【非常小白的后端学习笔记二】设计一个简单的智能家居管理系统（已更新效果图）

经过上一篇文章中对后端发展技术的总结，我认为我可以根据这个发展过程逐步增加自己项目中的技术点。因此，我需要设计一个具体的项目，不断往这个项目中增加内容。
以下内容是我在gpt老师的帮助下共同完成的，内容很多，且目前还没设计完成，我将把笔记分成多个博客上传，下面上传的是到今天为止已经完成的部分。
另外，我把实验过程上传到CSDN，一方面是为了督促自己学习，另一方面是为了方便查看笔记，所以会有自己的侧重点，也可能会有出错的地方，这是不够完美的笔记，请不要介意。以及，如发现错误，欢迎批评指正，感恩~

智能家居管理系统1.0

• 简介
• • 引言
  • 用户可以做什么
  • 相关技术
• 一、概念结构设计
• • 1.1 E-R图
  • • 1.1.1 实体与属性
    • 1.1.2 完整的E-R图
  • 1.2 数据字典：
• 二、逻辑结构设计
• • 2.1 关系模式：
• 三、系统功能模块图
• • 3.1 功能设计
  • 3.2 效果图（部分）
• 四、详细设计
• 五、系统实现与设计

简介

我设计了一个智能家居管理系统，这一版本的功能比较简单，版本号命名为1.0。

引言

在现代社会，科技的飞速发展正在深刻地改变着我们的生活方式。智能家居管理系统正是在这一大背景下应运而生的创新产品。它不仅代表着居家生活的未来趋势，而且彰显了科技带来的便利和舒适。本系统的核心理念是通过高度集成的智能化解决方案，将家庭成员的日常生活与科技无缝对接，从而提升生活品质，增强家居安全，实现能源效率的最大化。

用户可以做什么

在目前的初步设计下，用户可以通过本系统实现以下功能：

1. 家庭管理： 用户可以添加并管理自己的家，无论是一个还是多个，每个家都有一个独立的识别ID和详细信息。

2. 访客管理： 系统提供了访客记录功能，使得用户可以查看所有访问者的信息，包括到访时间，确保家庭安全。

3. 健康与环境监测： 实时监控空气质量、温度和湿度，为家庭成员提供健康舒适的居住环境。

4. 能源监控： 对家中的用电、用水、燃气和网络使用情况进行监测，帮助用户合理规划能源使用，降低开支。

5. 智能家居控制： 无论用户身在何处，都可以通过系统远程控制家中的智能设备，包括灯光、暖气等。

6. 售后服务： 用户可以方便地查询家电的购买和保修信息，系统还将与商家连接，为用户提供便捷的售后服务。

相关技术

本系统将采用Java语言搭配Spring Boot框架进行后端开发，利用MySQL数据库管理数据。前端将应用现代网页技术，包括但不限于HTML, CSS, JavaScript等，来构建一个直观、响应式的用户界面。

在开发过程中，由于对前端部分不够了解，我将利用gpt共同完成。另外，在这个过程中，我预期实现的目标包括：

1. 深入理解并应用Spring Boot框架处理请求，实现业务逻辑和响应数据，掌握其依赖注入、安全性、数据管理等核心功能。
2. 采用MyBatis操作MySQL数据库，通过编写SQL语句和Mapper接口，采用了动态SQL和XML映射文件等技术，实现基本的增删查改等功能。
3. 除了数据库的基本操作以外，还将涉及更复杂的操作，包括分页查询、预编译SQL、查询优化、事务管理、触发器等。
4. 了解前端开发技能，包括构建动态网页和用户界面（非我的学习重点）。
5. 使用Maven对项目进行依赖管理和构建。
6. 学习使用版本控制工具如Git来进行代码管理。

