基于Labview智能家居控制系统设计与仿真

徐连成

（泰安技师学院电气工程系 山东省泰安市 271000）

智能家居是安装有智能家居系统的居住环境，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、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，并实现环保节能的居住环境。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 NI myDAQ 数据采集器

Labview 获取数据的方法是通过对I/o 接口设备的驱动完成的。NI myDAQ 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Labview NI myDAQ 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。系统结构框图如图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℃开始，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：系统结构框图

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

NI Labview 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，所以在总界面中可以对客厅、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断处理，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。采集数据的方法：根据采集任务创建数据通道，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模式（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，可以设定温度范围；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较，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 软件可以检测空气的质量状态，并通过对空气质量状态的判断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，具体如下：

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，此时电机轻微转动，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 助手创建虚拟通道（myDAQ1/port0/line2），任务开始，读取烟雾传感器的TTL 电平数据，停止任务。通过myDAQ 助手创建虚拟通道（myDAQ1/port0/line3）,任务开始，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始模拟风扇转动，直到烟雾重新检测为正常状态后便停止。如图4所示。

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，通过DIO5 通道输出驱动信号控制灯。蜂鸣器控件，实现当有声时，蜂鸣器为红色标志；当无声时，蜂鸣器为白色标志。Labview 通过虚拟通道读取/写入声光控信号，控制灯亮和蜂鸣器发声。

4 结语

智能家居控制系统，可以对室内环境多种参数进行监测控制，还可以应用到煤矿，对矿井下有毒、易燃、易爆气体进行监控，保护旷工安全、保障安全生产。应用前景广阔。