基于Labview的网上家居控制平台的设计 1 精品.docx

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基于Labview的网上家居控制平台的设计1精品

1．4智能家居系统研究的内容和意义

1.4.1研究的内容

智能化家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防系统、灯光和窗帘控制、场景联动、煤气阀控制、信息家电、空调和新风系统、地板采暖、水处理、可视对讲以及远程通讯系统等有机地结合在一起，通过网络化的综合智能控制和管理，带来真正“以人为本”的全新家居生活体验。

1.4.2研究的意义

智能家居的基本目标，就是为人们提供一个舒适、安全、方便和高效率的生活环境，提供一种富有人性化的服务。

例如：

通过开关控制系统，可以对灯光照明的进行自动调节和开关遥控，轻松实现在任何地方控制任何一组灯，细微之处体现点滴关怀；通过自动监控系统，对火警、煤气泄漏等家居进行安全监控，避免了不必要的损失；智能家居的便利，就是透过琐细生活的中的点点滴滴流露出来的。

1．5本章小结

本章简要介绍了智能家居的概念、内容与研究现状，着重描述了通过网络实现综合智能控制和管理的构想，阐述了家居实行网络化管理的优越性与重要意义。

智能家居控制系统概述

2．1什么是智能家居控制系统

智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通讯、讯息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。

智能家庭控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。

智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。

智能家居是在家庭产品自动化，智能化的基础上，通过网络按拟人化的要求而实现的。

智能家居可以定义为一个过程或者一个系统，利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起。

与普通家居相比，由原来的被动静止结构转变为具有能动智能的工具，提供全方位的讯息交换功能，帮助家庭与外部保持讯息交流畅通。

智能家居强调人的主观能动性，要求重视人与居住环境的协调，能够随心所欲地控制室内居住环境。

因此，具有相当于住宅神经的家庭网络、能够通过这种网络提供的各种服务、能与Internet相连接是构成智能化家居的三个基本条件。

应该注意，家居智能化与家居讯息化和家居自动化，家庭的网络化等有一定的区别。

在住宅中为住户提供一个宽带上网接口，家居讯息化的条件即已具备，但这做不到家居智能化；电饭煲可定时烧饭煲汤，录象机可定时预录预定频道的电视节目，这些仅仅是家电自动化。

讯息化和自动化是家居智能化的前提和条件，实现智能化还需对记录、判别、控制、反馈等过程进行处理，并将这些过程在一个平台实现集成，能按人们的需求实现远程自动控制。

智能化应服务于人们的居家生活，因此应更全面、更富有人性化。

2．2智能家居控制系统的结构

智能家居是IT技术（特别是计算机技术）、网络技术、自动控制技术向传统家电业渗透发展的必然结果。

特别是近年来信息化的高度发展，家居智能化的需求大为增加，并最终促成了智能家居的诞生和不断完善。

智能家居是一个多功能的技术系统，包括可视对讲、安全防范、家居综合布线、照明控制、家电控制、环境状况监测、远程视频监控、声音监听、家庭影音等系统。

家居智能化系统包含的内容比较多，国内目前的产品主要基于总线制、电力线载波、无线方式，在网络连接方面基本上采用总线制联网、电话联网或者通过以太网方式来实现。

2.2.1家居综合布线系统

家居布线系统就是把电话、有线电视、电脑网络、影音系统、家庭自动化控制系统的布线统一规划、布局、集中管理，为实现家居智能化提供网络平台，通过家居综合布线既可以实现智能化控制，又可以做到资源共享，而且采用综合布线，使家庭内部布线系统具有良好的扩展性，并可随时升级，满足用户未来的需要。

2.2.2家居安防系统

家居安防系统可以有效的利用技防手段来实现居家安全防范。

家居安防系统包括防盗、防燃气泄漏、防火等功能，并具备远程监控，住户可以通过网络或电话随时了解家内情况，同时可远程监听或监视家庭内部情况。

2.2.3家庭自动化系统

智能家居的主体在于家庭自动化，未来家庭自动化的主体是家电、照明等电气设备的控制。

自动化系统采用集中或者分布式控制，住户可以通过网络或者电话远程控制家庭内部设备，家居自动化系统是智能家居的主要发展方向。

2.2.4场景环境预置

随着人们对生活体验的个性化要求越来越高，家庭内部影音系统、家庭内部环境、网络虚拟环境等需求也越来越高，人们用在这方面的消费支出也将越来越高，未来的智能化家居也会更多的满足人们这些方面的需求。

