基于LabVIEW的智能家居系统设计与实现end

1、基于LabVIEW的智能家居系统设计与实现段海龙,李静,任淑艳 （天津市信息传感与智能控制重点实验室，天津职业技术师范大学，中国，天津， 300222）摘要：为了创造一个舒适的家居环境，本文以LabVIEW为开发平台，采用无线传感网络技术，实现对温度、湿度和气体浓度等家居环境信号的采集和处理，并且实现对家用电器的监控，如空调，电视、电灯、门窗等。可以通过网络进行发布，实现远程监控。关键词：LabVIEW；智能家居；无线传感网络中图分类号：TM930.12 文献标识码：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作者简介：段海龙(1977- )，男，山西太谷人，讲师，工程师，硕士，现主要从事无线传感器网络，嵌入式系统及仿真技术的研究。通信地址：天津市河西区大沽南路1310号邮编：300222 李静（1977-），女，黑龙江人，讲师，硕士，主要从事虚拟仪器的研究与开发。任淑艳（1980-），女，黑龙江人，讲师，博士，主要从事光学测量和测控技术的研究与开发

5、。项目支持：天津市高校科技发展基金项目(20100711) 天津职业技术师范大学校级项目（KJ10-01）0 引言随着社会经济水平的发展，现在人们的生活追求个性化，自动化，追求快节奏，追求充满乐趣的生活方式，家居要求的档次越来越高，生活家居要求一种人性化，智能化。同时电子技术，计算机网络与通信技术不断地应用到智能家居中，本文以家用PC为平台，采用LabVIEW软件及无线传感网络，设计了一套智能家居系统。1系统总体结构设计 本设计采用了集中控制的方式来实现家居信息的汇总和控制。系统框图如图1所示，主要由两部分组成，一部分是上位PC机部分，放置于具有网络接口的房间，完成全部家居信息的汇集和相应的控

6、制；一部分是下位无线网络部分，放置于各个房间，采集相应房间的信息并完成与主节点的通信。采用这种控制方式一是考虑到现在家用PC和网络接口已经十分普及，在此平台上开发可以降低成本并加快开发进度，二是考虑到无线传感网络可以节省布线的开支，并可以灵活迅速地组网，并且开发的硬件平台具有普适性。图1：系统框图家庭智能化就是通过家居智能管理系统的设施来实现家庭安全、舒适、信息交互与通信的能力。它主要由如下三个方面组成。（1）家庭安全防范（HS）；（2）家庭设备自动化（HA）；（3）家庭通讯（HC）；1.1家庭安全防范（HS）本设计采用的安防方式有：1）陌生人报警。通过图像模块预先拍照登记的方式识别家庭成员及

7、熟人，当发现陌生人时，发出报警，并拍照保存该陌生人的图像。2)敏感声音报警。通过声音模块实时采集声音信息，采用特征声音识别技术增强对门锁开启、玻璃破碎等声音的敏感性。当检测出有敏感声音，立即发出报警声并存储发出警报的时间及类型。3）温湿度报警，煤气报警。通过无线从节点实时采集房间的温湿度信息及气体浓度信息，超出设定的限度，发出报警并存储。4）门磁系统，红外幕帘等安防装置的状态监测与设置。1.2家庭设备自动化（HA）本设计通过集中控制的方式，把家庭的灯光系统、各个电器的状态进行监控。可以实时地对家中各处的灯光系统进行监视，并允许设置。可以实时地控制各种电器，如定时开关窗帘，定时开关热水器空调，控

8、制电视，音响设备等，做到对家庭不留死角的全方位监控。1.3家庭通讯（HC）本设计采用Internet的方式，可以实现在远端实时监控家里的情况。可以使用户在任何具有网络连接的地方对自己家居情况进行网上监控，真正做到智能家居的自动化，使生活充满乐趣。2 系统各功能模块的实现本设计采用LabVIEW7.0作为开发语言，对整个系统进行集成。LabVIEW是美国NI公司利用虚拟仪器技术开发的面向测控领域的软件开发平台，它采用图形化的编程形式，极大地方便了非软件专业的工程师快速编制程序，大大提高工作效率。无线传感网络采用以AVR单片机ATMEGA16控制无线传输芯片NRF24L01的方式来实现。2.1 P

9、C机部分1 图像模块2 这里采用了NI的NI VISION Development Module7.0模块。由于在该模块中未提供USB摄像头采集模块，所以在这里采用的是ctiveX控件技术。在程序中嵌入ezVidC60.ocx控件采集常用的USB摄像头图像数据，并调用该控件的saveDIB属性节点，拍摄照片，再利用VISION的其它控件进行相关图像的处理。人脸识别技术是基于Luxand提供的FaceSDK，采用VC6.0编制了相关的DLL文件，并在LabVIEW调用该DLL以获取人脸识别结果。 声音模块声音采集部分使用LabVIEW提供的声卡操作函数工具：函数>>图形与声音>

10、>声音模块。首先对声卡参数（采样频率、采样位数、缓冲区）进行设置，接着对采集到的声音数据利用一些数据处理模块进行处理。 存储模块存储模块主要采用LabVIEW的文件I/O模块，对发生异常时的报警时间和类型及相关的数据进行存储，以备后续的检查处理。 网络模块 网络模块采用LavVIEW提供的远程面板技术，通过网络来访问远程的VI，实现客户端远程访问本机VI，即使客户端没有安装LabVIEW，或是没有硬件资源，也可以运行本机上的VI。本机上VI的前面板对于客户端来说，就像是Web页上嵌入的图像。 串口通信模块 串口通信是基于LabVIEW的功能模板>>Instrument I/O

11、子模板>>Serial子模板的相应模块来实现的，它可以完成串口设置，串口读写，检测串口缓存、中断等功能。2.2 无线网络部分3 4无线网络的设计采用基于ATMEGA16控制NRF24L01来实现。ATMEGA16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。NRF24L01是先进的单片射频收发芯片，工作于2.42.5 GHz ISM频段，有多达125个频道可供选择，可通过SPI写入数据，数据传输率最快可达2 Mbs，并且有自动应答和自动再发射功能5。传感器部分采用DS18B20温度传感器，HS1101湿度传感器，TP-1.1A甲烷传感器进行相关数据的采集。执行器部分

12、主要是以控制继电器的方式来实现的。 无线主节点 主节点的任务是接收上位机的命令，并开启无线信道，按照命令与从节点进行通信，采集相应从节点上传的数据并回传上位机或传输命令到从节点。其流程图如图2所示。图2：主节点流程图 无线从节点 从节点的任务是接收主节点发来的命令，并依据命令进行相应的操作，完成温湿度，气体浓度的采集并回传给主节点，或发送接收到的相应命令给执行机构。3 系统集成 整个系统集成如图3所示。登录界面是为了保证系统的安全，它提供了用户名、密码、验证码的输入，只有正确输入才能登录到系统的工作界面。系统工作界面是整个系统的核心，完成上述各个功能块。在家用电器远程监控里，设计了监视和控制两方面的功能。图3：工作界面4 结束语整个系统已经开发完成，并且可以顺利运行。整个系统较好地完成了一个智能家居应该有的功能，优点主要体现在无线传感网络的应用，远程控制技术的应用，多媒体技术的应用。但目前该系统还存在一些问题，系统的稳定性还不是很强，并且在软件中还有许多可以优化的地方。这些不足会在后续工作中不断完善。参考文献：1 杨乐平，李海涛，肖相生等.LabVIEW程序设计与应用M.北京：电子工业出版社，20012 姚金杰. 基于L