Labview智能家居控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì),軟件工程論文

Labview智能家居控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì),軟件工程論文摘要：本文基于Labview智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真，主要是對(duì)溫度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、聲光控傳感器、煙霧傳感器采集到的溫度信號(hào)、氣體濃度信號(hào)、聲光控信號(hào)、煙霧濃度信號(hào)〔轉(zhuǎn)化并處理為電壓信號(hào)〕輸入到采集卡的輸入端口，采集卡將信號(hào)送入Labview程序處理后，從輸出端輸出調(diào)制脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制的自動(dòng)化、智能化，實(shí)現(xiàn)室溫平衡、空氣質(zhì)量良好、省電節(jié)能、安全的、智能化系統(tǒng)。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：Labview;采集卡;傳感器;人機(jī)界面;程序框圖;智能家居是安裝有智能家居系統(tǒng)的寓居環(huán)境，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防備技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)集成家居生活設(shè)施，構(gòu)建高效的住宅與事務(wù)管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的寓居環(huán)境。家居：是指人生活的各類(lèi)設(shè)備，智能：是指自動(dòng)控制管理。1、系統(tǒng)的總體框架系統(tǒng)的總體框圖見(jiàn)圖1所示。系統(tǒng)通過(guò)各類(lèi)傳感器模塊采集家居環(huán)境的溫度、煙霧、空氣質(zhì)量、聲光控等安防信息，信號(hào)經(jīng)整型后通過(guò)myDAQ數(shù)據(jù)采集卡傳送到Labview監(jiān)控平臺(tái)，完成對(duì)家居環(huán)境參數(shù)的顯示、分析、存儲(chǔ)、報(bào)警功能，并根據(jù)參數(shù)提示對(duì)室內(nèi)家居的溫度、煙霧、空氣質(zhì)量、燈光實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分2.1、NImyDAQ數(shù)據(jù)采集器Labview獲取數(shù)據(jù)的方式方法是通過(guò)對(duì)I/o接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)完成的。NImyDAQ數(shù)據(jù)采集卡擁有模擬輸入〔AI〕通道2個(gè)、模擬輸出通道〔AO)2個(gè)、數(shù)字輸入/輸出通道〔DIO)8個(gè)、15V模組電源一組、+5V電源一組。通過(guò)LabviewNImyDAQ設(shè)置8個(gè)通道采集數(shù)據(jù)，AIO+接溫度傳感器、AI1+接空氣質(zhì)量傳感器、AO0+接電機(jī)、DIO0接JK2繼電器、DIO1接JK1繼電器、DIO2接煙霧傳感器、DIO3接風(fēng)扇、DIO5接電燈。傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)采集卡處理通過(guò)USB送到計(jì)算機(jī)中的Labview進(jìn)行分析計(jì)算。系統(tǒng)構(gòu)造框圖如此圖1所示。2.2、傳感器模塊傳感器模塊有溫度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、空氣質(zhì)量傳感器模塊、聲光控傳感器模塊等組成，采用+5V給傳感器供電。室內(nèi)溫度選用溫度傳感器LM35進(jìn)行監(jiān)測(cè)，特征：輸出從0℃開(kāi)場(chǎng)，溫度每升高1攝氏度，輸出電壓就增加10mv。室內(nèi)的煙霧和煤氣泄漏選用煙霧傳感器QM-N5進(jìn)行監(jiān)測(cè)，模擬量和TTL電平雙路信號(hào)輸出。TTL輸出時(shí)有效信號(hào)是低電平?？諝赓|(zhì)量傳感器QS-01是二氧化錫半導(dǎo)體氣體傳感器，對(duì)各種空氣污染有很高的靈敏度，傳感器阻值減少與氣體濃度增加之間呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系。聲光控傳感器由話筒、光敏電阻、三極管放大電路、IC555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和輸出反向驅(qū)動(dòng)器等組成，當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，輸出端會(huì)輸出低電平脈沖信號(hào)。