • 使用高德地图 API 获取用户 IP 所在城市、行政区编码。
  • 使用和风天气 API 获取实时天气和室外温度。
  • 空调控制时结合室外温度、室内 DHT11 温度和用户历史习惯，生成推荐温度。

2.5 硬件与传感器

  • 板 A：执行节点，包含 LED、DHT11、SG90 舵机、按键。
  • 板 B：人体感知节点，包含双路红外对射、PIR、LD2410 毫米波 OUT。
  • 硬件通过 MQTT 与后端通信。

3. 技术栈

3.1 后端

  • Java 21
  • Spring Boot 3.3.4
  • Spring AI 1.0.0-M1
  • MyBatis-Plus 3.5.7
  • MySQL 8.x
  • Redis 6.x/7.x
  • Eclipse Paho MQTT Client
  • EMQX 公共 MQTT Broker：broker.emqx.io:1883

3.2 前端

  • Node.js 18+，建议 20+
  • Vue 3
  • Vite
  • Vue Router
  • Axios
  • ECharts
  • Tailwind CSS

3.3 硬件

  • ESP32 DevKit
  • PlatformIO
  • Arduino Framework
  • PubSubClient
  • ArduinoJson
  • DHT sensor library
  • ESP32Servo
  • Bounce2

4. 运行环境说明

建议运行环境如下：

环境 推荐版本 说明
JDK 21 后端项目 pom.xml 中配置为 Java 21
Maven 3.9+ 可使用项目自带 ./mvnw
MySQL 8.0+ 存储用户、家庭、设备、聊天记录、习惯数据
Redis 6.0+ 存储 AI 短期对话窗口、人体存在状态、红外待定状态
Node.js 18+ 前端运行环境，建议 Node 20
npm 9+ 安装前端依赖
PlatformIO 最新稳定版 烧录 ESP32 固件
MQTT 工具 MQTTX 可选 没有硬件时可模拟 MQTT 消息
API Key 高德、和风天气、OpenAI 兼容模型 AI 和外部 API 功能需要

5. 后端安装使用说明

5.1 进入后端目录

cd /smart-home-agent

5.2 准备 MySQL 数据库

创建数据库：

CREATE DATABASE aihome DEFAULT CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;

建议初始化以下表。字段根据项目实体和 Mapper 整理：

USE aihome;

CREATE TABLE `user` (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  user_name VARCHAR(64) NOT NULL UNIQUE,
  password VARCHAR(128) NOT NULL
);

CREATE TABLE family (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  family_name VARCHAR(100) NOT NULL,
  family_code VARCHAR(16) NOT NULL UNIQUE,
  province VARCHAR(64),
  city VARCHAR(64),
  adcode VARCHAR(32),
  create_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

CREATE TABLE family_member (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  family_id INT NOT NULL,
  user_id INT NOT NULL,
  remark VARCHAR(100),
  UNIQUE KEY uk_family_user (family_id, user_id)
);

CREATE TABLE device (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  device_name VARCHAR(100) NOT NULL,
  family_id INT NOT NULL,
  device_type VARCHAR(64) NOT NULL,
  mqtt_topic VARCHAR(128) NOT NULL
);

CREATE TABLE chat_log (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  user_id INT NOT NULL,
  role VARCHAR(32) NOT NULL,
  content TEXT NOT NULL,
  create_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

CREATE TABLE habit_data_log (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  family_id INT NOT NULL,
  user_id INT NOT NULL,
  outdoor_temp DOUBLE,
  indoor_temp DOUBLE,
  target_temp DOUBLE,
  create_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

6.3 准备演示账号

本项目当前没有区分管理员、普通用户等角色，登录用户即系统使用者。可通过注册接口创建账号，也可以直接插入一个演示账号。

推荐演示账号：

用户类型 用户名 密码 说明
普通演示用户 demo 123456 用于登录前端、创建家庭、注册设备、测试 AI 助手

初始化 SQL：

INSERT INTO `user` (user_name, password)
VALUES ('demo', '123456')
ON DUPLICATE KEY UPDATE password = VALUES(password);

INSERT INTO family (family_name, family_code, province, city, adcode)
VALUES ('演示家庭', 'ABC123', '上海市', '上海市', '310000')
ON DUPLICATE KEY UPDATE family_name = VALUES(family_name);

