基于labview的网上家居控制平台的设计(编辑修改稿)

基于labview的网上家居控制平台的设计(编辑修改稿)内容摘要：

33 附录 1 LabVIEW 设计平台界面和平台的编程 34 附录 2 电路原理图和电路 PCB 图 36 附 录 3 单片机端程序 38 1 第 1 章 绪论 课题背景 随着计算机网络的迅速普及，奠定了控制网络化的基础，现代控制系统必然成为信息化家居的一个重要组成部分。 近年来随着大规模集成电路技术、自动控制技术、智能技术的发展，诞生了一种被称为“智能控制网络”的新型网络，与一般信息网络不同的是，其主要用于家居控制与 状态数据的传输与通信，而不是为了交流与共享信息。 在信息社会， IT 产业不断地向传统的建筑业、家电业渗透，越来越多的信息智能型家居产品如雨后春笋般涌现，智能家庭局域网、家庭网关、信息家电等这些与智能家居密切相关的名词已经几乎是家喻户晓。 如何建立一 个高效率、低成本的智能家居系统已成为当前社会一个热点问题。 随着智能家居的普及，家电已经能组成一个小型网络进行集中的管理和控制，同时也将面临着一个如何让管理更便捷的问题。 而互联网的发展给我们带来了一个四通八达的网络环境，合理利用这个网络，可以实现远程对家电网络的管理和控制。 设计制作一个家电网络的 Web访问控制网关的系统，使管理者可以通过 PC、 PDA 甚至手机就能够在任何一个可以接入 Inter 的地点对家中的家电网络进行管理和控制。 智能家居与普通家居比较 智能家 居 与普通家 居 最大的区别，就是在家 居 中溶 入了现代高科技元素，被定义为一个过程或者一个系统，利用先进的计算机技术、网络通讯技术和综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机结合起来，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。 与普通的家居相比，智能家 居 改变了普通家居的被动静止结构，让家居成为具有智慧的工具，附予了它人性化的关怀服务，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外界保持信息交流，优化人们的生活，甚至为各种能源费用节省资金。 同时，智能家 居 具有很强的个性化特征。 业主可根据居室的功能和个性化的要求，设计出一个经济、合理的而又符合个体活动习惯的 智能系统方案，在家装过程中，把这些内容融合进去，实现在使用过程中的个性化要求，这是普通家 居 无法实现的。 智能家居系统的研究现状 智能化家居的技术用于我国，目前主要体现在对照明、电器的控制以及安全防范上。 此外，智能化家居还能充当家庭秘书。 它可以通过数字语音留言系统，方便地对家人留言，还能在家或远程提取家人的语音留言。 正如霍尼韦尔安防集团中国区总经理王必清所描述的美好生活， “ 无论是否在家里，都可以通过遥控器或者电话遥控家里的一切；而当你出差在外，一系列探测器保障着你家里的安全，当瓦斯探测器探测 2 到瓦斯泄露 ，当红外探测器探测到非法入侵者，阀门控制器会立刻关闭阀门，报警声会即刻启动，同时报告到物业管理中心或您设定的号码上。 ” 对于未来智能家居市场，在日前召开的 “ 国际智能家居高峰论坛 ” 上，专家们喜忧参半。 喜的是智能家居市场潜力巨大，基于现在房地产业在全国发展态势，作为其下游产业的智能家居市场其前景无疑也将非常乐观。 忧的是智能家居产品多，厂家多，但到目前很少能形成规模化。 随着现代生活方式的改变，信息技术、网络技术的进一步提高，智能化住宅的开发正逐渐走出炒作的时代，智能化家居正逐步走进人们的生活。 据报道 ，深圳市居 众家庭装饰设计工程有限公司正式启动家居智能化项目，开始向智能化家居迈出第一步。 近年来信息技术、嵌入式技术的飞速发展也为家电自动化和智能化提供了可能。 嵌入式系统是现代科学多学科互相融合的以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类控制模块，加上接入 Inter的网络技术，而适应各种应用环境的项目。 1． 4 智能家居系统研究的内容和意义 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。 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。 3 第 2 章 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 Inter 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、 4 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。 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。 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。 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。 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。 智能家居控制系统的功能 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。 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。 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 5 户抄表的低效率、干扰性和不安全因素。 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。 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。 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 Inter 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。 智能家居控制系统发展方向 随着 Inter 的发展和应用，基于 Inter 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 Inter。 以 Inter 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。 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。 6 第 3 章 基于 LabVIEW 网上家居 控制平台设计 设计系统平台的工作原理及功能 系统平台的工作原理： 图 31 系统结构框图 如图 31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 Inter 用户登录界面上完成，而软件平台将作为服务器，完成对 Inter 用户登录界面的监测。 LabVIEW 软件提供一个仪器监控平台，即是 Inter 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。 系统平台的功能：  通过 Inter 网络，用户可以对家居实现远程监控； 基于 LabVIEW 软件平台 Inter 用户界面 Web 登录 身份验证 单片机控制板 控制按钮 控制按钮 模式转换 模式转换 模拟量 模拟量 串口通讯 模拟量 （信号灯） 按钮控制 7  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 LabVIEW 软件介绍 基于 G 语言的图形化编程环境 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）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、 RS232 和 RS485 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。 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 32所示） 图 32 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 8 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 33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 33 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。 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 34 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 35 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 36 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。 9 图 34工具模板 图 35 控制模板 图 36功能模板。