智能家居软件用户手册.doc

。目录一、设计思路1二、系统架构1（1）Client Layer1（2）Server Layer：2（3）Sensor Layer：2（4）External Equipment（外接设备）：3三、通信协议说明3四、文件传输与管理3五、使用说明41.程序启动4（1）运行server端程序4（2）运行client端程序42.系统操作5（1）系统登录5（2）系统注销7（3）系统退出73.数据监控7（1）启动监控7（2）监控操作8（3）报警操作9（4）通道数据10（5）报警数据11（6）云端数据12（7）窗口管理12六、结语132。基于嵌入式的智能家居系统软件手册一、 设计思路随着智能家居产业的兴起，小型化服务器、多功能数据监测与控制系统，已经成为智能家居系统发展的一种趋势，建立集服务、控制、监控、报警于一身的低成本智能家居系统，将在未来的市场中占有巨大的优势。基于此，系统设计阶段，即第三轮代码编写阶段，软件架构便明确的设计为，基于嵌入式系统的、利用TCP通信作为接口的Server/Client模式。Server程序作为嵌入式系统内长期运行的服务程序，无需面板显示功能，因此Server程序设计为无面板的黑盒；Client程序作为用户程序，通过LAN或Internet链接到Server，对服务器进行访问、设置等等，展现智能家居系统的全部功能。对于Server而言，其本身除提供Client端的数据访问外，还应具有传感器数据采集等等功能，通过“链接”在Server端的传感器，实时的监控家居环境。对于家庭环境，基于无线网络的监控系统，将大大的提高系统的安装灵活性。因此Server与Sensor之间的通信，将主要通过无线网络来完成。在Server于Sensor的通信中，由于Server无需实时的采集全部Sensor的数据，只需定时获取相关信息，因此在这一个层面的通信中，Sensor将作为“服务器Server”，而Server将作为“客户端Client”，Server主动的链接Sensor获取数据，而在获取数据后断开与Sensor的链接，这样便可实现Server对多个Sensor的定时监控。除了传统的传感器数据采集，近些年视频监控与图像识别，在各个领域内的应用越来越广泛。如若智能家居系统与视频监控相结合，既能满足对家庭环境的远程视频查看，又能利用图像识别功能，在儿童监护、老人防摔、家庭防盗、人脸识别等等方面发挥更大的作用。因此将视频监控系统集成与系统内，也是系统设计较早便考虑的方面。二、 系统架构根据设计思路，系统架构由“三个层次”以及“外接设备”构成，我们将这三个层次分别命名为：Client Layer、Server Layer、Sensor Layer。（1） Client Layer由客户端程序构成，运行于一台独立的PC，其与Server Layer通过LAN或Internet进行通信，实现命令的发送和数据的读取；（2） Server Layer：由服务器软件及myRIO部分功能构成，程序分别运行于一台PC和myRIO，两个程序间的数据通信以“共享变量”来实现。这里额外要说的是，设计的初衷是将Server Layer的全部程序运行于myRIO中，这样便实现了真正的嵌入式，但是与NI工程师沟通后，得到目前myRIO不支持数据库功能的结论，因此不得不将myRIO与PC混合使用，来实现数据的存储。在实际的使用中，Server内部的通信将在内存中直接完成，可以舍弃全部共享变量；（3） Sensor Layer：由Sensor程序构成，其运行于myRIO内，其与Server Layer通过无线网络的TCP或UDP进行通信，将采集到的传感器数据，通过网络发送给Server Layer。在实际的使用中，可以用无线通信模块及数据采集模块代替myRIO，以降低采购成本；InterfaceExternalEquipmentExternalEquipmentInterfacePCmyRIOServer结构图（4） External Equipment（外接设备）：直接连接于Server Layer或通过网络连接于Server Layer的设备，包括摄像头、麦克风等等设备，可实时的采集家庭内的数据或发出报警信息，并通过LAN或Internet与Client Layer连接，实现数据的远程传输。三、 通信协议对于三层数据传输的架构，针对性的制定了2套不同的通信协议，分别用于Client Layer与Server Layer间的通信，以及Server Layer与Sensor Layer之间的通信，我们这里分别命名为User Protocol和Sensor Protocol。