基于labview的智能家居控制设计

检测技术与仪表实验课程设计题 目 基于labview 的智能家居控制设计姓 名 徐鑫涛 黄敏瑶学 号 3100404112 3100404129专业班级 10电气工程及自动化2班任课教师 李园/钟伟红分 院 信息科学与工程学院完成日期 2012年12月20日宁波理工学院摘要随着嵌入式技术的发展和高速宽带网络的普及, 利用网络实现远程监控已为人们广泛接受,嵌入式网络监控技术正是在此条件下逐步发展成熟起来的. 用户使用Web 浏览器,通过以太网远程访问内置Web 服务器的监控摄像机, 不但可以实现对现场的远程视频监控, 而且可以向监控现场发送指令. 在整个系统的实现过程中, 嵌入式Web 服务器起着十分重要的作用,实现智能化离不开运算和控制单元。

本文中，我们探讨实现室内外温度，湿度，光照强度的智能控制采用虚拟仪器技术，数据采集并测得电气物理量,如电压、电流、温度等，基于数据采集以及labview仿真，通过软硬件与计算机的结合,实现了测量的自动化并提供可分析数据，对于温度程序的核心思想，其实就是利用这个系统能够根据温度的变化做出相应的处理，比如说外部温度比设定的温度高那么我就需要让制冷设备发挥作用来降低温度，设置相关反馈环节，基于LabView的温度控制系统，主要讲述控制系统软件方面的设计，首先对温度传感器采集到的温度信号（转化并处理为电压信号）输入到采集卡模拟输入端口，采集卡将信号送入LabView程序处理后从模拟输出端输出相关有效的PWM调制波形，实现了测量的自动化并提供可分析数据，实现使室内的温度、湿度、光照度等保持一个基本平衡的状态的智能化系统。

Internet向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，现代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21 世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。

当家庭智能网关将家庭中各种各样的家电通过家庭总线技术连接在一起时，就构成了功能强大、高度智能化的现代智能家居系统。

而基于嵌入式系统的家庭智能系统在国内才刚刚出现，随着嵌入式技术更加广泛的应用，随着成本的逐步降低，中国的智能家居最终将走向嵌入式。

关键词：温度反馈嵌入式系统 labview 数据采集目录摘要 (I)目录 (II)1 引言 (1)1.1背景和意义 (1)1.2主要工作 (1)2总体设计方案 (2)2.1系统设计方案 (2)3传感器选型（或者各模块介绍、分部分介绍，如果没有电路部分，那就主要介绍传感器这部分） (3)4LabVIEW仿真 (4)5总结与展望 (8)参考文献 (8)1 引言1.1背景和意义智能家居，又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。

它通过以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，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。

智能家居概念的起源甚早, 但一直未有具体的建筑案例出现, 直到世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后, 美国、加拿大、欧洲和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。

我国的智能家居始于上个世纪90 年代末, 中国的智能家居行业取得了更加迅猛的发展并日益渗透到平常百姓的生活当中。

[6]家居智能化时代正逐步为消费者耳熟能详。

在未来, 没有智能家居在未来, 没有智能家居系统的住宅也许会像今天不能上网的住宅那样不合潮流。

[5]我们运用虚拟仪器的技术，进行labview软件模拟设计，所谓虚拟仪器就是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。

与传统仪器相比，它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。

Labview使用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象。

如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。

用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对象。

就是LabView提供了多种强有力的工具箱和函数库，并集成了很多仪器硬件库。

随着现代测试技术的不断发展，以LABVIEW为软件平台虚拟仪器测量技术正在现代测控领域占据越来越重要的位置。

随着计算机技术的飞速发展，美国国家仪器公司率先提出了虚拟仪器的概念，彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，使测控仪器发生了巨大变革。

虚拟仪器技术充分利用计算机的强大运算处理功能，突破传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制，通过交互式图形界面实现系统控制和显示测量数据，并使用框图模块指定各种功能。

采用集成电路温度传感器和虚拟仪器方便地构建一个测温系统，且外围电路简单，易于实现，便于系统硬件维护、功能扩展。

1.2主要工作智能家居系统是指依靠传统的计算机扩展不同的接口部件,要实现家居的智能化就一定要实时且智能的更新数据,通过这些更新的数据进行相应的操作实现智能化。

其中涉及本专业的主要是数据的采集，电路的设计和硬件的驱动。

本文主要介绍，将计算机与网络技术、信息技术、自动控制技术等相结合,实现使室内的温度、湿度、光照度等保持一个基本平衡的状态的目标。

同时对室内温度的实现控制进行LABVIEW仿真。

数据采集的目的在于测量一个电气或物理量,如电压、电流、温度、压力或声音。

基于PC的数据采集通过软硬件与计算机的结合,实现了测量的自动化并提供可分析得数据，因此如何将采集到的数据转换成控制信号是本文的核心。

2总体设计方案2.1系统设计方案温度控制设计：升温、降温是通过调节方波的占空比（PWM方式调控）来实现的，如果外界温度值还没有达到设定温度范围时，那么就需要使得火炉的占空比高一些，同时风扇的占空比为0，以达到对外界物体进行升温的效果，当外界的温度逐渐接近设定温度值时，火炉的方波的占空比会变小甚至为零，当外部的温度超过设定的温度时，就要增加电扇的占空比来降低温度，进而使得温度维持平衡。

