Labview智能家居控制系统的硬件与软件设计,软件工程论文

Labview智能家居控制系统的硬件与软件设计,软件工程论文摘要：本文基于Labview智能家居控制系统设计与仿真，主要是对温度传感器、空气质量传感器、声光控传感器、烟雾传感器采集到的温度信号、气体浓度信号、声光控信号、烟雾浓度信号〔转化并处理为电压信号〕输入到采集卡的输入端口，采集卡将信号送入Labview程序处理后，从输出端输出调制脉冲信号，实现测量、控制的自动化、智能化，实现室温平衡、空气质量良好、省电节能、安全的、智能化系统。本文关键词语：Labview;采集卡;传感器;人机界面;程序框图;智能家居是安装有智能家居系统的寓居环境，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防备技术、自动控制技术、音视频技术集成家居生活设施，构建高效的住宅与事务管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的寓居环境。家居：是指人生活的各类设备，智能：是指自动控制管理。1、系统的总体框架系统的总体框图见图1所示。系统通过各类传感器模块采集家居环境的温度、烟雾、空气质量、声光控等安防信息，信号经整型后通过myDAQ数据采集卡传送到Labview监控平台，完成对家居环境参数的显示、分析、存储、报警功能，并根据参数提示对室内家居的温度、烟雾、空气质量、灯光实现自动控制。2、系统硬件设计部分2.1、NImyDAQ数据采集器Labview获取数据的方式方法是通过对I/o接口设备的驱动完成的。NImyDAQ数据采集卡拥有模拟输入〔AI〕通道2个、模拟输出通道〔AO)2个、数字输入/输出通道〔DIO)8个、15V模组电源一组、+5V电源一组。通过LabviewNImyDAQ设置8个通道采集数据，AIO+接温度传感器、AI1+接空气质量传感器、AO0+接电机、DIO0接JK2继电器、DIO1接JK1继电器、DIO2接烟雾传感器、DIO3接风扇、DIO5接电灯。传感器的数据经采集卡处理通过USB送到计算机中的Labview进行分析计算。系统构造框图如此图1所示。2.2、传感器模块传感器模块有温度传感器模块、烟雾传感器模块、空气质量传感器模块、声光控传感器模块等组成，采用+5V给传感器供电。室内温度选用温度传感器LM35进行监测，特征：输出从0℃开场，温度每升高1摄氏度，输出电压就增加10mv。室内的烟雾和煤气泄漏选用烟雾传感器QM-N5进行监测，模拟量和TTL电平双路信号输出。TTL输出时有效信号是低电平。空气质量传感器QS-01是二氧化锡半导体气体传感器，对各种空气污染有很高的灵敏度，传感器阻值减少与气体浓度增加之间呈现对数关系。声光控传感器由话筒、光敏电阻、三极管放大电路、IC555组成的单稳态触发器和输出反向驱动器等组成，当检测到信号时，输出端会输出低电平脉冲信号。图1：系统构造框图图2：智能家居环境控制总界面vi前面板3、系统软件程序设计NILabview是一种程序开发环境，由美国国家仪器公司研制开发，是专为测试、测量和控制应用而设计的系统工程软件，可快速访问硬件I/O和数据信息，Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。3.1、系统用户界面设计智能家居环境控制总界面vi前面板见图2所示，由于Labview是人机交互界面，具有监测和控制功能，所以在总界面中能够对客厅、卧室、厨房三个房间的温度、烟雾、空气质量、声光控等安防信息进行监测，并对采集的数据进行分析和判定处理，当出现温度超出限制范围、烟雾浓度异常〔燃气泄漏、发生火灾等〕、空气质量异常〔污染气体浓度异常〕、声光控信号变化系统显示实时数据、界面中的相应控制功能指示灯变化〔改变颜色〕、发出报警信息、驱动相应控制：制冷〔或者制热〕控制、驱动空气清新电机〔排风扇〕、驱动灯开关等。