（1） User Protocol该协议用于Client Layer与Server Layer间的通信，Server Layer作为服务器，监听特定的端口，Client Layer作为客户端，链接Server Layer，建立连接后，实现数据的通信。当需要断开链接时，Client Layer发送断开命令，Server Layer将链接断开。该协议共分为5大部分，利用了三个不同的端口进行不同数据的通信。基本按照第三轮至第五轮的顺序，依次添加了不同部分的协议，这也是基于通信协议的优势，只要协议制定合理，其扩展能力很强，可以满足各种不同功能的需要。三个端口中，Port 1主要用于常规命令的发送和反馈信息的回复，可以实现小规模数据的通信；Port 2主要针对Monitor模块中的实时数据查看功能，当监测的窗口较多时，数据通信量较大，单独利用一个端口实现数据的传输，可以提高系统的反应速度；Port 3主要针对视频传输数据，其目的与Port 2相同，减少Port 1的数据通信量。（2） Sensor Protocol该协议用于Server Layer与Sensor Layer之间的通信，包括UDP协议和TCP协议两个部分，其中对于TCP通信，Sensor Layer为服务器，Server Layer为客户端，实现Server Layer对多个Sensor的数据采集。UDP协议主要用于Sensor的探测，利用UDP可以跨网段传输的特性，在未设置IP地址的前提下便可将网络内的Sensor信息监测到，增加系统配置配置的灵活性。在添加设备时可以利用该功能自动查找可用的Sensor，方便系统设置。TCP协议主要用于Sensor数据的获取，该协议为各个Sensor的通用协议，这样便可方便Server的数据采集。四、 数据管理所有的数据都存储在Server中，这样无论Client端在何处登录，都可以读取到同样的数据。对于图像、音乐等较大的文件数据，以文件的形式在指定文件夹内进行存储，对于传感器采集的数据，则在数据库中进行管理。软件的架构设计应该以数据的流向作为轴线，进行功能的设计和代码的编写，因此本系统将Server作为数据的核心，Client与Sensor的数据都以Server为基准进行上传和下载。软件针对不同的模块，引入了面向对象编程，将属性与数据结构匹配，提高了程序的扩展性，同时与数据结合更加紧密。五、 使用说明程序需要安装LabVIEW2014开发环境，myRIO开发包，wsncloud云端服务器插件，Access2007数据库驱动。运行项目Stage05_ZhangChao.lvproj项目文件，弹出如下对话框，依次运行myRIO.vi、Server.vi、Client.vi。1. 程序启动（1） 运行myRIO程序首先打开NI-myRIO-1900设备下的myRIO.vi，运行该程序，首先要部署共享变量，如下图所示：启动成功后，程序运行如下图所示：myRIO程序其中stop按钮用于退出myRIO程序，该按钮实际只在调试中有效，实际运行时程序部署到myRIO中，按钮失去作用；Clients connected表示myRIO中的sensor服务器当前连接的客户端个数。当server从sensor采集数据时，该控件显示不为0，当server采集结束后，该控件变为0。（2） 运行server程序打开server虚拟文件夹下的server.vi，运行服务器程序，由于server与myRIO之间要通过共享变量进行数据通信，因此程序首先部署共享变量，如下图所示：。 程序运行后如下图所示。server程序其中stop按钮用于停止server程序，vision alarm按钮用于控制视频报警的开启和关闭，Clients connected表示Server中的服务器当前连接的Client个数。（3） 运行Client程序打开Client虚拟文件夹下的Client.vi，运行客户端程序，程序运行后如下图所示。2. 系统操作（1） 系统登录点击菜单File-Login，如下图所示：或者将鼠标移动至界面的底端，在弹出的按钮框中点击login按钮，如下图所示：弹出Login对话框，输入IP地址，Name默认ZhangChao，通过该账号可登陆系统，用户也可以在setting中新建账号，将在后面详细介绍，如下图：点击ok按钮，进入password界面输入密码，默认密码为5600。点击“#”确认输入内容，并将账号和密码发送至服务器，与服务器数据库内的账号信息进行比对；点击“*”清空输入内容。当鼠标悬停在“#”与“*”会有功能提示。