2.3　智能家居控制系统的功能

2.3.1家庭安防

安全是居民对智能家居的首要要求，包含家庭安防报警、门窗磁报警、紧急求助、燃气泄漏报警、火灾报警等。

当家庭智能终端处于布防状态时，红外探头探测到家中有人走动，就会自动报警，并通过蜂鸣器和语音实现本地报警，同时将报警信息传到物业保安中心，还可以自动拨号到主人的手机或办公室电话上。

2.3.2可视对讲

通过集成与显示技术，家庭智能终端集成了可视对讲功能，无需另设置室内分机即可实现可视对讲的功能。

2.3.3三表远传

水、电、气表的远程自动抄收计费是智能物业管理的一个重要部分，它解决了入户抄表的低效率、干扰性和不安全因素。

2.3.4网络家电

网络家电是智能家居集成系统的重要组成部分，也代表着家庭智能化的一个重要发展方向。

通过统一的家电联网接口，将网络家电与家庭智能终端相连，组成网络家电系统，实现家用电器的远程监控、故障远程诊断等功能。

2.3.5家庭短信息

物业管理中心与家庭智能终端联网，对住户发布信息，住户可通过家庭智能终端的交互界面选择物业管理公司提供的各种服务。

2.4　智能家居控制系统特点

“科技改变生活”。

智能家居的应用将对我们的家庭生活和生活方式带来深远影响。

●节省费用--在不需要时，能源消耗装置可以自动关闭，这样可以降低您的费用。

●使用方便--自动化系统提供远程遥控接口。

自动化系统还可以把重复的工作自动化。

在您外出时，还可以通过Internet来调整或控制家电。

●安全性高--一套家庭自动化系统在紧急情况时可以防御坏人或报警。

您可以在任何地方可以监控该安全系统，这样可以保证您的家居安全运行。

智能家居可以为人们带来更为惬意﹑轻松的生活在生活﹑工作节奏越来越快的今天，家居智能化也可以为人们减少繁琐家务﹑提高效率﹑节约时间，让人们有更多的时间去休息﹑教育子女﹑锻炼身体和进修，使人们的生活质量有了很大的提高。

2.5　智能家居控制系统发展方向

随着Internet的发展和应用，基于Internet的网络和控制结构是目前和未来智能家居的主要构造方式。

整个智能家居结构的核心是Internet。

以Internet为中心，在家庭网络连接下，结合了多种智能家居功能解决方案，包括家居控制、讯息服务、通讯交流、商务、娱乐、教育、医疗保健、移动通讯。

2.6　本章小结

本章详细介绍了智能家居控制系统的概念、结构、应用场合、系统的功能，以及智能家居控制系统的特点、发展方向等内容。

基于LabVIEW网上家居控制平台设计

3.1　设计系统平台的工作原理及功能

3.1.1　系统平台的工作原理：

图3-1　系统结构框图

如图3-1所示，用户通过Web登录服务器，连接LabVIEW设计的软件平台，通过身份验证后，软件平台开始正式运行。

单片机控制板把板上信号灯模拟量转换为数字信号，再转换为数据字符串通过串口发送到PC机，即软件平台接收数据，通过数据分析，把模拟状态在模拟量变化界面显示出来。

软件平台接收完数据后等待用户控制模式转换，即当用户把模式转换为控制模式时，软件平台把模拟量变化状态转换为数字字符串，通过串口发送到单片机控制板，单片机把接收的数据，加以分析，把数据转换为模拟量，在信号灯显示出来。

其中软件平台与控制板间，串口通讯起重要桥梁作用。

最终的显示与控制都将在Internet用户登录界面上完成，而软件平台将作为服务器，完成对Internet用户登录界面的监测。

LabVIEW软件提供一个仪器监控平台，即是Internet用户登录界面的基础。

单片机控制板，作为一个信息反馈的重要组成部分。

3.1.2　系统平台的功能：

●通过Internet网络，用户可以对家居实现远程监控；

●实现用户身份验证功能；

●系统平的监测与控制功能模式转换；

●单片机控制板的模拟状态显示；

●单片机控制板的按钮改变模拟状态。

3．2　LabVIEW软件开发平台

3.2.1LabVIEW软件介绍

基于G语言的图形化编程环境LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是美国国家仪器公司（NI）的创新软件产品，它是一种功能强大的虚拟仪器开发平台，同时也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。