基于此我们在温度的控制的这一部分，通过判断外部温度和设定温度的差值的温度范围来实现温度调节器的档位选取，经过判断程序，实现程序设计。

我们可以直观的看到经过系统处理后的成果，这样便于分析系统中可能存在的问题，这个程序的显示部分由三大部分组成，首先就是温度的曲线图像，利用电压来模拟外部的温度变化可以从温度曲线图像上直观的看到，第二部分就是比温度控制器的图像，温度控制器是由电炉和风扇组成，所以这部分的就有两个图像组成，一个是加热占空比图像，另一个就是制冷占空比图像，温度的变化必定会使得这两个温度占空比的图像发生变化所以，通过这两个占空比图像我们就可以了解到程序的是否正确，基于此labview仿真加热，制冷占空比图像如下：验证程序的正确性后，进行调节器的温度显示以及档位指示灯部分，这里我设计了两个表用来显示我加热和制冷的仪器的工作示数，档位指示灯就是用来更为清晰地掌握此时温度调节器工作在什么档位级别，方便使用者更加的了解其工作的状态。

湿度控制设计：湿度的概念是空气中含有水蒸气的多少。

它有三种表示方法:第一是绝对湿度,表示每立方米空气中所含的水蒸气的量,单位是千克/立方米;第二是含湿量,表示每千克干空气所含有的水蒸气量,单位是千克/千克#干空气;第三是相对湿度,表示空气中的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度的比值,得数是一个百分比。

日常生活中所指的湿度为相对湿度,而且一般情况下湿度为50%为最舒适的环境,而我们要设置极限数据一般设为80%,因此如果湿度传感器持续采集到10个湿度数据的平均值超过80%RH,则关闭窗户,否则打开窗户。

光照度控制方法：照度(Luminosity)指物体被照亮的程度,采用单位面积所接受的光通量来表示,表示单位为勒[克斯](Lux,lx) ,即1m/1mC2。

1勒[克斯]等于1流[明](lumen,lm)的光通量均匀分布于1mC2面积上的光照度。

照度是以垂直面所接受的光通量为标准,若倾斜照射则照度下降。

照度的计算方法,有利用系数法、概算曲线法、比功率法和逐点计算法等。

表1提供了几种不同工作情况下的标准照度值。

表1不同工作情况下的标准照度值夏季中午在太阳能直接照射下没有太阳的室外明朗夏天的室内细小精致的工作使用危险性的小的带刃工具的工作在工作台上作细小精致的工作阅读、观看各种仪器所示的读数,纺织走廊楼梯在满月底下100000 0 100000-1000500-10100 100 75 50 10 8 0.2那么可以将极限照度设置为明朗的夏天的室内照度的中间值300勒克司,也就是说,当照度感器持续采集到10个照度数据的平均值超过300勒克司时,关闭窗帘,否则打开窗帘。

具体的功能实现与上述的温度和湿度测试相同,只是设定的参数界限不同。

3传感器选型（或者各模块介绍、分部分介绍，如果没有电路部分，那就主要介绍传感器这部分）为了保证较好的稳定性和可靠性，同时兼顾成本和工艺，我们选用通用型NTC热敏电阻温度传感器如图1。

其芯片的主要成份为过渡金属氧化物，热敏粉料在高温(10000C—13000C)中长时间烧结，形成多晶结构的半导体陶瓷，中温(100C-250C)老化以稳定其性能，经由精密设备分割成微小的基片，再根据生产需要进行各种形式的包封。

NTC热敏电阻温度传感器芯片的多晶结构是一种稳态结构，NTC热敏半导体陶瓷材料呈现电阻特性，且阻值随温度的变化符合指定规律，其最大的缺点也在于它的非线性。

一般需要经过线性化处理，使输出电压与温度关系基本上成线性关系。

图1NTC热敏电阻温度传感器特点是：尺寸小(0．6×0．6mm)，阻值宽(1 k～l M)，阻值精度±1％，B值精度比较高(±1％~+2％)；响应时间为2～15s。

我国NTC 热敏电阻目前的阻值精度一般为±5％，B值精度为±3％，时间常数十几秒。

选定这个传感器，我们相应的配套电路，如图2。

热敏电阻模块对环境温度很敏感，一般用来检测周围环境的温度。

通过对电位器的调节，可以改变温度检测的阀值（即控制温度值）。

如需要控制环境温度为50度时，DO则输出高电平，低于此设定温度值时，输出高电平。

DO输出端可以与采集器直接相连，通过采集器直接把数据给普通PC机上的虚拟仪器，由此来检测环境的温度改变。

温度检测范围为20-80摄氏度。

我们的电路设计主要特点：1、采用NTC热敏电阻传感器，灵敏度好2、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。