基于LabVIEW的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)end

1、基于LabVIEW的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)段海龍,李靜,任淑艷 （天津市信息傳感與智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，中國(guó)，天津， 300222）摘要：為了創(chuàng)造一個(gè)舒適的家居環(huán)境，本文以LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度和氣體濃度等家居環(huán)境信號(hào)的采集和處理，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的監(jiān)控，如空調(diào)，電視、電燈、門窗等?？梢酝ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)布，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。關(guān)鍵詞：LabVIEW；智能家居；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中圖分類號(hào)：TM930.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADesign and implementation of Intelligent Home SystemBased onLab

2、VIEWDuan Hai_Long, Li Jing ,Ren Shu_yan(Keylaboratory of Information Sensing&Intelligent Control, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin, 300222, China)Abstract: In order to create a comfortable home environment, in the paper, Using wireless sensor network technology, LabVIEW is

3、 identified as the development platform for realizing the data acquisition and processing of the temperature, humidity , gas concentration and household environment signal etc, for realizing the monitoring of household appliances, such as air conditioning, television, lights, door and so on, for rea

4、lizing the remote monitoring based on the remote panel technology.Key words: LabVIEW; Intelligent Home; Wireless Sensor Network作者簡(jiǎn)介：段海龍(1977- )，男，山西太谷人，講師，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，嵌入式系統(tǒng)及仿真技術(shù)的研究。通信地址：天津市河西區(qū)大沽南路1310號(hào)郵編：300222 李靜（1977-），女，黑龍江人，講師，碩士，主要從事虛擬儀器的研究與開(kāi)發(fā)。任淑艷（1980-），女，黑龍江人，講師，博士，主要從事光學(xué)測(cè)量和測(cè)控技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)

5、。項(xiàng)目支持：天津市高?？萍及l(fā)展基金項(xiàng)目(20100711) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校級(jí)項(xiàng)目（KJ10-01）0 引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，現(xiàn)在人們的生活追求個(gè)性化，自動(dòng)化，追求快節(jié)奏，追求充滿樂(lè)趣的生活方式，家居要求的檔次越來(lái)越高，生活家居要求一種人性化，智能化。同時(shí)電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)不斷地應(yīng)用到智能家居中，本文以家用PC為平臺(tái)，采用LabVIEW軟件及無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一套智能家居系統(tǒng)。1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用了集中控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)家居信息的匯總和控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要由兩部分組成，一部分是上位PC機(jī)部分，放置于具有網(wǎng)絡(luò)接口的房間，完成全部家居信息的匯集和相應(yīng)的控

6、制；一部分是下位無(wú)線網(wǎng)絡(luò)部分，放置于各個(gè)房間，采集相應(yīng)房間的信息并完成與主節(jié)點(diǎn)的通信。采用這種控制方式一是考慮到現(xiàn)在家用PC和網(wǎng)絡(luò)接口已經(jīng)十分普及，在此平臺(tái)上開(kāi)發(fā)可以降低成本并加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，二是考慮到無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)省布線的開(kāi)支，并可以靈活迅速地組網(wǎng)，并且開(kāi)發(fā)的硬件平臺(tái)具有普適性。圖1：系統(tǒng)框圖家庭智能化就是通過(guò)家居智能管理系統(tǒng)的設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭安全、舒適、信息交互與通信的能力。它主要由如下三個(gè)方面組成。（1）家庭安全防范（HS）；（2）家庭設(shè)備自動(dòng)化（HA）；（3）家庭通訊（HC）；1.1家庭安全防范（HS）本設(shè)計(jì)采用的安防方式有：1）陌生人報(bào)警。通過(guò)圖像模塊預(yù)先拍照登記的方式識(shí)別家庭成員及

7、熟人，當(dāng)發(fā)現(xiàn)陌生人時(shí)，發(fā)出報(bào)警，并拍照保存該陌生人的圖像。2)敏感聲音報(bào)警。通過(guò)聲音模塊實(shí)時(shí)采集聲音信息，采用特征聲音識(shí)別技術(shù)增強(qiáng)對(duì)門鎖開(kāi)啟、玻璃破碎等聲音的敏感性。當(dāng)檢測(cè)出有敏感聲音，立即發(fā)出報(bào)警聲并存儲(chǔ)發(fā)出警報(bào)的時(shí)間及類型。3）溫濕度報(bào)警，煤氣報(bào)警。通過(guò)無(wú)線從節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集房間的溫濕度信息及氣體濃度信息，超出設(shè)定的限度，發(fā)出報(bào)警并存儲(chǔ)。4）門磁系統(tǒng)，紅外幕簾等安防裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與設(shè)置。1.2家庭設(shè)備自動(dòng)化（HA）本設(shè)計(jì)通過(guò)集中控制的方式，把家庭的燈光系統(tǒng)、各個(gè)電器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。可以實(shí)時(shí)地對(duì)家中各處的燈光系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，并允許設(shè)置?？梢詫?shí)時(shí)地控制各種電器，如定時(shí)開(kāi)關(guān)窗簾，定時(shí)開(kāi)關(guān)熱水器空調(diào)，控

