基于LabVIEW的智能家居监控系统设计

随着测控技术和网络通信技术的高速发展及人们家居理念的变化与提升，现代社会家庭成员已把追求数字家庭智能化带来的多元信息安全、舒适便利的生活环境作为理想目标。因此，如何建立一个高效率、低成本、易扩展的智能家居系统已成为人关注的焦点。虚拟仪器强调“软件就是仪器”的新概念，它是在计算机为核心的硬件平台上，配以相应测试功能硬件作为I/O接口，利用仪器软件由用户自己定义、设计测试功能的一种计算机仪器系统，虚拟仪器具有数据采集、数据分析处理、结果输出显示三大基本功能。LabVIEW是NI美国国家仪器公司的虚拟仪器软件开发平台，是目前最完善、应用最广泛的图形化软件开发集成环境，LabVIEW拥有丰富的工具包，编程效率高，大大缩短了系统开发时间。本设计立足目前智能家居的监控需求，采用虚拟仪器技术，以LabVIEW2012为软件平台，选用NI公司的USB-6009数据采集卡、SIMC OM公司的SIM300GSM模块和USB摄像头，构建一个集家居环境监测、家用电器控制、安防报警、视频监控等功能为一体的智能家居监控系统。

1 系统的总体设计

系统总体框图见图1，系统通过各类传感器模块采集家居环境的温度、湿度、光照度、煤气泄漏、周界安防状态等信息，经信号调理后，通过USB-6009数据采集卡送入装有LabVIEW的监控平台，完成对环境参数的显示、分析、存储和报警功能，并根据相应参数完成对灯光、空调、窗帘等家居设备的自动控制。视频探头采用USB口与PC相连，实时采集家居环境的图像视频，实现视频监控功能。SIM300 GSM模块通过VISA串口与LabVIEW平台进行数据交互，当系统出现异常报警情况时，系统向用户自动发送SMS手机短信报警，实现远程报警功能。

2 系统硬件部分设计

2.1 USB-6009数据采集卡

LabVIEW软件获取数据的方法是通过对I/O接口设备的驱动完成的。本系统采用的I/O接口设备为美国NI公司的USB-6009，它是一款USB总线供电14位多功能DAQ数据采集模块。该模块提供了8路模拟输入通道，2路模拟输出通道，48 kS/s单通道采样率，12条数字I/O线，32位计数器，与LabVIEW兼容。USB6009其即插即用的安装最大程度降低了配置和设置时间，USB总线的供电使用户不再需要携带多余外部电源，使用便捷。

2.2 传感器模块

传感器模块由温湿度传感器CHT3W2TLD、光照度传感器、烟雾传感器MQ-2、红外传感器E18-D50NK等组成。Honeywell公司的温湿度传感器，能同时采集温度和湿度，且线性较好，输出电压范围为0～5 V，温度测量范围：-20～85℃，精度：±0.5℃，湿度测量范围：0～100%RH，精度：±5%RH。光照度采用光敏电阻进行检测，室内的烟雾和煤气泄漏则选用MQ-2烟雾传感器进行监测，工作电压直流5 V，模拟量及TTL电平双路信号输出，TTL输出时有效信号为低电平。该传感器成本低廉，灵敏度较好，稳定性可靠，具有快速响应恢复特性。红外传感器E18-D50 NK检测距离可以根据要求进行调节，具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，工作电压直流5 V，输出为TTL电平信号。

2.3 SIM300 GSM短信模块

GSM(Global System for Mobile Communication)网络是目前基于时分多址技术和频分多址技术的通信网络体系，其网络覆盖范围广，安全保密性高，又不需要组建专用网络和对网络进行维护，具有传输速度快、费用低等优点，在远程智能监控系统中得到了广泛的应用。本系统的短信报警功能采用了SIMCOM公司的SIM300 GSM模块发送SMS短信实现。SIM300是支持GSM/GPRS 900/1 800/1 900 MHz三频的低功耗模块，内嵌了处理器，它支持标准RS 232接口，能够方便地与PC连接。在本系统中即通过RS 232接口实现LabVIEW和SIM300模块的通信，采用LabVIEW软件开发短信控制程序，实现手机对智能家居系统的远程短信报警功能。

3 系统软件程序设计

3.1 系统用户界面设计

当用户成功登录系统后，即可进入智能家居系统的主界面，如图2所示。在主界面中，用户可对客厅、卧室、厨房三个房间的温度、湿度、光照度、可燃气体、家居安防等信息进行监测，并对采集的信号进行分析和判断处理，当出现燃气泄漏、烟雾、有人闯入等异常情况时系统发出高亮警报、报警信息存储和远程手机短信报警。

系统设为有人和无人2种模式，当系统处于有人模式时，仅实现对家居环境的实时监控，当设为无人模式时才开启系统报警处理功能。此外，系统考虑设计了智能遥控面板，如图3所示，通过点击遥控面板中各功能按钮，可实现对各房间的灯光、窗帘和空调等设备进行软硬件控制。

3.2 数据采集程序

主程序采用生产者一消费者(事件)架构，生