基于LabVIEW的智能家居多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

韓劍 莫德清

摘? 要： 隨著智能家居的發(fā)展，人們迫切需要一種能實時監(jiān)測家居各參數(shù)，同時可以根據(jù)用戶的預(yù)先設(shè)置進行自動化控制的裝置。為此，文中設(shè)計基于LabVIEW的智能家居多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，采用STM32單片機和LabVIEW設(shè)計智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)下位機對家居內(nèi)的溫度、濕度、PM2.5、甲醛的環(huán)境參數(shù)的測量。LabVIEW對家居電器進行控制，將環(huán)境參數(shù)、AQI生活指數(shù)、未來3天的天氣預(yù)報顯示在界面上。特色的警示系統(tǒng)為人們提供了人性化的信息提醒方式。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅監(jiān)控界面友好、方便操作，而且開發(fā)測試成本低、效率高、可移植性強，可實現(xiàn)對家居環(huán)境的實時監(jiān)測和控制。

關(guān)鍵詞： 多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng); 智能家居; 自動化控制; LabVIEW; 信息提醒; 系統(tǒng)測試

中圖分類號： TN964?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）04?0048?03

Design of LabVIEW?based multi?parameter monitoring system for smart home

HAN Jian1， MO Deqing2

（1. School of Information Technology， Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004， China;

2. College of Life and Environmental Sciences， Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004， China）

Abstract： With the development of smart home， people urgently need a device that can monitor the parameters of home appliances in real time and can be controlled automatically according to users′ presets. The smart home monitoring system is designed with STM32 single chip computer and LabVIEW to realize the detection of environment parameters of temperature， humidity， PM2.5 and formaldehyde in the home with the lower computer. The LabVIEW is applied to the control of the home appliances and display of the environmental parameters， AQI life index and weather forecast for the next three days on the interface. The characteristic warning system provides the humanized information reminder for people. The testing results show that the system not only has friendly monitoring interface and convenient operation， but low development and testing costs， high efficiency and strong portability. It can realize real?time monitoring and control of home environment.

Keywords： multi?parameter monitoring; smart home; automation control; LabVIEW; information reminder; system test

0? 引? 言

本設(shè)計基于LabVIEW的家居環(huán)境測量的上位機和下位機，下位機測量參數(shù)后實時回傳給上位機，上位機對數(shù)據(jù)進行解析和顯示，又兼具了天氣預(yù)報的功能，使整個系統(tǒng)變得更加完善;同時，上位機還具有對下位機進行數(shù)據(jù)設(shè)置的功能，在進行了數(shù)據(jù)設(shè)置后，下位機進行定時的數(shù)據(jù)操作，比如控制電熱水器、空調(diào)之類的家用電器。

1? 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。

系統(tǒng)總體設(shè)計包括單片機控制模塊、傳感器模塊、顯示屏模塊、服務(wù)器。傳感器模塊是PMS5003ST數(shù)字式通用顆粒物濃度傳感器，可以監(jiān)測空氣中顆粒物濃度、甲醛濃度及溫濕度的三合一傳感器，合并以串口的形式輸出采集數(shù)據(jù)。

2? 下位機控制系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)在進行檢測模式時進入串口1寫入待機模式，當串口1有數(shù)據(jù)寫入時，激活判斷函數(shù)，進行串口數(shù)據(jù)判斷，查看是否進入控制模式。當進入控制模式時，系統(tǒng)會根據(jù)上位機發(fā)送的溫度設(shè)定參數(shù)來進行調(diào)節(jié)，例如開啟風扇、空調(diào)，并將信息實時顯示在OLED屏幕上。當上位機發(fā)送關(guān)閉信息時，系統(tǒng)會退出控制模式，進入檢測模式。下位機系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

3? 上位機控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1? 主程序流程

主程序首先進行系統(tǒng)初始化，然后開啟VISA串口，開始接收下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)，在進行數(shù)據(jù)合并后顯示這些信息。同時HTTP系統(tǒng)進入數(shù)據(jù)請求和發(fā)送狀態(tài)，在沒有城市輸入的情況下，系統(tǒng)默認以北京為數(shù)據(jù)請求對象，并調(diào)用顯示系統(tǒng)顯示天氣信息。此時，系統(tǒng)進入發(fā)送待機模式，當控制系統(tǒng)檢測到數(shù)據(jù)輸入時，啟動VISA串口的發(fā)送模式。上位機系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

