智能家居设备状态管理系统：数据库设计与服务器实现

智能家居设备状态管理系统：数据库设计与服务器实现

本文将介绍一个智能家居设备状态管理系统的数据库设计和服务器实现。系统利用 SQLite 数据库存储设备状态信息，并通过 TCP 协议与客户端进行通信，实现实时状态查询和建议生成功能。

数据库设计

系统使用两个 SQLite 表来存储数据：

1. 用户表 (users)

CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (
    uid INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    username varchar(10), 
    passwd varchar(10)
);

2. 智能家居状态表 (Status)

CREATE TABLE IF NOT EXISTS Status (
    sid INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    uid INTEGER ,
    device_name varchar(10),
    device_state varchar(10),
    value varchar(10),
    mode varchar(10),
    FOREIGN KEY (uid) REFERENCES users (uid)
);

服务器实现

服务器使用 C 语言实现，主要功能包括：

1. 创建 TCP 服务器并监听指定端口

2. 接收客户端连接请求

3. 处理客户端发送的 userid

4. 查询数据库获取设备状态信息

5. 分析设备状态并生成建议

6. 将建议发送回客户端

以下是服务器端代码的主要部分：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sqlite3.h>

#define MAX_BUFFER_SIZE 1024

typedef struct {
    int uid;
    char device_name[10];
    char device_state[10];
    char value[10];
    char mode[10];
} Status;

typedef struct {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_len;
    sqlite3 *db;
} ServerContext;

void handleClientRequest(ServerContext *context) {
    char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
    int userid;

    // 接收客户端发送的userid
    ssize_t recvSize = recv(context->sockfd, &userid, sizeof(int), 0);
    if (recvSize == -1) {
        perror('userid接受失败\nrecv');
        return;
    }
    printf('客户端已连接\n');

    // 查询数据库获取设备状态信息
    char sql[100];
    snprintf(sql, sizeof(sql), 'SELECT * FROM Status WHERE uid = %d', userid);
    sqlite3_stmt *stmt;
    int rc = sqlite3_prepare_v2(context->db, sql, -1, &stmt, NULL);
    if (rc != SQLITE_OK) {
        fprintf(stderr, '无法执行的语句: %s\n', sqlite3_errmsg(context->db));
        return;
    }

    Status status;
    while (sqlite3_step(stmt) == SQLITE_ROW) {
        status.uid = sqlite3_column_int(stmt, 1);
        strncpy(status.device_name, sqlite3_column_text(stmt, 2), sizeof(status.device_name));
        strncpy(status.device_state, sqlite3_column_text(stmt, 3), sizeof(status.device_state));
        strncpy(status.value, sqlite3_column_text(stmt, 4), sizeof(status.value));
        strncpy(status.mode, sqlite3_column_text(stmt, 5), sizeof(status.mode));
    }
    sqlite3_finalize(stmt);

    // 分析设备状态并生成建议
    char suggestion[MAX_BUFFER_SIZE];
    if (strcmp(status.device_name, '空调') == 0) {
        int temperature = atoi(status.value);
        if (temperature < 24) {
            snprintf(suggestion, sizeof(suggestion), '空调温度过低，建议提高温度至26℃');
        } else {
            snprintf(suggestion, sizeof(suggestion), '空调温度正常');
        }
    } else if (strcmp(status.device_name, '加湿器') == 0) {
        int humidity = atoi(status.value);
        if (humidity < 40 || humidity > 70) {
            snprintf(suggestion, sizeof(suggestion), '加湿器湿度过高或过低，建议调整加湿器湿度');
        } else {
            snprintf(suggestion, sizeof(suggestion), '加湿器湿度正常');
        }
    } else {
        snprintf(suggestion, sizeof(suggestion), '设备状态未知');
    }

    // 向客户端发送建议
    ssize_t sendSize = send(context->sockfd, suggestion, strlen(suggestion), 0);
    if (sendSize == -1) {
        perror('发送失败\nsend');
        return;
    }
}

void handleClientConnection(ServerContext *context) {
    int clientSockfd = accept(context->sockfd, (struct sockaddr *)&context->client_addr, &context->client_addr_len);
    if (clientSockfd == -1) {
        perror('套接字接收失败\naccept');
        return;
    }

    ServerContext clientContext;
    clientContext.sockfd = clientSockfd;
    clientContext.client_addr_len = sizeof(clientContext.client_addr);
    clientContext.db = context->db;
    handleClientRequest(&clientContext);

    close(clientSockfd);
}

int main() {
    printf('正在连接中...\n');
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        perror('连接失败\nsocket');
        return 1;
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(12345);

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror('连接失败\nbind');
        close(sockfd);
        return 1;
    }

    if (listen(sockfd, 5) == -1) {
        perror('连接失败\nlisten');
        close(sockfd);
        return 1;
    }


    sqlite3 *db;
    int rc = sqlite3_open('/mnt/g/Qt/Client/Smarthome_Client/database/database.db', &db);
    if (rc != SQLITE_OK) {
        fprintf(stderr, '数据库打开失败: %s\n', sqlite3_errmsg(db));
        return 1;
    }

    ServerContext context;
    context.sockfd = sockfd;
    context.client_addr_len = sizeof(context.client_addr);
    context.db = db;


    while (1) {
        sleep(1);
        handleClientConnection(&context);
    }

    sqlite3_close(db);
    close(sockfd);
    printf('服务器已关闭\n');

    return 0;
}

客户端实现

客户端使用 Qt 开发，主要功能包括：

1. 连接到服务器

2. 发送 userid 给服务器

3. 接收服务器返回的建议信息

4. 显示建议信息

以下是客户端端代码的主要部分：

#include 'procession.h'
#include 'ui_procession.h'
#include <QAbstractSocket>
#include <QDebug>

