基于LabVIEW的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

隨著測控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高速發(fā)展及人們家居理念的變化與提升，現(xiàn)代社會家庭成員已把追求數(shù)字家庭智能化帶來的多元信息安全、舒適便利的生活環(huán)境作為理想目標(biāo)。因此，如何建立一個高效率、低成本、易擴展的智能家居系統(tǒng)已成為人關(guān)注的焦點。虛擬儀器強調(diào)“軟件就是儀器”的新概念，它是在計算機為核心的硬件平臺上，配以相應(yīng)測試功能硬件作為I/O接口，利用儀器軟件由用戶自己定義、設(shè)計測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)，虛擬儀器具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、結(jié)果輸出顯示三大基本功能。LabVIEW是NI美國國家儀器公司的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，是目前最完善、應(yīng)用最廣泛的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，LabVIEW擁有豐富的工具包，編程效率高，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間。本設(shè)計立足目前智能家居的監(jiān)控需求，采用虛擬儀器技術(shù)，以LabVIEW2012為軟件平臺，選用NI公司的USB-6009數(shù)據(jù)采集卡、SIMC OM公司的SIM300GSM模塊和USB攝像頭，構(gòu)建一個集家居環(huán)境監(jiān)測、家用電器控制、安防報警、視頻監(jiān)控等功能為一體的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

系統(tǒng)總體框圖見圖1，系統(tǒng)通過各類傳感器模塊采集家居環(huán)境的溫度、濕度、光照度、煤氣泄漏、周界安防狀態(tài)等信息，經(jīng)信號調(diào)理后，通過USB-6009數(shù)據(jù)采集卡送入裝有LabVIEW的監(jiān)控平臺，完成對環(huán)境參數(shù)的顯示、分析、存儲和報警功能，并根據(jù)相應(yīng)參數(shù)完成對燈光、空調(diào)、窗簾等家居設(shè)備的自動控制。視頻探頭采用USB口與PC相連，實時采集家居環(huán)境的圖像視頻，實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。SIM300 GSM模塊通過VISA串口與LabVIEW平臺進行數(shù)據(jù)交互，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常報警情況時，系統(tǒng)向用戶自動發(fā)送SMS手機短信報警，實現(xiàn)遠程報警功能。

2 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計

2.1 USB-6009數(shù)據(jù)采集卡

LabVIEW軟件獲取數(shù)據(jù)的方法是通過對I/O接口設(shè)備的驅(qū)動完成的。本系統(tǒng)采用的I/O接口設(shè)備為美國NI公司的USB-6009，它是一款USB總線供電14位多功能DAQ數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊提供了8路模擬輸入通道，2路模擬輸出通道，48 kS/s單通道采樣率，12條數(shù)字I/O線，32位計數(shù)器，與LabVIEW兼容。USB6009其即插即用的安裝最大程度降低了配置和設(shè)置時間，USB總線的供電使用戶不再需要攜帶多余外部電源，使用便捷。

2.2 傳感器模塊

傳感器模塊由溫濕度傳感器CHT3W2TLD、光照度傳感器、煙霧傳感器MQ-2、紅外傳感器E18-D50NK等組成。Honeywell公司的溫濕度傳感器，能同時采集溫度和濕度，且線性較好，輸出電壓范圍為0～5 V，溫度測量范圍：-20～85℃，精度：±0.5℃，濕度測量范圍：0～100%RH，精度：±5%RH。光照度采用光敏電阻進行檢測，室內(nèi)的煙霧和煤氣泄漏則選用MQ-2煙霧傳感器進行監(jiān)測，工作電壓直流5 V，模擬量及TTL電平雙路信號輸出，TTL輸出時有效信號為低電平。該傳感器成本低廉，靈敏度較好，穩(wěn)定性可靠，具有快速響應(yīng)恢復(fù)特性。紅外傳感器E18-D50 NK檢測距離可以根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)，具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點，工作電壓直流5 V，輸出為TTL電平信號。

2.3 SIM300 GSM短信模塊

GSM(Global System for Mobile Communication)網(wǎng)絡(luò)是目前基于時分多址技術(shù)和頻分多址技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)體系，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，安全保密性高，又不需要組建專用網(wǎng)絡(luò)和對網(wǎng)絡(luò)進行維護，具有傳輸速度快、費用低等優(yōu)點，在遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)的短信報警功能采用了SIMCOM公司的SIM300 GSM模塊發(fā)送SMS短信實現(xiàn)。SIM300是支持GSM/GPRS 900/1 800/1 900 MHz三頻的低功耗模塊，內(nèi)嵌了處理器，它支持標(biāo)準(zhǔn)RS 232接口，能夠方便地與PC連接。在本系統(tǒng)中即通過RS 232接口實現(xiàn)LabVIEW和SIM300模塊的通信，采用LabVIEW軟件開發(fā)短信控制程序，實現(xiàn)手機對智能家居系統(tǒng)的遠程短信報警功能。

3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計

3.1 系統(tǒng)用戶界面設(shè)計

當(dāng)用戶成功登錄系統(tǒng)后，即可進入智能家居系統(tǒng)的主界面，如圖2所示。在主界面中，用戶可對客廳、臥室、廚房三個房間的溫度、濕度、光照度、可燃氣體、家居安防等信息進行監(jiān)測，并對采集的信號進行分析和判斷處理，當(dāng)出現(xiàn)燃氣泄漏、煙霧、有人闖入等異常情況時系統(tǒng)發(fā)出高亮警報、報警信息存儲和遠程手機短信報警。

系統(tǒng)設(shè)為有人和無人2種模式，當(dāng)系統(tǒng)處于有人模式時，僅實現(xiàn)對家居環(huán)境的實時監(jiān)控，當(dāng)設(shè)為無人模式時才開啟系統(tǒng)報警處理功能。此外，系統(tǒng)考慮設(shè)計了智能遙控面板，如圖3所示，通過點擊遙控面板中各功能按鈕，可實現(xiàn)對各房間的燈光、窗簾和空調(diào)等設(shè)備進行軟硬件控制。