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作者：乐山师范学院 向斌 房彪 余正勇
指导教师：张自友

　　产品简介

　　本设计是基于labview的智能家居监控系统，通过远程PC或移动设备便可随时随地查看和控制家里的电灯、电视机、门窗、燃气管道等的情况，大大减少了家庭安全隐患。下位机系统是采用STC15F2K61S2单片机为主控芯片，采用烟雾传感器、温度传感器、红外线热释传感器、接近开关共同来监测火灾报警和是否有人非法闯入的情况;上位机系统采用NI labvIEW 2012开发，实现了数据显示、数据分析、数据存储、远程控制与共享的功能;提供了系统用户管理、背景图片切换等特效;也可以通过labvIEW工具包实现跨平台的监控应用;例如：可以在IOS、安卓等设备上运行上位机程序。
　　与传统的智能家居管理系统相比较，传统的智能家居管理系统只是一个孤立的网络系统，不能够实现与外部网络通信，也只兼容一、两种硬件设备，我们的系统则可以兼容更多的硬件设备，例如：串口设备、USB设备、WIFI无线设备、以太网设备、蓝牙设备和红外等设备。除此外还有上、下位机共同控制和监测家电器和门的功能。

　　平台选型说明

　　本系统是基于STC15F2K61S2单片机平台和labvIEW 2012的家居智能系统

　　设计说明

　　一、系统总体结构
　　系统结构包括Stc15fzk61s2核心板、火灾检测模块、防盗检测模块、家用设备模块、串口模块、上位机模块。系统结构图如下图所示。　　

　　二 、设计方案
　　1、火灾、防盗报警方案
　　火灾报警采用DS18B20温度传感器做为温度采集模块，烟雾传感器MQ-5作为烟雾采集模块，利用这两个模块对家庭内部的温度、烟雾、煤气泄漏等数据进行监测，从而实现对火灾的智能监测。
　　防盗报警采用红外接近开关对窗户非法闯入进行监测，当有人尝试破坏窗户进入室内，红外接近开关就提前监测到有人闯入，另外室内安装有红外热释传感器，实现室内监测有无非法闯入，下位机将所采集的信息发送至上位机判别和处理;当家庭内部出现火灾，煤气泄漏、非法闯入等紧急情况时下位机通过控制蜂鸣器发声、实现下位机智能报警;当下位机监测到报警，同时将报警信息传至上位机，上位机界面会提示用户家庭有火灾发生或是有人非法闯入。

　　2、上、下位机智能控制、监测家用设备方案
　　下位机采用红外遥控控制家用设备，系统采用ST1838红外接收头来采集红外遥控信息，内部设有8位用户码，使安全性能大大提高。我们通过主控单片机进行解码，不同的码值来控制不同的家用设备的启停;系统利用红外遥控来控制门的开关，家里电灯、电视的开关。
　　上位机控制家用设备采用串口双工通信，下位机采集家用设备工作状态的信息，通过串口将采集处理后的信息发送到上位机，上位机则能监测家用设备的工作状态，上位机可向下发送命令，下位主控芯片指令解析，通过不同的指令控制相应的设备。

　　3、上位机数据存储管理方案
　　采用TXT电子表格形式存储数据，不仅可以通过记事本打开文件，还可以使用excel软件打开做后续的分析。
　　在写入文件时，用户可以自定义设置需要存储哪些参数。而且还可以设置存储的速率，10ms-1000ms/帧为宜。

　　4、上位机远程数据共享方案
　　采用TCP/IP协议进行数据传输，使用所有支持TCP/IP协议的网络设备。比如电脑、智能手机、智能电视机等等。只需要输入对方的IP地址和共享的端口号，使之匹配，即可实现数据的共享。

　　三、设计原理
　　1、火灾、防盗数据采集模块
　　火灾报警采用DS18B20作为温度采集模块，除了温度采集模块，系统还利用MQ-5烟雾采集模块对室内的烟雾和煤气泄漏进行检测，下面是温度采集模块和烟雾采集模块的原理图：　　

　　防盗模块电路是采用红外热释传感器和接近开关(光电开关)来共同监测是否有人非法闯入;下面是防盗电路的原理图(左热释传感器原理图，右接近开关原理图)：　　

　　2、通信模块原理
　　我们采用普通的串口通信，因为其适用于许多接口电路，只需将别人开发好的驱动程序装入电脑，就能实现PC与MCU的握手连接，下面是通信模块的原理图：　　

　　3、家用设备模块
　　家用设备模块，我们采用简单的LED模拟家用电灯、电视机，另外门锁我们采用可以用直流电控制其门开关的门锁，它既是普通的锁可以用钥匙打开，也可以通过单片机控制其开关。

　　4、上位机架构
　　本系统的上位机应用程序是由NI labvIEW 2012来开发的。本系统的上位机软件主要包含四大软件模块：分别是UI更新模块、状态机处理、数据采集与仪器配置和数据存储与共享模块。架构上采用：
　　连续测量与控制架构，将各个模块封装成并行循环结构。特别适用于多核处理器的PC机上，操作系统会自动将各个模块放置到各自的处理器上运行单独的线程。这样可以大大发挥多核处理器的潜能。
　　OPP面向对象编程方法：将各个模块封装成子类，由父类来调用。例如将仪器驱动划为单独子类，这样可以随着仪器的更新和升级，只需要轻易改变代码结构就可以使之匹配了。
　　队列数据传输与指令传输:模块之间的通信是依靠队列来传递，这样可以做到低耦合，高内聚特点。减少代码的复杂性。最重要的是在采集速率大于数据存储速率情况下，可以将数据缓存到内存中，然后逐个写入存储设备中，提高系统的运行效率。　　

　　产品特色

　　1、先进性
　　1、嵌入式系统与计算机虚拟仪器相结合，充分发挥系统的优势;具有低成本、高实效性、强大的数据处理能力和良好的用户体验效果。
　　2、不单是孤立的网络系统，能够实现与外部网络通信，可以通过TCP/IP协议将数据上传至远程服务器，利用云计算来对数据的共享等后续处理。
　　3、不止兼容一种硬件设备;可与USB设备、WIFI无线设备、以太网设备、蓝牙设备和红外设备通信。
　　4、本系统利用labvIEW整合这些资源从而具备：家庭设备网络化，设备自动化，娱乐智能化。

　　2、实用性
　　1、远程智能控制，在网吧、办公室、肯德基等能上网的地方都能实现远程智能控制。
　　2、可与USB设备、WIFI无线设备、以太网设备、蓝牙设备和红外设备通信。
　　3、用于远程监测火灾和是否有人非法闯入等领域的使用。还可以用于数据存储分析和综合绘图等方面。

　　3、创新性
　　通过远程PC或移动设备便可随时随地查看和控制家里的电灯、电视机、门窗、燃气管道的情况，大大减少了家庭安全隐患。同时还可以扩展至提前开空调，在夏日感受家的清凉，还可以对电视频道、音量进行控制，一个移动控制面板代替全屋的遥控器，甚至是浇花系统开始浇花，电饭煲开始煮饭，都是一键搞定。

系统演示视频：