圖1：系統(tǒng)構(gòu)造框圖圖2：智能家居環(huán)境控制總界面vi前面板3、系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)NILabview是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器公司研制開(kāi)發(fā)，是專(zhuān)為測(cè)試、測(cè)量和控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工程軟件，可快速訪問(wèn)硬件I/O和數(shù)據(jù)信息，Labview使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。3.1、系統(tǒng)用戶(hù)界面設(shè)計(jì)智能家居環(huán)境控制總界面vi前面板見(jiàn)圖2所示，由于Labview是人機(jī)交互界面，具有監(jiān)測(cè)和控制功能，所以在總界面中能夠?qū)蛷d、臥室、廚房三個(gè)房間的溫度、煙霧、空氣質(zhì)量、聲光控等安防信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判定處理，當(dāng)出現(xiàn)溫度超出限制范圍、煙霧濃度異常〔燃?xì)庑孤?、發(fā)生火災(zāi)等〕、空氣質(zhì)量異?！参廴練怏w濃度異?！?、聲光控信號(hào)變化系統(tǒng)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、界面中的相應(yīng)控制功能指示燈變化〔改變顏色〕、發(fā)出報(bào)警信息、驅(qū)動(dòng)相應(yīng)控制：制冷〔或者制熱〕控制、驅(qū)動(dòng)空氣清新電機(jī)〔排風(fēng)扇〕、驅(qū)動(dòng)燈開(kāi)關(guān)等。3.2、數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序使用函數(shù)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集、設(shè)置、閥值分析。采集數(shù)據(jù)的方式方法：根據(jù)采集任務(wù)開(kāi)創(chuàng)建立數(shù)據(jù)通道，設(shè)置數(shù)據(jù)采集的參數(shù)，調(diào)用讀取或?qū)懭牒瘮?shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和控制。停止執(zhí)行任務(wù)。3.3、溫度處理程序編程思路：升溫、降溫是通過(guò)調(diào)節(jié)空調(diào)工作形式〔制冷、制熱〕來(lái)實(shí)現(xiàn)的。程序前面板設(shè)計(jì)：上限溫度、下線溫度的輸入框：用數(shù)值輸入控件制作，能夠設(shè)定溫度范圍；制冷、制熱指示燈：用布爾控件制作：當(dāng)測(cè)量的實(shí)時(shí)溫度在控制范圍內(nèi)時(shí)，制冷、制熱指示燈顯示綠色，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度超出上限〔下限〕時(shí)，制冷〔制熱〕指示燈變成紅色，同時(shí)通過(guò)采集卡的DIO0(DIO1〕端口驅(qū)動(dòng)JK2(JK1〕繼電器吸合、啟動(dòng)空調(diào)制冷〔制熱〕功能。程序框圖設(shè)計(jì)：DAQ助手通過(guò)AIO+端口采集溫度傳感器模塊的電壓值、根據(jù)公式〔實(shí)時(shí)溫度T=125*電壓值〕轉(zhuǎn)換成實(shí)時(shí)溫度值與設(shè)定值比擬，當(dāng)大于等于上限值時(shí)，驅(qū)動(dòng)繼電器JK1執(zhí)行制冷操作；當(dāng)小于等于下限值時(shí)，驅(qū)動(dòng)繼電器JK2執(zhí)行制熱操作；3.4、空氣質(zhì)量處理程序3.4.1、編程思路空氣質(zhì)量的改善是通過(guò)調(diào)節(jié)方波的占空比〔PWM方式調(diào)控〕控制電機(jī)轉(zhuǎn)速更新空氣實(shí)現(xiàn)的。3.4.2、程序前面板設(shè)計(jì)空氣與電機(jī)控制模塊，制作四個(gè)狀態(tài)提示燈〔布爾控件〕分別代表空氣的四種狀態(tài)，很好、良好、較差、很差；因空氣采集模塊是與電機(jī)的模擬量輸出結(jié)合，所以將電機(jī)采集物理通道顯示出來(lái)。3.4.3、程序框圖設(shè)計(jì)根據(jù)功能編寫(xiě)程序框圖，Labview通過(guò)AI1+端口采集空氣質(zhì)量傳感器的模擬電壓數(shù)據(jù)，采集的模擬電壓分為四個(gè)等級(jí)來(lái)表示四種空氣質(zhì)量的狀態(tài)。