Labview在智能家居控制中的应用PPT课件.pptx

Labview在智能家居控制中的应用 学生 王港国学号 20150210410109 2020 3 18 1 目录 引言 01 总体设计方案 02 传感器选型 03 Labview仿真 04 05 总结与展望 2020 3 18 2 引言 01 2020 3 18 3 1 1背景和意义智能家居 又称智能住宅 在国外常用SmartHome表示 它通过以住宅为平台 利用综合布线技术 网络通信技术 智能家居 系统设计方案安全防范技术 自动控制技术 音视频技术等将家居生活有关的设施集成 构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统 提升家居安全性 便利性 舒适性 艺术性 并实现环保节能的居住环境 智能家居概念的起源甚早 但一直未有具体的建筑案例出现 直到世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后 美国 加拿大 欧洲和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案 我国的智能家居始于上个世纪90年代末 中国的智能家居行业取得了更加迅猛的发展并日益渗透到平常百姓的生活当中 家居智能化时代正逐步为消费者耳熟能详 在未来 没有智能家居在未来 没有智能家居系统的住宅也许会像今天不能上网的住宅那样不合潮流 我们运用虚拟仪器的技术 进行labview软件模拟设计 所谓虚拟仪器就是以计算机作为仪器统一的硬件平台 充分利用计算机的运算 存储 回放 调用 显示及文件管理等智能化功能 同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化 使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同 同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统 与传统仪器相比 它的最大特点就是把仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能 满足多种多样的应用需求 Labview使用了 所见即所得 的可视化技术建立人机界面 提供了许多仪器面板中的控制对象 如表头 旋钮 开关及坐标平面图等 用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对象 就是LabView提供了多种强有力的工具箱和函数库 并集成了很多仪器硬件库 随着现代测试技术的不断发展 以LABVIEW为软件平台虚拟仪器测量技术正在现代测控领域占据越来越重要的位置 随着计算机技术的飞速发展 美国国家仪器公司率先提出了虚拟仪器的概念 彻底打破了传统仪器由厂家定义 用户无法改变的模式 使测控仪器发生了巨大变革 虚拟仪器技术充分利用计算机的强大运算处理功能 突破传统仪器在数据处理 显示 传输 存储等方面的限制 通过交互式图形界面实现系统控制和显示测量数据 并使用框图模块指定各种功能 采用集成电路温度传感器和虚拟仪器方便地构建一个测温系统 且外围电路简单 易于实现 便于系统硬件维护 功能扩展 2020 3 18 4 1 2主要工作智能家居系统是指依靠传统的计算机扩展不同的接口部件 要实现家居的智能化就一定要实时且智能的更新数据 通过这些更新的数据进行相应的操作实现智能化 其中涉及本专业的主要是数据的采集 电路的设计和硬件的驱动 本文主要介绍 将计算机与网络技术 信息技术 自动控制技术等相结合 实现使室内的温度 湿度 光照度等保持一个基本平衡的状态的目标 同时对室内温度的实现控制进行LABVIEW仿真 数据采集的目的在于测量一个电气或物理量 如电压 电流 温度 压力或声音 基于PC的数据采集通过软硬件与计算机的结合 实现了测量的自动化并提供可分析得数据 因此如何将采集到的数据转换成控制信号是本文的核心 2020 3 18 5 总体设计方案 02 2020 3 18 6 2 总体设计方案温度控制设计 升温 降温是通过调节方波的占空比 PWM方式调控 来实现的 如果外界温度值还没有达到设定温度范围时 那么就需要使得火炉的占空比高一些 同时风扇的占空比为0 以达到对外界物体进行升温的效果 当外界的温度逐渐接近设定温度值时 火炉的方波的占空比会变小甚至为零 当外部的温度超过设定的温度时 就要增加电扇的占空比来降低温度 进而使得温度维持平衡 基于此我们在温度的控制的这一部分 通过判断外部温度和设定温度的差值的温度范围来实现温度调节器的档位选取 经过判断程序 实现程序设计 我们可以直观的看到经过系统处理后的成果 这样便于分析系统中可能存在的问题 这个程序的显示部分由三大部分组成 首先就是温度的曲线图像 利用电压来模拟外部的温度变化可以从温度曲线图像上直观的看到 第二部分就是比温度控制器的图像 温度控制器是由电炉和风扇组成 