基于LabVIEW的智能家居監控系統設計

隨著測控技術和網絡通信技術的高速發展及人們家居理念的變化與提升，現代社會家庭成員已把追求數字家庭智能化帶來的多元信息安全、舒適便利的生活環境作為理想目標。因此，如何建立一個高效率、低成本、易擴展的智能家居系統已成為人關注的焦點。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發平臺，是目前最完善、應用最廣泛的圖形化軟件開發集成環境，LabVIEW擁有豐富的工具包，編程效率高，大大縮短了系統開發時間。本設計立足目前智能家居的監控需求，采用虛擬儀器技術，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，構建一個集家居環境監測、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

系統總體框圖見圖1，系統通過各類傳感器模塊采集家居環境的溫度、濕度、光照度、煤氣泄漏、周界安防狀態等信息，經信號調理后，通過USB-6009數據采集卡送入裝有LabVIEW的監控平臺，完成對環境參數的顯示、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控制。視頻探頭采用USB口與PC相連，實時采集家居環境的圖像視頻，實現視頻監控功能。SIM300 GSM模塊通過VISA串口與LabVIEW平臺進行數據交互，當系統出現異常報警情況時，系統向用戶自動發送SMS手機短信報警，實現遠程報警功能。

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對I/O接口設備的驅動完成的。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，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，室內的煙霧和煤氣泄漏則選用MQ-2煙霧傳感器進行監測，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行調節，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)網絡是目前基于時分多址技術和頻分多址技術的通信網絡體系，其網絡覆蓋范圍廣，安全保密性高，又不需要組建專用網絡和對網絡進行維護，具有傳輸速度快、費用低等優點，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模塊發送SMS短信實現。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RS 232接口實現LabVIEW和SIM300模塊的通信，采用LabVIEW軟件開發短信控制程序，實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 系統用戶界面設計

當用戶成功登錄系統后，即可進入智能家居系統的主界面，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測，并對采集的信號進行分析和判斷處理，當出現燃氣泄漏、煙霧、有人闖入等異常情況時系統發出高亮警報、報警信息存儲和遠程手機短信報警。

系統設為有人和無人2種模式，當系統處于有人模式時，僅實現對家居環境的實時監控，當設為無人模式時才開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，通過點擊遙控面板中各功能按鈕，可實現對各房間的燈光、窗簾和空調等設備進行軟硬件控制。