INSERT INTO family_member (family_id, user_id, remark)
SELECT f.id, u.id, '我的家'
FROM family f, `user` u
WHERE f.family_code = 'ABC123' AND u.user_name = 'demo'
ON DUPLICATE KEY UPDATE remark = VALUES(remark);

设备可在前端“个人中心/设备管理”中注册，也可以预置：

INSERT INTO device (device_name, family_id, device_type, mqtt_topic)
SELECT '客厅灯', f.id, 'LED', 'led-sub'
FROM family f WHERE f.family_code = 'ABC123';

INSERT INTO device (device_name, family_id, device_type, mqtt_topic)
SELECT '客厅门', f.id, 'door', 'door-sub'
FROM family f WHERE f.family_code = 'ABC123';

INSERT INTO device (device_name, family_id, device_type, mqtt_topic)
SELECT '客厅空调', f.id, 'airConditioner', 'airconditioner-sub'
FROM family f WHERE f.family_code = 'ABC123';

INSERT INTO device (device_name, family_id, device_type, mqtt_topic)
SELECT '门内红外', f.id, 'ir-in', 'cms-ir-in'
FROM family f WHERE f.family_code = 'ABC123';

INSERT INTO device (device_name, family_id, device_type, mqtt_topic)
SELECT '门外红外', f.id, 'ir-out', 'cms-ir-out'
FROM family f WHERE f.family_code = 'ABC123';

INSERT INTO device (device_name, family_id, device_type, mqtt_topic)
SELECT '卧室PIR', f.id, 'pir', 'cms-pir-bedroom'
FROM family f WHERE f.family_code = 'ABC123';

6.4 启动 Redis

macOS 可使用 Homebrew：

brew services start redis

或直接运行：

redis-server

默认配置使用：

spring:
  data:
    redis:
      host: localhost
      port: 6379

6.5 配置后端 application.yaml

后端配置文件路径：

src/main/resources/application.yaml

请至少补齐 MySQL、AI、高德、和风天气配置。示例：

server:
  port: 8080

spring:
  application:
    name: smart-home-agent

  datasource:
    url: jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/aihome?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&serverTimezone=Asia/Shanghai
    username: root
    password: 你的MySQL密码
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver

  data:
    redis:
      host: localhost
      port: 6379
      password:

  ai:
    openai:
      api-key: 你的OpenAI或兼容模型API_KEY
      chat:
        options:
          model: gpt-4o-mini

map:
  gaodemap:
    key: 你的高德地图Web服务Key

weather:
  qweather:
    key: 你的和风天气Key

presence:
  ir-max-gap-ms: 10000
  ir-pending-ttl-seconds: 15
  pir-quiet-timeout: 8m
  mm-wave-enabled: false
  away-turn-off-door: false
  away-skip-ac: false
  scan-away-fixed-delay-ms: 30000

说明：

  • 高德 Key 用于 LocationService，调用 IP 定位和行政区查询。
  • 和风天气 Key 用于 WeatherService，先查询城市 locationId，再查询实时天气。
  • AI Key 用于 ChatController 的 Spring AI 对话和工具调用。
  • 如果使用 OpenAI 兼容服务，需要根据服务商文档额外配置 base-url。

6.6 启动后端

./mvnw spring-boot:run

或：

mvn spring-boot:run

启动成功后，后端默认地址：

http://127.0.0.1:8080

可用接口快速验证：

curl -X POST http://127.0.0.1:8080/aihome/user/login \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"userName":"demo","password":"123456"}'

预期返回：

{
  "code": 200,
  "message": "suc",
  "data": {
    "id": 1,
    "userName": "demo",
    "password": "123456"
  }
}

6. 前端安装使用说明

6.1 进入前端目录

cd /aihome-web

6.2 安装依赖

npm install

6.3 启动前端

npm run dev

默认访问地址一般为：

http://127.0.0.1:5173

如果端口被占用，Vite 会自动切换到 5174、5175 等端口。

6.4 前端连接后端说明

开发环境下，前端 src/api/request.js 的 baseURL 为空，请求会走 Vite 代理。

代理配置在 vite.config.js：

const API_TARGET = process.env.VITE_PROXY_TARGET || 'http://127.0.0.1:8080'

server: {
  proxy: {
    '/aihome': { target: API_TARGET, changeOrigin: true },
    '/api': { target: API_TARGET, changeOrigin: true },
    '/ai': { target: API_TARGET, changeOrigin: true },
  },
}