同样，将鼠标移动至界面底端，会弹出按钮对话框，点击logout断开与服务器的连接，点击exit按钮，退出程序；登录成功播放unlock提示音，登录失败播放error提示音，并显示相应的提示信息；登录成功后密码按键将变为禁用状态，菜单栏将增加operation菜单栏，用户可以继续进一步的操作；同时File菜单内的Login菜单由启用状态变为禁用状态，Logout、Home菜单由禁用状态变为启用状态。登录失败登录成功home界面及operation菜单栏Logout菜单栏变化登录成功后，home界面上由6个按钮组成，其与Operation菜单的功能是一一对应的，（2） 系统注销点击菜单栏File-Logout，或在home、password界面上将鼠标移动至底端，点击弹出按钮对话框中的logout按钮，可在任意情况下断开与服务器的连接，并返回主界面，该功能可以方便可以连接不同的服务器，查看不同的资源。（3） 系统退出点击菜单栏File-Exit、单击程序右上角的关闭对话框按钮、或在home、password界面上将鼠标移动至底端，点击弹出按钮对话框中的exit按钮，可在任意情况下断开与服务器的连接，同时关闭程序。3. 相册Album（1） 启动相册在登录成功后，在home界面上点击Album按钮，或在Operation菜单栏下点击Open Album启动相册功能，如下图。相册界面比登录界面大，其将以登录界面为重心，向四周放大面板；非空相册显示缩略图，空相册缩略将显示为no picture；启动相册后，菜单栏将增加Setting菜单。如下图所示。Album List界面相册支持适应窗口设置，可最大化窗口或手动拖拽改变窗口大小，相册内的相册、图片将根据窗口的大小自动调整位置，以保持显示的协调。如下图所示：窗口自适应（2） 相册操作a) 新建相册点击“New”按钮，弹出New Album对话框，输入与已有相册名称不同的名字，点击ok按钮，可创建新的相册。创建相册b) 删除相册在任意相册的缩略图上点击鼠标右键，弹出快捷菜单，点击Delete菜单，将删除该相册及相册内的全部照片。c) 退出相册点击右下角的Home按钮，退出Album，返回Home界面。d) 进入相册用鼠标左键点击任意相册的缩略图，可进入该相册并查看相册内全部照片。鼠标点击位置Picture List界面e) 上传图片点击Upload Picture按钮，弹出文件选择对话，可选择一个或多个文件，点击ok按钮，将选中的文件全部上传至该Album。f) 图片操作在相册内任一图片的缩略图上点击鼠标右键，将弹出图片快捷菜单，如下图所示。点击Delete将删除该选中图片，点击Download，将下载该文件的原图至指定的地址。g) 返回点击右下角back按钮，将返回Album List。（3） 图片操作点击Picture List内任一图片的缩略图，可查看该图片的大图，如下图所示。a) 手动查看点击图片查看界面的左侧和右侧区域，如下图所示，可以切换显示相册内的不同图片，点击左右分别用来查看前一张图和后一张图。b) 自动播放点击右下角的play按钮，可以按设定的时间间隔循环播放相册内的全部图片。c) 停止播放进入自动播放后，界面内的播放按钮和暂停按钮将隐藏，此时鼠标左键点击界面任何一个位置便可推出自动播放。d) 间隔设定点击菜单栏内的Setting-Album Setting可弹出时间间隔设定对话框，手动输入时间间隔，单位毫秒，如下图所示。e) 返回点击右下角的back按钮，可返回Picture List。4. 音乐播放（1） 启动音乐在登录成功后，点击music按钮或，点击Operation菜单栏下Open Music，启动相册功能，弹出音乐播放对话框，同时隐藏Setting菜单，如下图所示。音乐界面支持自适应窗口功能，可任意改变软件窗口大小。（2） 音乐操作a) 播放音乐用鼠标左键双击tree中的音乐文件，或左键选中某音乐文件后，单击下方的播放按钮，即可播放服务器中的该音乐文件。点击暂停按钮和停止按钮可对音乐播放进行控制，调整volume滑块，可控制音量的大小，向左减小音量，向右增加音量。b) 添加音乐集点击New Collection按钮或在tree中右键单击选择New Collection菜单，可弹出增加音乐集对话框，如下图。输入与已有音乐集名称不同的名字，点击ok按钮，可创建新的音乐集。c) 上传音乐首先应选择一个音乐集或音乐集内的一个音乐，表示将向该音乐集内上传音乐，点击Upload按钮或在tree中点击右键Upload Music菜单，弹出音乐选择对话框，可上传单个音乐或多个音乐至指定音乐集。d) 删除音乐首先应选中一个音乐集或音乐集中的某个文件，点击Delete按钮或右键单击tree选择Delete菜单项。如果选中的为音乐集，将删除该音乐集及其内的全部音乐文件，如果选中为某个音乐文件，则将删除该文件。最后列表将刷新。