LabVIEW采用“数据流”编程的思想，用图标和连线来代替传统文本的形式编写程序，大大缩短了系统的开发和调试周期，让用户从繁琐的计算机代码编写中解放出来，把大部分精力投入到系统的设计和分析当中，而不再拘泥于程序细节。

因此LabVIEW被誉为：

科学家和工程师的语言”。

LabVIEW集成了GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，并且它还内置了便于应用TCP/IP、ActivX等软件标准的库函数。

因此，LabVIEW是一个功能强大且灵活的软件，利用它可以方便地组建自己的虚拟仪器。

3.2.2　LabVIEW应用程序的构成

使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，它包括前面板、流程图以及图标/连接器三部分。

●

前面板设计窗口（如图3-2所示）

图3-2　前面板设计窗口

前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入控制和显示输出两类对象，用于模拟真实仪表的前面板。

控制和显示是用各种各样的图标形式出现在前面板，具体表现有旋钮、开关、图形以及其他控制（control）和显示（indicator）对象等。

流程图编辑窗口（如图3-3所示）

流程图提供VI的图形化源程序，可理解为传统程序的源代码。

其由端口、节点、图框和连线构成。

图3-3　流程图编辑窗口

端口：

前面板对象端口、全局变量与局部变量端口和常量端口。

节点：

功能函数节点、子VI节点。

图框：

实现结构化控制命令。

连线：

代表执行过程中的数据流。

3.2.3　LabVIEW的操作模板

设计一个LabVIEW应用程序，主要是利用LabVIEW提供的3个模板来完成：

工具模板、控制模板和功能模板。

●工具模板（如图3-4所示）

工具模板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具。

●控制模板（如图3-5所示）

控制模板只会出现在VI前面板开发窗口。

其主要是提供编程者各种输

入控制、输出显示器件、按钮等。

●功能模板（如图3-6所示）

功能模板只会出现在流程图编辑窗口。

其主要是提供编程者各种编程代码所需要的VI子程序和函数。

图3-4工具模板　　图3-5控制模板图3-6功能模板

3.2.4　LabVIEW编程的优势

在构建虚拟仪器方面，LabVIEW有很多特点和优势。

主要体现以下：

●仪器控制与数据采集的图形化编程。

●直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格。

●内置的编译器可加快程序执行速度。

●数据采集DAQ函数库可以让用户采集测量信号或者发送出控制信号。

●拥有多种仪器驱动程序，可驱动超过50多家厂商所制造的仪器。

●内容丰富的高级分析库，可以进行信号处理、统计等复杂的分析工作。

●利用ActiveX，DDE以及TCP/IP进行网络连接和进行通信。

●有功能超强的分析函数库，可以满足专业的数学分析。

3.3LabVIEW控制台设计

在Internet网络与家居控制是一个网络虚拟环境与家居真实环境，因此需要一个连接它们之间相连接的重要桥梁。

LabVIEW软件刚好可以充当充当该角色。

LabVIEW是一种功能强大的虚拟仪器开发平台。

用图像化编程语言，可以直观地进行虚拟仪器的设计。

运用LabVIEW设计一个有身份验证界面，按键控制界面，模拟量变化界面，数据收集功能，数据发送功能。

当用户登录界面，先要进行身份验证，即密码验证。

成功进入后，进行数据收集或数据发送功能按钮选择。

在数据收集功能时，可以经由模拟量变化了解家居情况。

在数据发送功能时，可以通过按键控制界面，按键控制模拟量变化，并发送相关数据进行家居控制。

数据的发送、接收只要通过串口通讯，使PC机与家居控制板紧密连接。

LabVIEW控制台的基本工作流程（如图3-7）：

图3-7　LabVIEW控制台的基本工作流程框图

用户先进行身份验证，即密码正确后会进入模式选择（默认为接收），选择接收后串口通讯函数做接收数据字符（即模拟量状态的数据信息），经分析后转换为模拟量显示出来。