3.2? 軟件設(shè)計

1） HTTP數(shù)據(jù)請求系統(tǒng)設(shè)計

城市信息管理系統(tǒng)包含兩個接口，分別為數(shù)據(jù)輸入口、數(shù)據(jù)輸出口，使用子VI設(shè)計，內(nèi)部集成化程度高。

HTTP數(shù)據(jù)請求系統(tǒng)設(shè)計如圖4所示。

2） 數(shù)據(jù)整合模塊

數(shù)據(jù)整合模塊如圖5所示。

3） 天氣信息顯示系統(tǒng)設(shè)計

信息提示系統(tǒng)包括串口狀態(tài)顯示模塊，當前溫度信息提示模塊，天氣圖標提示模塊，發(fā)送數(shù)據(jù)警示模塊。

在服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)中有一條數(shù)據(jù)可以用于天氣圖標顯示，同時服務(wù)提供商又提供了一套可以搭配這個數(shù)據(jù)進行顯示的圖標包;而且用戶可以自定義這個圖標包的圖片樣式、格式等數(shù)據(jù)，只要遵守服務(wù)提供商的命名規(guī)則即可。當天氣圖標提示模塊接收到數(shù)據(jù)后，會自動獲取圖標包的文件夾路徑，將圖標調(diào)用出來進行顯示。天氣圖標提示模塊如圖6所示。

4? 系統(tǒng)調(diào)試

1） HTTP部分調(diào)試

在身份核對上使用了AppCode的核對方式，每個用戶擁有自己唯一的AppCode，在數(shù)據(jù)請求時將AppCode和需要請求的城市數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，由服務(wù)器進行核對并相應(yīng)操作。請求方式為先打開HTTP句柄，發(fā)送數(shù)據(jù)頭，接收數(shù)據(jù)，關(guān)閉HTTP句柄。在獲取數(shù)據(jù)之后將數(shù)據(jù)先由UTF?8轉(zhuǎn)化為GBK格式，然后獲取數(shù)據(jù)塊中需要的數(shù)據(jù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)進行整合并輸出，在獲取了溫度參數(shù)后，導(dǎo)入溫度計進行顯示，并編寫警示功能。

2） 數(shù)據(jù)庫部分調(diào)試

由于HTTP的數(shù)據(jù)供應(yīng)商提供了全國近3 000個城市的天氣信息，因此數(shù)據(jù)量十分龐大，無法使用LabVIEW的循環(huán)之類的數(shù)據(jù)操作。因為這樣會占用巨大的系統(tǒng)資源，因此使用Microsoft的Access數(shù)據(jù)庫，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫的基本創(chuàng)建方式，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，將城市信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，然后使用第三方為LabVIEW編寫的數(shù)據(jù)庫調(diào)用函數(shù)，使用SQL數(shù)據(jù)庫的操作語句對輸入數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫的已有數(shù)據(jù)進行對比，經(jīng)過調(diào)試可以達到預(yù)期效果。調(diào)試結(jié)果如圖7所示。

5? 結(jié)? 論

本設(shè)計制作的基于LabVIEW的家居多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)功能全面而強大，上位機可以通過設(shè)定選項，進而達到控制家中不同用電器的功能。上位機的整個顯示功能非常強大，更加的人性化，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了當前智慧家居各種參數(shù)的測量與各種用電器的監(jiān)控功能。而下位機使用的智能家居傳感器，功能強大，精度高，同時又小巧玲瓏，可以適合很多場合下的使用，有著較為廣泛的適用場景。本系統(tǒng)總體上構(gòu)建出一個性能優(yōu)良、穩(wěn)定、簡單易用的智能家居控制系統(tǒng)，也可以擴展到智能農(nóng)業(yè)溫室大棚等應(yīng)用場合。

注：本文通訊作者為莫德清。

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