e) 退出音乐点击右下角的Home按钮，退出Album，返回Home界面。5. 数据监控（1） 启动监控点击home界面上的monitor按钮或点击Operation菜单栏下的Open Monitor菜单启动数据监控，如下图。监控界面分为三大部分，左侧为列表显示区域，右侧为功能显示区域以及按钮区域；进入monitor界面后，菜单栏将增加project和setting两个菜单，如下图所示。当进入monitor界面后，面板将支持调整大小功能，可通过拖动或全屏的方式改变面板的大小。monitor界面（2） 监控操作h) 新建设备选择菜单Project-New Device，或用鼠标选中tree中的monitor project，点击New按钮，将弹出New Device对话框，输入与已有device名称不同的名字，选择通道个数，设置IP地址，端口号以及时间间隔等（需要根据实际的设备设置），点击ok按钮，可进入通道设置对话框。New device弹出通道设置对话框后，可通过选项卡对不同的通道进行设置，这里最多支持8个通道，选项卡数会根据通道数不同，而显示不同个数的选项卡。需要注意的是，各个通道的名称不能有重复，其他参数可根据实际情况设置。New Channels点击OK按钮，将添加设备，且在左侧列表显示区域monitor project下将增加该设备的列表以及各个通道的列表。如下图所示：i) 删除设备利用Project-Delete Device菜单可删除选中的device或某个channel，如果选中的为非monitor project下的设备，系统将弹出提示信息。删除设备后，左侧列表将刷新，同时sever端数据库将删除该设备的全部参数。或选中monitor project下的设备，点击下方的delete按钮，将可删除选中的device或某个channel。j) 配置设备利用Project-Modify Device菜单，或选中某个设备后点击下方的modify按钮，可对现有的设备进行参数更改，选中device或channel，可对该device的参数以及各个通道的参数进行修改和保存，其界面与添加channel相同，不同在于其可对设备的参数进行修改，如下图所示。Modify Device（3） 报警操作a) 新建报警选择菜单Project-New Alarm，或用鼠标选中tree中的alarm project，点击New按钮，弹出New Alarm对话框，device 那么将显示monitor project内的全部设备，如果monitor project内无设备，报警将不法添加；Chanel Name显示内容将根据device name的不同显示为不同device对应的channel name列表。其他参数根据实际需要确定，点击OK按钮添加报警项目，同时列表的alarm project下将新建对应的报警项目。New alarmb) 删除报警利用Project-Delete Alarm菜单可删除选中的报警设备，如果选中的为非alarm project下的设备，系统将弹出提示信息。删除设备后，左侧列表将刷新，同时server端数据库将删除该报警对应的全部数据。或选中alarm project下的设备，点击下方的delete按钮，将可删除选中的alarm。c) 配置报警利用Project-Modify Alarm菜单，或选中某个alarm后点击下方的modify按钮，可对现有的报警进行参数更改，其界面与新建报警界面相同，不同在于其不能对报警的device和channel进行修改，如下图所示。Modify Alarm（4） 通道数据双击列表monitor project下的Channel名称、或将Channel名称拖动至右侧功能区域空白处，将在右侧功能区域内打开MDI窗口，显示该通道的数据，可重复打开同一通道的数据，也可以打开不同通道的数据，如下图所示。a) 实时数据默认ChanelData窗口内显示的为实时数据，刷新速度由菜单栏中的RefreshRate设置，显示数据的个数为最近采集的10个数据，如下图所示。RT graph谱图可随窗口大小的改变而变化，左上角显示的为设备名称和通道名称，右上角提示当前谱图的类型，谱图横坐标为时间，纵坐标为幅值。b) 历史数据在谱图上单击鼠标右键，弹出菜单，选择history graph进入历史数据谱图界面，进入历史数据谱图后，弹出选择对话框，同时右上角名称变为history graph，如下图所示。首先应在start time和end time上选择合理的时间段，点击OK按钮查询该时间段内的数据，并将数据显示在谱图中。c) 数据导出在谱图内单击鼠标右键，选择“Export Data to Excel列表”可将谱图内的数据导入至Excel表格，另行存储。