下面开始我的的项目设计。由于项目目前还没有设计完成，且内容比较多，后续我将继续更新，写成多篇笔记。

一、概念结构设计

1.1 E-R图

1.1.1 实体与属性

1. 用户（user）：
   用户ID（user_id）、用户名（username）、密码（password）、电话号码（phone_num）。
2. 家（home）：
   家ID（home_id）、地址（address）、家的名称（name）。
3. 访客管理系统（visitor_management）：
   记录ID（record_id）、家ID（home_id，外键）、访客ID（visitor_id）、访问时间（visit_time）。
4. 健康和环境监测系统（health_environment_monitoring）：
   记录ID（record _id）、家ID（home_id，外键）、监测时间（monitoring_time）、空气质量（air_quality）、温度（temperature）、湿度（humidity）。
5. 能源监控系统（energy_monitoring）：
   记录ID（record_id）、家ID（home_id，外键）、监测时间（monitoring_time）、用电量（electricity_usage）、用水量（water_usage）、燃气使用量（gas_usage）、网络使用情况（internet_usage）。
6. 家电（appliance）：
   设备ID（device_id）、家ID（home_id，外键）、家电类型ID（type_id，外键）、当前模式（current_mode, 外键）、产品名称（product_name）、购买时间（purchase_date）、保修期（warranty_period）、商家ID（vendor_id，外键）。
7. 家电类型（device_type）：
   类型ID（type_id）、家电类型名称（type_name）。
8. 智能模式（mode）：
   模式ID（mode_id）、模式所属类型ID（type_id，外键）、模式名称（mode_name）、模式描述（mode_description）。
9. 商家（vendor）：
   商家ID（vendor_id）、商家名称（vendor_name）、电话号码（phone_num）。

1.1.2 完整的E-R图

联系说明：

1. 用户与家：多对多关系（需多建立一张对应表）。
2. 家与访客管理系统：一对多关系。
3. 家与健康和环境监测系统：一对多关系。
4. 家与能源监控系统：一对多关系。
5. 家与家电：一对多关系。
6. 家电与商家：一对多关系。
7. 家电类型与家电：一对多关系。
8. 家电类型与智能模式：一对多关系。
9. 家电与智能模式：多对多关系（需多建立一张对应表）。

1.2 数据字典：

1.	用户（user）
•	user_id：整型（INT），主键。
•	username：字符串（VARCHAR），用户的名字。
•	password：字符串（VARCHAR），加密的密码。
•	phone_num：字符串（VARCHAR），联系方式。
2.	家（home）
•	home_id：整型（INT），主键。
•	address：字符串（VARCHAR），地址。
•	name：字符串（VARCHAR），家的名称。
3.	用户-家的对应表（user_home）
•	user_id：整型（INT），外键，指向用户表。
•	home_id：整型（INT），外键，指向家表。
4.	访客管理系统（visitor_management）
•	record_id：整型（INT），主键。
•	home_id：整型（INT），外键，指向家表。
•	visitor_id：整型（INT），访客的标识。
•	visit_time：日期时间（DATETIME），访问时间。
5.	环境监测系统（health_environment_monitoring）
•	record_id：整型（INT），主键。
•	home_id：整型（INT），外键，指向家表。
•	monitoring_time：日期时间（DATETIME），监测时间。
•	air_quality：字符串（VARCHAR），空气质量。
•	temperature：浮点型（FLOAT），温度。
•	humidity：浮点型（FLOAT），湿度。
6.	能源监控系统（energy_monitoring）
•	record_id：整型（INT），主键。
•	home_id：整型（INT），外键，指向家表。
•	monitoring_time：日期时间（DATETIME），监测时间。
•	electricity_usage：浮点型（FLOAT），用电量。
•	water_usage：浮点型（FLOAT），用水量。
•	gas_usage：浮点型（FLOAT），燃气使用量。
•	internet_usage：字符串（VARCHAR），网络使用情况。
7.	家电（appliance）
•	device_id：整型（INT），主键。
•	home_id：整型（INT），外键，指向家表。
•	type_id：整型（INT），外键，指向家电类型表。
•	current_mode：整型（INT），外键，指向智能模式表。
•	product_name：字符串（VARCHAR），产品名称。
•	purchase_date：日期（DATE），购买时间。
•	warranty_period：字符串（VARCHAR），保修期。
•	vendor_id：整型（INT），外键，指向商家表。
8.	商家（vendor）
•	vendor_id：整型（INT），主键。
•	vendor_name：字符串（VARCHAR），商家名称。
•	phone_num：字符串（VARCHAR），电话号码。
9.	家电类型（device_type）
•	type_id：整型（INT），主键。
•	type_name：字符串（VARCHAR），家电类型名称。
10.	智能模式（mode）
•	mode_id：整型（INT），主键。
•	mode_name：字符串（VARCHAR），模式名称。
•	mode_description：字符串（VARCHAR），模式描述。
•	type_id：整型（INT），外键，指向家电类型表。
11.	家电与智能模式的对应表（appliance_mode）
•	device_id：整型（INT），外键，指向家电表。
•	mode_id：整型（INT），外键，指向智能模式表。