如果后端不在本机 8080，可这样启动前端：

VITE_PROXY_TARGET=http://后端IP:8080 npm run dev

生产构建：

npm run build

7. 硬件安装使用说明

硬件目录：

cd AI-HOME/aihome_hardware

7.1 硬件分工

工程 说明
board_a_actuator 板 A，执行节点：LED、DHT11、SG90 舵机、按键 A/B
board_b_presence 板 B，感知节点：双路红外对射、PIR、LD2410
demo1 单板演示工程

8.2 板 A 接线

功能 GPIO 说明
LED 18 高电平点亮
DHT11 DATA 4 采集室内温湿度
SG90 舵机 23 0° 关门，90° 开门
按键 A 32 切换 LED
按键 B 33 切换门

注意：舵机建议使用独立 5V 电源，并与 ESP32 共地。

8.3 板 B 接线

功能 GPIO 说明
红外对射 1 25 门内或门外，取决于数据库设备类型
红外对射 2 26 与红外 1 组成进出方向判断
PIR 27 人体移动检测
LD2410 OUT 14 毫米波人体存在检测

8.4 修改硬件配置

烧录前必须修改两个工程 src/main.cpp 顶部的 Wi-Fi 和 MQTT 配置：

static const char *WIFI_SSID = "你的WiFi名称";
static const char *WIFI_PASSWORD = "你的WiFi密码";

static const char *MQTT_SERVER = "broker.emqx.io";
static const uint16_t MQTT_PORT = 1883;

同时确认硬件中的 MQTT Topic 与数据库 device.mqtt_topic 一致。

例如：

设备 固件 Topic 数据库 mqtt_topic
客厅灯 led-sub 或 cms-sub led-sub
门锁/舵机 door-sub door-sub
门内红外 cms-ir-in cms-ir-in
门外红外 cms-ir-out cms-ir-out
PIR cms-pir-bedroom cms-pir-bedroom
毫米波 cms-mmwave-living cms-mmwave-living

8.5 烧录板 A

cd /AI-HOME/aihome_hardware/board_a_actuator
pio run -t upload
pio device monitor -b 115200

8.6 烧录板 B

cd /AI-HOME/aihome_hardware/board_b_presence
pio run -t upload
pio device monitor -b 115200

8.7 没有硬件时的 MQTT 模拟

可使用 MQTTX 连接：

Broker: broker.emqx.io
Port: 1883

模拟温湿度：

Topic: cms-pub
Payload:
{"temperature":26.5,"humidity":58.2}

模拟设备状态：

Topic: cms-device-status
Payload:
{"ledStatus":true,"buzzerStatus":false,"monitorStatus":true}

模拟 PIR：

Topic: cms-pir-bedroom
Payload:
{"motion":true}

模拟红外进门：

先发布 Topic: cms-ir-out Payload: {"triggered":true}
再发布 Topic: cms-ir-in  Payload: {"triggered":true}

模拟红外出门：

先发布 Topic: cms-ir-in  Payload: {"triggered":true}
再发布 Topic: cms-ir-out Payload: {"triggered":true}

8. 系统启动顺序

建议按以下顺序启动：

  1. 启动 MySQL。
  2. 启动 Redis。
  3. 检查后端 application.yaml 中数据库、Redis、AI、高德、和风天气 Key。
  4. 启动后端：
cd /mart-home-agent
./mvnw spring-boot:run
  1. 启动前端：
cd /aihome-web
npm run dev
  1. 烧录并启动 ESP32 硬件，或使用 MQTTX 模拟硬件消息。
  2. 浏览器访问前端地址，使用演示账号登录：
用户名：demo
密码：123456

10. 基本使用流程

10.1 登录系统

打开前端页面，使用：

用户名：demo
密码：123456

登录后进入首页。

10.2 创建或选择家庭

如果已经执行初始化 SQL，会看到“演示家庭”。也可以在个人中心创建新家庭，填写城市、省份、备注等信息。

10.3 注册设备

在设备管理区域注册设备，确保设备名、设备类型、MQTT Topic 与硬件一致。

推荐演示设备：

设备名 类型 MQTT Topic
客厅灯 LED led-sub
客厅门 door door-sub
客厅空调 airConditioner airconditioner-sub
门内红外 ir-in cms-ir-in
门外红外 ir-out cms-ir-out
卧室PIR pir cms-pir-bedroom

10.4 控制设备

可通过首页按钮控制设备，也可通过 Postman 调用：

curl -X POST http://127.0.0.1:8080/api/v1/home/control \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"familyId":1,"devicename":"客厅灯","deviceType":"LED","action":"ON"}'