所以这部分的就有两个图像组成 一个是加热占空比图像 另一个就是制冷占空比图像 温度的变化必定会使得这两个温度占空比的图像发生变化所以 通过这两个占空比图像我们就可以了解到程序的是否正确 基于此labview仿真加热 制冷占空比图像如下 验证程序的正确性后 进行调节器的温度显示以及档位指示灯部分 这里我设计了两个表用来显示我加热和制冷的仪器的工作示数 档位指示灯就是用来更为清晰地掌握此时温度调节器工作在什么档位级别 方便使用者更加的了解其工作的状态 2020 3 18 7 温度控制设计 湿度的概念是空气中含有水蒸气的多少 它有三种表示方法 第一是绝对湿度 表示每立方米空气中所含的水蒸气的量 单位是千克 立方米 第二是含湿量 表示每千克干空气所含有的水蒸气量 单位是千克 千克 干空气 第三是相对湿度 表示空气中的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度的比值 得数是一个百分比 日常生活中所指的湿度为相对湿度 而且一般情况下湿度为50 为最舒适的环境 而我们要设置极限数据一般设为80 因此如果湿度传感器持续采集到10个湿度数据的平均值超过80 RH 则关闭窗户 否则打开窗户 2020 3 18 8 光照控制方法 照度 Luminosity 指物体被照亮的程度 采用单位面积所接受的光通量来表示 表示单位为勒 克斯 Lux lx 即1m 1mC2 1勒 克斯 等于1流 明 lumen lm 的光通量均匀分布于1mC2面积上的光照度 照度是以垂直面所接受的光通量为标准 若倾斜照射则照度下降 照度的计算方法 有利用系数法 概算曲线法 比功率法和逐点计算法等 表1提供了几种不同工作情况下的标准照度值 表1不同工作情况下的标准照度值 那么可以将极限照度设置为明朗的夏天的室内照度的中间值300勒克司 也就是说 当照感器持续采集到10个照度数据的平均值超过300勒克司时 关闭窗帘 否则打开窗帘 具体的功能实现与上述的温度和湿度测试相同 只是设定的参数界限不同 2020 3 18 9 2020 3 18 10 为了保证较好的稳定性和可靠性 同时兼顾成本和工艺 我们选用通用型NTC热敏电阻温度传感器如图1 其芯片的主要成份为过渡金属氧化物 热敏粉料在高温 10000C 13000C 中长时间烧结 形成多晶结构的半导体陶瓷 中温 100C 250C 老化以稳定其性能 经由精密设备分割成微小的基片 再根据生产需要进行各种形式的包封 NTC热敏电阻温度传感器芯片的多晶结构是一种稳态结构 NTC热敏半导体陶瓷材料呈现电阻特性 且阻值随温度的变化符合指定规律 其最大的缺点也在于它的非线性 一般需要经过线性化处理 使输出电压与温度关系基本上成线性关系 图1 2020 3 18 11 NTC热敏电阻温度传感器特点是 尺寸小 0 6 0 6mm 阻值宽 1k lM 阻值精度 1 B值精度比较高 1 2 响应时间为2 15s 我国NTC热敏电阻目前的阻值精度一般为 5 B值精度为 3 时间常数十几秒 选定这个传感器 我们相应的配套电路 如图2 热敏电阻模块对环境温度很敏感 一般用来检测周围环境的温度 通过对电位器的调节 可以改变温度检测的阀值 即控制温度值 如需要控制环境温度为50度时 DO则输出高电平 低于此设定温度值时 输出高电平 DO输出端可以与采集器直接相连 通过采集器直接把数据给普通PC机上的虚拟仪器 由此来检测环境的温度改变 温度检测范围为20 80摄氏度 我们的电路设计主要特点 1 采用NTC热敏电阻传感器 灵敏度好2 比较器输出 信号干净 波形好 驱动能力强 超过15mA 3 配电位器调节温度检测阀值4 工作电压3 3V 5V5 输出形式 数字开关量输出 0和1 6 使用宽电压LM393比较器 2020 3 18 12 Labview仿真 04 2020 3 18 13 LabVIEW仿真 其中制冷 制热 温度调节占空比 系统指示灯labview仿真如下 2020 3 18 14 2020 3 18 15 其中包含相关数据采集 部分图放大如下 2020 3 18 16 总结与展望 05 2020 3 18 17 我们引入基于虚拟仪器技术的智能家居系统 并用虚拟软件将其实现 主要以PC机为核心 当然还可以将无线技术引入到控制系统中 实现真正的智能化 实际运行表明 采用虚拟仪器技术开发的智能家具系统 具有界面友好 功能强大 操作方便 运行稳定等特点 该设置将为智能家居系统的发展提供良好的依据 整个开发过程遵循了UML模型驱动方法 即使用UML用例图 类图 顺序图和活动图进行系统分析和设计 还使用了功能流程图和数据流图 这些图形模型在系统实现过程中起到了指导作用 运用了模块化和逐步求精原理 逐步细化模型和功能 采用了快速原型法 逐个建立起可以运行并完成一些简单操作的程序 调试程序 使用UML模型 发现问题 改进 丰富程序 再进行调试 逐步实现所需功能 在此基础上能进一步去实现智能家具的网络化 智