見(jiàn)圖2所示的軟件界面，采用四個(gè)提示燈來(lái)表示空氣質(zhì)量的四種狀態(tài)，當(dāng)空氣質(zhì)量處于哪種狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)提示燈便點(diǎn)亮，同時(shí)將采集的電壓以數(shù)值的形式表現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)采集數(shù)據(jù)的電壓值小于等于2.45時(shí)，空氣質(zhì)量為很好指示燈亮，當(dāng)電壓位于2.45～2.8之間時(shí)〔包含2.45〕，空氣質(zhì)量為良好指示燈亮；當(dāng)電壓位于2.8～3.15之間時(shí)〔包含2.8〕，空氣質(zhì)量為較差指示燈亮，當(dāng)電壓大于等于3.15時(shí)，空氣質(zhì)量為很差指示燈亮。Labview軟件能夠檢測(cè)空氣的質(zhì)量狀態(tài)，并通過(guò)對(duì)空氣質(zhì)量狀態(tài)的判定來(lái)控制電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速。四種狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四種相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制，給電機(jī)模塊輸入調(diào)制脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)脈沖信號(hào)寬度的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。將脈沖信號(hào)的幅值設(shè)定為5V，這是固定值。通過(guò)對(duì)寬度的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)脈沖的寬度，詳細(xì)如下：當(dāng)空氣狀態(tài)為很好時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)將寬度設(shè)為0；當(dāng)空氣狀態(tài)為良好時(shí)，此時(shí)電機(jī)稍微轉(zhuǎn)動(dòng)，將寬度設(shè)為20；當(dāng)空氣狀態(tài)為較差時(shí)，此時(shí)電機(jī)較大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)，將寬度設(shè)為60；當(dāng)空氣狀態(tài)為很差時(shí)，此時(shí)電機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，將寬度設(shè)為125；如此圖3所示。3.5、煙霧與風(fēng)扇控制處理程序3.5.1、編程思路煙霧的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制風(fēng)扇啟動(dòng)停止實(shí)現(xiàn)的。3.5.2、程序前面板設(shè)計(jì)煙霧與風(fēng)扇控制模塊：煙霧指示燈用布爾控件制作、綠色表示沒(méi)有監(jiān)測(cè)到煙霧，紅色表示監(jiān)測(cè)到有煙霧；選擇風(fēng)扇的圖片，制作風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的控件。煙霧采集通道與風(fēng)扇控制通道要顯示出來(lái)。3.5.3、程序框圖設(shè)計(jì)煙霧通道通過(guò)DIO2數(shù)字輸入采集TTL電平狀態(tài)，通過(guò)DIO3數(shù)字輸出TTL電平控制風(fēng)扇。通過(guò)myDAQ助手開(kāi)創(chuàng)建立虛擬通道〔myDAQ1/port0/line2〕，任務(wù)開(kāi)場(chǎng)，讀取煙霧傳感器的TTL電平數(shù)據(jù)，停止任務(wù)。通過(guò)myDAQ助手開(kāi)創(chuàng)建立虛擬通道〔myDAQ1/port0/line3〕,任務(wù)開(kāi)場(chǎng)，寫(xiě)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)的TTL數(shù)據(jù)，停止任務(wù)。當(dāng)煙霧傳感器沒(méi)有檢測(cè)到煙霧時(shí)，煙霧指示燈為綠色安全狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)，煙霧指示燈變?yōu)榧t色，軟件界面的風(fēng)扇框圖開(kāi)場(chǎng)模擬風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，直到煙霧重新檢測(cè)為正常狀態(tài)后便停止。如此圖4所示。圖3：智能家居溫度和空氣質(zhì)量控制vi程序框圖圖4：煙霧和聲光報(bào)警控制vi程序框圖3.6、聲光控與電燈控制處理程序Labview通過(guò)DIO4通道采集聲光控傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)，