10.5 使用 AI 助手

前端进入 AI 助手页面，输入：

打开客厅灯

或：

把客厅空调调到26度

或：

今天上海天气怎么样

AI 会根据当前用户、家庭、城市、真实设备列表和历史对话生成回复，并在需要时调用工具函数控制设备。

11. 常用接口说明

功能 方法 地址
登录 POST /aihome/user/login
注册 POST /aihome/user/signup
获取家庭列表 GET /aihome/user/families?userId=1
创建家庭 POST /aihome/user/family/create
加入家庭 POST /aihome/user/family/join
注册设备 POST /aihome/device/register
查询设备列表 GET /aihome/device/list?familyId=1
获取首页状态 GET /api/v1/home/status
控制设备 POST /api/v1/home/control
控制空调 POST /aihome/air-conditioning/control
AI 聊天 POST /ai/chat
AI 流式聊天 GET /ai/chat/stream
查询在宅人数 GET /aihome/presence/estimated-count?familyId=1
查询传感器触发 GET /aihome/presence/sensor-triggers?familyId=1
查询历史数据 GET /aihome/predict/history?familyId=1

12. 外部 API 配置说明

12.1 高德地图 API

后端使用 LocationService：

  • https://restapi.amap.com/v3/ip
  • https://restapi.amap.com/v3/config/district

作用：

  • 根据真实 IP 获取用户所在城市。
  • 根据城市名获取省份、城市、行政区编码。
  • 为 AI 对话和家庭位置展示提供地理上下文。

配置：

map:
  gaodemap:
    key: 你的高德地图Key

12.2 和风天气 API

后端使用 WeatherService：

  • /geo/v2/city/lookup
  • /v7/weather/now

作用：

  • 先根据城市名查询 locationId。
  • 再查询实时天气 JSON。
  • 空调控制时解析 now.temp 作为室外温度。

配置：

weather:
  qweather:
    key: 你的和风天气Key

13. 常见问题

13.1 前端提示网络错误

检查后端是否启动：

curl http://127.0.0.1:8080/api/v1/home/status

如果后端端口不是 8080，需要设置：

VITE_PROXY_TARGET=http://127.0.0.1:你的端口 npm run dev

13.2 后端启动失败，提示数据库连接错误

检查：

  • MySQL 是否启动。
  • 数据库 aihome 是否已创建。
  • application.yaml 中用户名和密码是否正确。
  • 表是否已初始化。

13.3 AI 聊天不可用

检查：

  • spring.ai.openai.api-key 是否配置。
  • 网络是否能访问模型服务。
  • 如果使用兼容模型服务，是否配置正确的 base-url 和模型名。

13.4 天气查询失败

检查：

  • 和风天气 Key 是否正确。
  • 和风天气 API 域名是否与账号类型匹配。
  • 城市名是否能被 /geo/v2/city/lookup 查询到。

13.5 硬件没有响应

检查：

  • ESP32 是否连接 Wi-Fi。
  • ESP32 串口是否显示 MQTT connected。
  • 数据库中的 device.mqtt_topic 是否和固件中的 Topic 完全一致。
  • 后端日志是否显示 MQTT 已连接。
  • 公共 Broker broker.emqx.io 是否可连接。

14. 毕设演示建议

推荐演示顺序：

  1. 登录前端，展示首页。
  2. 展示家庭和设备列表。
  3. 在 Postman 调用登录、注册设备、控制设备接口。
  4. 在 AI 助手输入“打开客厅灯”，展示 AI 回复和硬件响应。
  5. 展示 DHT11 温湿度上报到首页。
  6. 用红外/PIR 模拟人体存在，展示在宅人数或传感器触发状态。
  7. 展示高德 API 和和风天气 API 在空调推荐中的作用。
  8. 展示历史图表和个人中心。

15. 项目亮点

  • 实现了前端、后端、硬件、AI、MQTT 的完整闭环。
  • AI 助手不是简单聊天，而是可以调用后端工具函数控制真实设备。
  • 设备使用 MQTT Topic 绑定，支持多家庭、多设备扩展。
  • 引入高德定位和和风天气，让 AI 控制具备环境上下文。
  • 使用 Redis 实现红外进出状态机、在宅人数估计和离家自动化。
  • 支持无硬件情况下用 MQTTX 模拟传感器上报，便于答辩演示和调试。

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