Procession::Procession(int userid,QWidget *parent) : 
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::Procession),
    userid(userid)
{
    ui->setupUi(this);
    processionWidget();
    m_socket = new QTcpSocket(this);
    connect(ui->connectBtn, &QPushButton::clicked, this, &Procession::on_connectBtn_clicked);
    connect(m_socket, &QTcpSocket::readyRead, this, &Procession::readyRead);
    connect(m_socket, &QTcpSocket::connected, this, &Procession::connected);
    connect(m_socket, &QTcpSocket::disconnected,this,&Procession::disconnected);
    connect(m_socket, QOverload<QAbstractSocket::SocketError>::of(&QTcpSocket::error), this, &Procession::displayError);
}

Procession::~Procession()
{
    delete ui;
}

void Procession::processionWidget()
{
    setWindowTitle('服务器通信');
    setAutoFillBackground(true);
    QPalette palette=this->palette();
    QPixmap pixmap(':/user/image/image/net.jpg');
    palette.setBrush(QPalette::Window, QBrush(pixmap));
    setPalette(palette);
    setFixedSize(600,400);
}


void Procession::connected()
{
    ui->message->append('连接成功');
    // 发送userid给服务器
    QByteArray block;
    QDataStream out(&block, QIODevice::WriteOnly);
    out << this->userid;
    if (m_socket->write(block) == -1) {
        ui->message->append('发送userid失败');
        m_socket->close();
    }
}

void Procession::disconnected()
{
    ui->message->append('连接失败');
    m_socket->close();
}

void Procession::readyRead()
{
    QByteArray data = m_socket->readAll();
    if (data.isEmpty()) {
        ui->message->append('读取的数据为空');
        return;
    }
    // 解析服务器返回的数据
    QDataStream in(&data, QIODevice::ReadOnly);
    QString suggestion;
    in >> suggestion; // 使用重载的 >> 运算符来读取数据
    if (in.status() != QDataStream::Ok) {
        ui->message->append('解析服务器返回的数据失败');
        return;
    }
    ui->message->append(suggestion);
    m_socket->close();
}

void Procession::displayError(QAbstractSocket::SocketError error)
{
    QString errorMessage;
    switch (error) {
    case QAbstractSocket::ConnectionRefusedError:
        errorMessage = '连接被拒绝';
        break;
    case QAbstractSocket::RemoteHostClosedError:
        errorMessage = '远程主机关闭';
        break;
    case QAbstractSocket::HostNotFoundError:
        errorMessage = '未找到主机';
        break;
    case QAbstractSocket::SocketTimeoutError:
        errorMessage = '连接超时';
        break;
    case QAbstractSocket::NetworkError:
        errorMessage = '网络错误';
        break;
    default:
        errorMessage = '未知错误';
        break;
    }
    ui->message->append('连接失败：' + errorMessage);
}

void Procession::on_connectBtn_clicked()
{
    if (m_socket->state() == QAbstractSocket::ConnectedState) {
        m_socket->disconnectFromHost(); // 先关闭套接字
        return;
    }
    ui->message->append('已经连接上服务器');
    QString ip = ui->IP->text();
    QString port = ui->port->text();

    if (ip.isEmpty() || port.isEmpty()) {
        ui->message->clear();
        ui->message->append('请输入有效的IP地址和端口号');
        return;
    }

    ui->message->clear();
    ui->message->append('正在连接中...');
    m_socket->connectToHost(ip, static_cast<quint16>(ui->port->text().toInt()));
}

运行测试

1. 确保服务器和客户端代码都已编译成功。

2. 运行服务器代码，服务器会在命令行窗口输出 '正在连接中...' 和 '客户端已连接' 信息。

3. 运行客户端代码，在客户端 GUI 界面中输入服务器的 IP 地址和端口号，点击 '连接' 按钮。

4. 客户端会尝试连接到服务器，并在 GUI 界面显示连接状态信息。

5. 如果连接成功，客户端会向服务器发送 userid，服务器会根据 userid 查询数据库，获取设备状态信息，并生成建议发送回客户端。

6. 客户端会显示服务器返回的建议信息。

代码问题分析

您提供的代码片段中存在一些问题，导致客户端无法正常接收服务器返回的数据：

1. 服务器端发送的数据格式错误: 服务器端使用 send() 函数发送建议信息到客户端，但是没有对数据进行序列化处理。客户端使用 QDataStream 解析数据，但服务器发送的原始字符数组无法被解析。

2. 客户端代码没有使用 disconnectFromHost() 函数: 当客户端连接到服务器后， readyRead() 函数读取到数据后，并没有调用 disconnectFromHost() 函数断开连接，导致再次调用 connectToHost() 函数时，出现 'QAbstractSocket::connectToHost() called when already looking up or connecting/connected to '127.0.0.1'' 错误。

代码修改建议

1. 服务器端修改: 服务器端需要将建议信息序列化成可以被客户端解析的格式，例如使用 QDataStream 进行序列化。

2. 客户端代码修改: 在 readyRead() 函数读取到数据并解析完成后，应该调用 disconnectFromHost() 函数断开连接。

总结

本文介绍了一个智能家居设备状态管理系统的数据库设计和服务器实现，并提供了一些代码修改建议，帮助您解决代码中存在的问题，实现正常的数据通信。

希望本文能够帮助您了解智能家居设备状态管理系统的开发流程，并为您的项目提供参考。