8、制電視，音響設(shè)備等，做到對(duì)家庭不留死角的全方位監(jiān)控。1.3家庭通訊（HC）本設(shè)計(jì)采用Internet的方式，可以實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)監(jiān)控家里的情況?？梢允褂脩粼谌魏尉哂芯W(wǎng)絡(luò)連接的地方對(duì)自己家居情況進(jìn)行網(wǎng)上監(jiān)控，真正做到智能家居的自動(dòng)化，使生活充滿樂(lè)趣。2 系統(tǒng)各功能模塊的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)采用LabVIEW7.0作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集成。LabVIEW是美國(guó)NI公司利用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)的面向測(cè)控領(lǐng)域的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它采用圖形化的編程形式，極大地方便了非軟件專業(yè)的工程師快速編制程序，大大提高工作效率。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)采用以AVR單片機(jī)ATMEGA16控制無(wú)線傳輸芯片NRF24L01的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.1 P

9、C機(jī)部分1 圖像模塊2 這里采用了NI的NI VISION Development Module7.0模塊。由于在該模塊中未提供USB攝像頭采集模塊，所以在這里采用的是ctiveX控件技術(shù)。在程序中嵌入ezVidC60.ocx控件采集常用的USB攝像頭圖像數(shù)據(jù)，并調(diào)用該控件的saveDIB屬性節(jié)點(diǎn)，拍攝照片，再利用VISION的其它控件進(jìn)行相關(guān)圖像的處理。人臉識(shí)別技術(shù)是基于Luxand提供的FaceSDK，采用VC6.0編制了相關(guān)的DLL文件，并在LabVIEW調(diào)用該DLL以獲取人臉識(shí)別結(jié)果。 聲音模塊聲音采集部分使用LabVIEW提供的聲卡操作函數(shù)工具：函數(shù)>>圖形與聲音>

10、>聲音模塊。首先對(duì)聲卡參數(shù)（采樣頻率、采樣位數(shù)、緩沖區(qū)）進(jìn)行設(shè)置，接著對(duì)采集到的聲音數(shù)據(jù)利用一些數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理。 存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)模塊主要采用LabVIEW的文件I/O模塊，對(duì)發(fā)生異常時(shí)的報(bào)警時(shí)間和類型及相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以備后續(xù)的檢查處理。 網(wǎng)絡(luò)模塊 網(wǎng)絡(luò)模塊采用LavVIEW提供的遠(yuǎn)程面板技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問(wèn)遠(yuǎn)程的VI，實(shí)現(xiàn)客戶端遠(yuǎn)程訪問(wèn)本機(jī)VI，即使客戶端沒(méi)有安裝LabVIEW，或是沒(méi)有硬件資源，也可以運(yùn)行本機(jī)上的VI。本機(jī)上VI的前面板對(duì)于客戶端來(lái)說(shuō)，就像是Web頁(yè)上嵌入的圖像。 串口通信模塊 串口通信是基于LabVIEW的功能模板>>Instrument I/O

11、子模板>>Serial子模板的相應(yīng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它可以完成串口設(shè)置，串口讀寫，檢測(cè)串口緩存、中斷等功能。2.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)部分3 4無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)采用基于ATMEGA16控制NRF24L01來(lái)實(shí)現(xiàn)。ATMEGA16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。NRF24L01是先進(jìn)的單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5 GHz ISM頻段，有多達(dá)125個(gè)頻道可供選擇，可通過(guò)SPI寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸率最快可達(dá)2 Mbs，并且有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能5。傳感器部分采用DS18B20溫度傳感器，HS1101濕度傳感器，TP-1.1A甲烷傳感器進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。執(zhí)行器部分

12、主要是以控制繼電器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 無(wú)線主節(jié)點(diǎn) 主節(jié)點(diǎn)的任務(wù)是接收上位機(jī)的命令，并開(kāi)啟無(wú)線信道，按照命令與從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，采集相應(yīng)從節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)并回傳上位機(jī)或傳輸命令到從節(jié)點(diǎn)。其流程圖如圖2所示。圖2：主節(jié)點(diǎn)流程圖 無(wú)線從節(jié)點(diǎn) 從節(jié)點(diǎn)的任務(wù)是接收主節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的命令，并依據(jù)命令進(jìn)行相應(yīng)的操作，完成溫濕度，氣體濃度的采集并回傳給主節(jié)點(diǎn)，或發(fā)送接收到的相應(yīng)命令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3 系統(tǒng)集成 整個(gè)系統(tǒng)集成如圖3所示。登錄界面是為了保證系統(tǒng)的安全，它提供了用戶名、密碼、驗(yàn)證碼的輸入，只有正確輸入才能登錄到系統(tǒng)的工作界面。系統(tǒng)工作界面是整個(gè)系統(tǒng)的核心，完成上述各個(gè)功能塊。在家用電器遠(yuǎn)程監(jiān)控里，設(shè)計(jì)了監(jiān)視和控制兩方面的功能。圖3：工作界面4 結(jié)束語(yǔ)整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成，并且可以順利運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)較好地完成了一個(gè)智能家居應(yīng)該有的功能，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用，多媒體技術(shù)的應(yīng)用。但目前該系統(tǒng)還存在一些問(wèn)題，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還不是很強(qiáng)，并且在軟件中還有許多可以優(yōu)化的地方。這些不足會(huì)在后續(xù)工作中不斷完善。參考文獻(xiàn)：1 楊樂(lè)平，李海濤，肖相生等.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，20012 姚金杰. 基于L