d) 关闭表格点击鼠标右键，在弹出菜单中选择Close Panel，或将鼠标移动至右侧，在弹出的功能栏中点击按钮，便可将当前表格关闭。（5） 报警数据双击列表alarm project下的Channel名称、或将Channel名称拖动至右侧功能区域空白处，将在右侧功能区域内打开MDI窗口，显示该通道的报警状态及报警数据，可重复打开同一通道的报警，也可以打开不同通道的数据，如下图所示。a) 实时报警默认AlarmData窗口内显示的为实时报警状态及最新的报警数据，刷新速度由菜单栏中的RefreshRate设置，如下图所示。RT alarm报警窗口可随窗口大小的改变而变化，左上角显示的为设备名称和通道名称，其下方为该通道的报警状态，无新报警时该图标显示为对号，如上图，有报警时该图标显示为错号，如下图，变为报警状态不能自动切换为非报警状态，此时点击该按钮，可将报警状态取消，这也符合报警的原则。Alarm state同时，在服务器端如果检测到报警状态，服务器将自动发送Email至指定的邮箱，用户可以通过查看邮件的方式，判断数据检测是否出现报警。b) 历史报警在表格上单击鼠标右键，弹出菜单，选择history alarm进入历史报警表格界面，进入历史报警表格后，弹出选择对话框，如下图所示。首先应在start time和end time上选择合理的时间段，点击OK按钮查询该时间段内的数据，并将数据显示在表格中。c) 数据导出在表格内首先应用鼠标左键选择需要导出的数据（圈选），然后单击鼠标右键，选择“导出至Excel列表”可将谱图内的数据导入至Excel表格，另行存储。（6） 云端数据集成了wsncloud云端数据管理，由于网络的原因，只有新建设备能够实现，且反应速度较慢，测试中不是每次都能建立成功。点击Project-New Cloud可弹出新建云端设备对话框，对话框内全部信息必须输入完整，才能正确建立设备。建立成功后，将在tree列表下的cloud项后显示该设备的名称。（7） 窗口管理a) 刷新速度点击setting-refresh rate菜单，弹出refresh rate对话框，如下图。该对话框用于设置device data以及alarm data窗口实时数据的刷新时间间隔，单位为秒。最小值可设为1秒，最大值为3600秒。由于查询数据需要占用大量的网络资源，且随着MDI窗口的增加，数据量也会成倍增加，因此此处不建议设置时间过短。监控不同于实时采集，其对数据的连续性要求也不需要过高。b) 刷新列表在tree上点击右键，点击Refresh菜单，将重新从server读取列表信息，刷新tree内各项（此功能不支持wsncloud列表刷新）。c) 初始化云在tree上点击右键，点击initialize cloud菜单，将从云端读取设备列表，显示在cloud project目录下，该功能耗时较长，不建议使用。d) 窗口排列随着MDI窗口数量的增加，窗口的管理能够提高程序的可用性，因此本软件设置了3种窗口的排列功能。分别为垂直排列、水平排列以及层叠排列。点击setting菜单下的Vertical、Horizontal、Cascade菜单，可分别实现上述3个功能，Vertical：将各个MDI窗口按照打开顺序，从上至下排列在右侧功能显示区域内。如果垂直方向的高度不足以按各窗口的最小高度排列，则增加窗口显示的列数，如果水平方向不能满足窗口最小宽度，则系统提示排列空间不足的提示框；Horizontal：将各个MDI窗口按照打开顺序，从左至右排列在右侧功能显示区域内。其功能与Vertical类似；Cascade：按照窗口的原始大小，从左上至右下间隔25像素，依次排列各个窗口。e) 窗口替换拖动列表中Channel图标，至右侧功能显示区域的空白处，将打开新的窗口；如果将图标拖动至已有窗口中，该MDI窗口将显示在所有MDI窗口的最前面，以提示鼠标拖动至该窗口，释放鼠标将关闭该窗口，同时在固定的位置打开拖动通道的窗口代替原窗口。支持监控窗口和报警窗口互换。6. 视频识别（1） 启动监控点击home界面上的camera按钮或点击Operation菜单栏下的Open Camera菜单启动视频监控，如下图。Camera界面由两排监视窗口构成，第一排为原视频，第二排为经过处理的灰度视频，在其中心有一片识别区域，用于判断当前视频中原本拜访的物体是不是存在。由于目前只有一个摄像头，因此这里只有第一列两个图像有显示。当摄像头前检测区域能够检测到边沿时，server程序将不发出声音提示，当检测区域未能够检测到边沿时，server程序将发出报警提示音。可以通过单击server程序上的vision alarm按钮来控制是