3.2、数据采集程序设计数据采集程序使用函数对环境参数进行采集、设置、阀值分析。采集数据的方式方法：根据采集任务开创建立数据通道，设置数据采集的参数，调用读取或写入函数，实现信号的采集和控制。停止执行任务。3.3、温度处理程序编程思路：升温、降温是通过调节空调工作形式〔制冷、制热〕来实现的。程序前面板设计：上限温度、下线温度的输入框：用数值输入控件制作，能够设定温度范围；制冷、制热指示灯：用布尔控件制作：当测量的实时温度在控制范围内时，制冷、制热指示灯显示绿色，当实时温度超出上限〔下限〕时，制冷〔制热〕指示灯变成红色，同时通过采集卡的DIO0(DIO1〕端口驱动JK2(JK1〕继电器吸合、启动空调制冷〔制热〕功能。程序框图设计：DAQ助手通过AIO+端口采集温度传感器模块的电压值、根据公式〔实时温度T=125*电压值〕转换成实时温度值与设定值比拟，当大于等于上限值时，驱动继电器JK1执行制冷操作；当小于等于下限值时，驱动继电器JK2执行制热操作；3.4、空气质量处理程序3.4.1、编程思路空气质量的改善是通过调节方波的占空比〔PWM方式调控〕控制电机转速更新空气实现的。3.4.2、程序前面板设计空气与电机控制模块，制作四个状态提示灯〔布尔控件〕分别代表空气的四种状态，很好、良好、较差、很差；因空气采集模块是与电机的模拟量输出结合，所以将电机采集物理通道显示出来。3.4.3、程序框图设计根据功能编写程序框图，Labview通过AI1+端口采集空气质量传感器的模拟电压数据，采集的模拟电压分为四个等级来表示四种空气质量的状态。见图2所示的软件界面，采用四个提示灯来表示空气质量的四种状态，当空气质量处于哪种状态时，对应的状态提示灯便点亮，同时将采集的电压以数值的形式表现出来。当采集数据的电压值小于等于2.45时，空气质量为很好指示灯亮，当电压位于2.45～2.8之间时〔包含2.45〕，空气质量为良好指示灯亮；当电压位于2.8～3.15之间时〔包含2.8〕，空气质量为较差指示灯亮，当电压大于等于3.15时，空气质量为很差指示灯亮。Labview软件能够检测空气的质量状态，并通过对空气质量状态的判定来控制电机的不同转速。四种状态来实现电机的四种相对应的转速，实现对电机的转速的控制，给电机模块输入调制脉冲信号，通过对脉冲信号宽度的调节来实现对电机转速的控制。将脉冲信号的幅值设定为5V，这是固定值。通过对宽度的调节来调节脉冲的宽度，详细如下：当空气状态为很好时，电机不转动，此时将宽度设为0；当空气状态为良好时，此时电机稍微转动，将宽度设为20；当空气状态为较差时，此时电机较大幅度转动，将宽度设为60；当空气状态为很差时，此时电机快速转动，将宽度设为125；如此图3所示。3.5、烟雾与风扇控制处理程序3.5.1、编程思路烟雾的调节是通过控制风扇启动停止实现的。3.5.2、程序前面板设计烟雾与风扇控制模块：烟雾指示灯用布尔控件制作、绿色表示没有监测到烟雾，红色表示监测到有烟雾；选择风扇的图片，制作风扇转动的控件。烟雾采集通道与风扇控制通道要显示出来。3.5.3、程序框图设计烟雾通道通过DIO2数字输入采集TTL电平状态，通过DIO3数字输出TTL电平控制风扇。通过myDAQ助手开创建立虚拟通道〔myDAQ1/port0/line2〕，任务开场，读取烟雾传感器的TTL电平数据，停止任务。通过myDAQ助手开创建立虚拟通道〔myDAQ1/port0/line3〕,任务开场，写入电机驱动的TTL数据，停止任务。当烟雾传感器没有检测到烟雾时，烟雾指示灯为绿色安全状态，当检测到烟雾时，烟雾指示灯变为红色，软件界面的风扇框图开场模拟风扇转动，直到烟雾重新检测为正常状态后便停止。如此图4所示。图3：智能家居温度和空气质量控制vi程序框图图4：烟雾和声光报警控制vi程序框图3.6、声光控与电灯控制处理程序Labview通过DIO4通道采集声光控传感器的数据信号，