选择控制后，由按钮控制模拟量变化，并把控制信号，经分析后通过串口通讯函数发送出去。

Labview的控制台（如图3-8），主要包含以下三个内容：

●访客身份密码验证

●家用电器状态采集

●家用电器控制模拟

3.3.1　访客身份密码验证

人们对自身家居，大都持有隐私，也不大乐意对外大方公开家居情况，在这样的情况下，想要通过互联网对家居进行监控。

面对信息万变的网络环境，设置验证密码是必不可少的。

设置访客身份密码之后，主人家就可以让特定人物访问来获得家居信息，并进行控制。

如图3-9，图为LabVIEW前面板设计

的“用户登录”界面，其中包括：

密码输入框、

登录按钮、退出按钮。

图3-9用户登录界面

如图3-10，图为LabVIEW编程窗口，编出相关程序。

图3-10用户登录界面对应编程结构

在VI程序中设置事件结构后就可以对数据流编程进行控制，在事件没有发生之前一直处于等待，如果事件触发就响应执行相应的代码。

本登录框设计了，用户输入密码后，鼠标单击登录按钮后，鼠标复位即触发事件，进行输入密码与预设密码不相等比较。

即如果相等输出为False，否则输出True。

Case结构类似于传统文本语言编程的If...Then...else语句。

Case结构包含有两个或者更多的子框图，每一个子框图包含一段程序代码，由此对应一个程序分支。

由事件结构输出为False，则对应False程序分支，即密码正确，由登录按钮连接到下一程序代码。

输出True，则对应True程序分支，即密码不正确，并弹出相应对话框（如图3-11），提示操作。

事件结构与Case结构都在While结构当中，即只要运行本VI，即程序在不断循环运行当中。

与Case结构相对应，如果密码输入正确可以下一程序代码，但密码错误，可以循环输入。

3.3.2　家用电器状态采集

终端与计算机之间或者计算机与计算机之间进行交换信息时，除了采用并行通讯方式之外，还经常采用串行通讯方式。

串行通讯是指数据一位一位地按顺序传送，其突出优点是只需要一根传输线，特别适应于远距离传输。

LabVIEW在功能模板“InstrumentI/O”\“I/OCompatibility”\“SerialCompatibility”子选项中提供了6个串行通讯函数（如图3-12），包括串口初始化、串口读、串口写、检测缓冲器大小、串口中断以及关闭等功能。

利用LabVIEW提供6个串行通讯函数，就可以通过串口通讯提取单片机控制板的有关模拟状态数据。

并通过数据分析，把数字量转换为模拟量在前面板上显示出来。

家用电器状态采集面板如图3-13所示：

图3-13　家用电器状态采集面板包括控制台和相关数据显示

其相关编程如图3-14所示

图3-14　家用电器状态采集面板相关编程图

用户登录后，即进入模式选择（默认为提取模式）。

模式转换开关中，拨至提取端通过Case语句连通串口读函数“SerialPortRead.vi”，读取串口数据。

进行串口通讯，对串口进行初始化，COM1端口、9600波特率、8位数据位、1bit停止位、无奇偶校验，使参数设置与仪器设备的串口保持一致，保证正确通信。

提取缓冲区1个字符，“串口输入字符串”显示框中显示相关信息，再把字符转换为十进制对应数值，在“指示灯相关数值”显示框中用三位二进制数显示，再把数值进行分析。

LabVIEW软件中，成功引入布尔量，即逻辑数值的控制和显示。

从数值到布尔量的换算，可以认为是数字信号转换为虚拟模拟信号的转换。

从串口通讯中提取的数值进行相关运算（如图3-15）：

图3-15　数值转换布尔量

1、数值输入端输入被转换为布尔数组，即数值转换为“0”或“1”的数字数组，但“0”、“1”被换为“假”、“真”信号，即布尔常量。

2、布尔数组与预定布尔数组进行与运算，得到结果再进行数组或运算，如果得到“真”，相关指示灯就会亮。

根据单片机控制板发送过来的相关字符串0、1、2、3、4、5、6、7，而预定布尔数组用二进制分别表示001、010、100对应灯为绿灯、红灯、黄灯。

通过运算可以得到八种亮灯组合效果。

3、布尔数组或运算后，通过布尔转换为0、1函数，转换为0或1数值，并作返回，为控制模拟作计算变量。

3.3.3家用电器控制模拟

LabVIEW前面板设计控制台，如图3-16所示，主要有三个状态指示灯、对应三个控制按钮以及模式转换开关。

　　　　　　　　　　图3-16控制台界面图