二、逻辑结构设计

2.1 关系模式：

1.	user(user_id, username, password, phone_num)
•	主码：user_id
•	外码：无
•	满足的范式：3NF
2.	home(home_id, address, name)
•	主码：home_id
•	外码：无
•	满足的范式：3NF
3.	user_home(user_id, home_id)
•	主码：(user_id, home_id)
•	外码：user_id 引用 user(user_id)，home_id 引用 home(home_id)
•	满足的范式：3NF
4.	visitor_management(record_id, home_id, visitor_id, visit_time)
•	主码：record_id
•	外码：home_id 引用 home(home_id)
•	满足的范式：3NF
5.	health_environment_monitoring(record_id, home_id, monitoring_time, air_quality, temperature, humidity)
•	主码：record_id
•	外码：home_id 引用 home(home_id)
•	满足的范式：3NF
6.	energy_monitoring(record_id, home_id, monitoring_time, electricity_usage, water_usage, gas_usage, internet_usage)
•	主码：record_id
•	外码：home_id 引用 home(home_id)
•	满足的范式：3NF
7.	appliance(device_id, home_id, type_id, current_mode, product_name, purchase_date, warranty_period, vendor_id)
•	主码：device_id
•	外码：home_id 引用 home(home_id)，type_id 引用 device_type(type_id)，vendor_id 引用 vendor(vendor_id)，current_mode 引用 mode(mode_id)
•	满足的范式：3NF
8.	vendor(vendor_id, vendor_name, phone_num)
•	主码：vendor_id
•	外码：无
•	满足的范式：3NF
9.	device_type(type_id, type_name)
•	主码：type_id
•	外码：无
•	满足的范式：3NF
10.	mode(mode_id, mode_name, mode_description, type_id)
•	主码：mode_id
•	外码：type_id 引用 device_type(type_id)
•	满足的范式：3NF
11.	appliance_mode(device_id, mode_id)
•	主码：(device_id, mode_id)
•	外码：device_id 引用 appliance(device_id)，mode_id 引用 mode(mode_id)
•	满足的范式：3NF

三、系统功能模块图

3.1 功能设计

整体效果：

能源监测系统：

访客管理系统：

健康与环境监测系统：

家电系统：

3.2 效果图（部分）

登录：主界面

注册：点击登录界面下方的“立即注册”进入注册界面，注册完成后会自动跳转到登录界面，或直接点返回

家选项界面：登陆后进入家选项界面，右侧将根据后端查询的结果，显示对应数量的家居号和编号

家信息修改界面：点击左下角，可管理当前账号的家

家界面：在家选项界面的右侧，点击家居号，可进入具体的家居管理界面，界面包括主要的四个功能

能源监测：点击能源监测，进入当前监测界面，可选择具体的监测内容

以电界面为例：左侧显示当前数据，右侧显示具体的变化曲线

水、燃气、网效果相同，不再展示，。

访客管理系统包括三个主要功能：

监控：这里用暂时用本地摄像头模拟。

访客列表和信任列表均展示表格，且做了添加/移除信任的操作：

健康与环境系统和能源监测系统类似，这里不再展示。

最后是家电界面，为了减轻前端部分的工作量，我简化了网页内容，涉及的内容如下：

1. 照明类：吊灯、台灯、地灯、智能LED灯、智能灯带、其他
2. 窗帘类：遮光帘、透光帘、其他
3. 空调类：中央空调、普通空调、空气净化器、加湿器、除湿器、暖气片、其他
4. 机器人类：扫地机器人、助理机器人、宠物机器人、教育辅助机器人、其他
5. 厨房类：智能冰箱、智能水龙头、智能料理机、其他
6. 娱乐类：智能电视、游戏机、家庭影院系统、数字音乐播放器、智能音箱、其他
7. 安防类：智能门锁、智能车库门控制器、其他
8. 健康类：智能健康监测设备、其他
9. 家居自动化类：智能插座、自动宠物喂食器、智能浇花系统、其他

在第一个下拉栏中选择设备类型（如照明类）、在第二个下拉栏中选择具体设备（如台灯），表格将展示屋内所有已录入的设备类（如全部台灯，不同台灯有着不同编号/名称等）。
如下图所示：

点击智能模式的修改，出现悬浮窗，可更改模式，具体设备可选择的模式不同，这里需要读取后端的智能模式（mode）表，查询当前类型设备可选模式，图中为效果样例：

上述效果图的代码见我的GitHub，双击login进入主界面。

后续内容将在下一篇笔记中说明。

四、详细设计

4.1 环境准备
4.1.1 sql建表语句：
4.1.2 数据准备
4.1.3 springboot等开发环境准备
4.2 接口文档
4.3 前端准备
4.4 后端（详细）

五、系统实现与设计