基于LabVIEW的智能家居監控系統設計

隨著(zhù)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，現代社會(huì )家庭成員已把追求數字家庭智能化帶來(lái)的多元信息安全、舒適便利的生活環(huán)境作為理想目標。因此，如何建立一個(gè)高效率、低成本、易擴展的智能家居系統已成為人關(guān)注的焦點(diǎn)。虛擬儀器強調“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，配以相應測試功能硬件作為I/O接口，利用儀器軟件由用戶(hù)自己定義、設計測試功能的一種計算機儀器系統，虛擬儀器具有數據采集、數據分析處理、結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(kāi)發(fā)平臺，是目前最完善、應用最廣泛的圖形化軟件開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，LabVIEW擁有豐富的工具包，編程效率高，大大縮短了系統開(kāi)發(fā)時(shí)間。本設計立足目前智能家居的監控需求，采用虛擬儀器技術(shù)，以LabVIEW2012為軟件平臺，選用NI公司的USB-6009數據采集卡、SIMC OM公司的SIM300GSM模塊和USB攝像頭，構建一個(gè)集家居環(huán)境監測、家用電器控制、安防報警、視頻監控等功能為一體的智能家居監控系統。

1 系統的總體設計

系統總體框圖見(jiàn)圖1，系統通過(guò)各類(lèi)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)信號調理后，通過(guò)USB-6009數據采集卡送入裝有LabVIEW的監控平臺，完成對環(huán)境參數的顯示、分析、存儲和報警功能，并根據相應參數完成對燈光、空調、窗簾等家居設備的自動(dòng)控制。視頻探頭采用USB口與PC相連，實(shí)時(shí)采集家居環(huán)境的圖像視頻，實(shí)現視頻監控功能。SIM300 GSM模塊通過(guò)VISA串口與LabVIEW平臺進(jìn)行數據交互，當系統出現異常報警情況時(shí)，系統向用戶(hù)自動(dòng)發(fā)送SMS手機短信報警，實(shí)現遠程報警功能。

2 系統硬件部分設計

2.1 USB-6009數據采集卡

LabVIEW軟件獲取數據的方法是通過(guò)對I/O接口設備的驅動(dòng)完成的。本系統采用的I/O接口設備為美國NI公司的USB-6009，它是一款USB總線(xiàn)供電14位多功能DAQ數據采集模塊。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條數字I/O線(xiàn)，32位計數器，與LabVIEW兼容。USB6009其即插即用的安裝最大程度降低了配置和設置時(shí)間，USB總線(xiàn)的供電使用戶(hù)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(shí)采集溫度和濕度，且線(xiàn)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(jìn)行檢測，室內的煙霧和煤氣泄漏則選用MQ-2煙霧傳感器進(jìn)行監測，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(shí)有效信號為低電平。該傳感器成本低廉，靈敏度較好，穩定性可靠，具有快速響應恢復特性。紅外傳感器E18-D50 NK檢測距離可以根據要求進(jìn)行調節，具有探測距離遠、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，工作電壓直流5 V，輸出為T(mén)TL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(shí)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(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )和對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行維護，具有傳輸速度快、費用低等優(yōu)點(diǎn)，在遠程智能監控系統中得到了廣泛的應用。本系統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(shí)現。SIM300是支持GSM/GPRS 900/1 800/1 900 MHz三頻的低功耗模塊，內嵌了處理器，它支持標準RS 232接口，能夠方便地與PC連接。在本系統中即通過(guò)RS 232接口實(shí)現LabVIEW和SIM300模塊的通信，采用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)短信控制程序，實(shí)現手機對智能家居系統的遠程短信報警功能。

3 系統軟件程序設計

3.1 系統用戶(hù)界面設計

當用戶(hù)成功登錄系統后，即可進(jìn)入智能家居系統的主界面，如圖2所示。在主界面中，用戶(hù)可對客廳、臥室、廚房三個(gè)房間的溫度、濕度、光照度、可燃氣體、家居安防等信息進(jìn)行監測，并對采集的信號進(jìn)行分析和判斷處理，當出現燃氣泄漏、煙霧、有人闖入等異常情況時(shí)系統發(fā)出高亮警報、報警信息存儲和遠程手機短信報警。

系統設為有人和無(wú)人2種模式，當系統處于有人模式時(shí)，僅實(shí)現對家居環(huán)境的實(shí)時(shí)監控，當設為無(wú)人模式時(shí)才開(kāi)啟系統報警處理功能。此外，系統考慮設計了智能遙控面板，如圖3所示，通過(guò)點(diǎn)擊遙控面板中各功能按鈕，可實(shí)現對各房間的燈光、窗簾和空調等設備進(jìn)行軟硬件控制。