基于Lab VIEW的家庭智能報(bào)警系統(tǒng)研究

（1.武漢工程大學(xué)智能機(jī)器人湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；

2.武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院.湖北 武漢 430074）

基于Lab VIEW的家庭智能報(bào)警系統(tǒng)研究

（1.武漢工程大學(xué)智能機(jī)器人湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；

2.武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院.湖北 武漢 430074）

利用Lab VIEW平臺(tái)研制了家庭智能報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)包括用戶端和接警中心端.當(dāng)用戶端有警情發(fā)生時(shí)，控制主機(jī)運(yùn)行相應(yīng)模塊將現(xiàn)場(chǎng)采集的圖片、聲音數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后發(fā)送到保接警中心報(bào)警、顯示現(xiàn)場(chǎng)信息，并以彩信的形式發(fā)向用戶設(shè)定的手機(jī).系統(tǒng)的部分硬件利用軟件虛擬化，提高了性價(jià)比.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)可以對(duì)多種可能出現(xiàn)的警情進(jìn)行監(jiān)控、防范以及緊急求助，具有性能穩(wěn)定，誤報(bào)率極低，操作方便，開發(fā)周期短以及費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn).該系統(tǒng)可直接用于家庭安防.

家庭安防系統(tǒng)；Lab VIEW；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；DataSocket

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對(duì)自身的生命財(cái)產(chǎn)安防意識(shí)也在不斷增強(qiáng)，家庭及住宅小區(qū)安防系統(tǒng)是否完備也已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題.因此，開發(fā)功能先進(jìn)、運(yùn)行可靠、實(shí)用、方便、成本低廉的家庭安防系統(tǒng)具有重要的社會(huì)意義.本文在大量調(diào)研了目前市場(chǎng)上家庭報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)與不足的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一種實(shí)用的家庭多功能智能報(bào)警系統(tǒng).

1 系統(tǒng)整體功能簡(jiǎn)介

系統(tǒng)分用戶端和接警中心端兩大部分.用戶端主要由四個(gè)功能模塊組成：晚間休息或離家模塊；緊急報(bào)警模塊；防騙子模塊；緊急求助模塊［1－3］.用戶端通過遙控器或語音啟動(dòng)相應(yīng)的功能模塊.在遙控器對(duì)有關(guān)模塊設(shè)防的條件下，當(dāng)某探測(cè)器向控制主機(jī)發(fā)送報(bào)警指令、或者用戶通過遙控器向主機(jī)發(fā)送緊急報(bào)警或緊急求助指令時(shí)，主機(jī)通過相應(yīng)的功能模塊啟動(dòng)拾音器和對(duì)應(yīng)的紅外攝像頭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聲音與圖像采集，經(jīng)過小波降噪等技術(shù)處理后，通過Lab VIEW中Internet工具包的FTP傳送到保安中心，并利用GPRS通信技術(shù)把處理過的數(shù)據(jù)以彩信的形式發(fā)向用戶設(shè)定的手機(jī).用戶還可以利用手機(jī)或PC通過主界面發(fā)布的網(wǎng)頁域名對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)瀏覽.緊急報(bào)警模塊還增加了語音發(fā)送報(bào)警指令的功能.緊急求助模塊是當(dāng)家里老人、病人等需要幫助時(shí)，通過遙控器向主機(jī)發(fā)送求助指令，并將現(xiàn)場(chǎng)的聲音與圖像數(shù)據(jù)傳到小區(qū)保安中心及設(shè)定的手機(jī).

此外，用戶端還有兩個(gè)輔助功能模塊，一是USB硬件設(shè)備描述符檢測(cè)程序.每當(dāng)用戶插上一個(gè)USB攝像頭，該檢測(cè)程序就在其中的數(shù)組給出相應(yīng)的攝像頭硬件描述符，以編號(hào)的形式給出，這是USB攝像頭與相應(yīng)的探測(cè)器搭配的依據(jù).二是手機(jī)彩信發(fā)送程序，這是針對(duì)手機(jī)不支持WWW網(wǎng)頁瀏覽功能的用戶.它可將警情以結(jié)構(gòu)彩信INI的形式發(fā)往設(shè)定的手機(jī).彩信貓通過USB口和主機(jī)相連后，實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)庫Master表中信息發(fā)送表的數(shù)據(jù).一旦有報(bào)警指令，控制主機(jī)控制相應(yīng)的模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集并寫入到數(shù)據(jù)庫信息發(fā)送表，彩信貓檢測(cè)到表里有要發(fā)送的數(shù)據(jù)后立即發(fā)送.

接警中心端主機(jī)主要是實(shí)時(shí)檢測(cè)用戶端是否有報(bào)警指令，若有，則播放報(bào)警音樂，閃爍警燈，顯示報(bào)警用戶相關(guān)信息，并在地圖中快速定位.也可通過 Lab VIEW 平臺(tái)的 DataSocket網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［4－5］遠(yuǎn)程瀏覽與保存客戶端采集的視頻.同時(shí)用戶手機(jī)也會(huì)接收到用戶端采集的圖片與聲音文件的結(jié)構(gòu)資源彩信.保安終端的主界面上可以同時(shí)顯示10個(gè)報(bào)警用戶的信息，還可顯示報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)視頻及歷史報(bào)警等信息.若超過10戶，則通過列表選擇需顯示的報(bào)警用戶詳細(xì)信息.點(diǎn)擊“打印信息”按鈕可以把報(bào)警用戶的具體信息打印出來交給出警人員；點(diǎn)擊“視頻保存”按鈕可以對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)視頻進(jìn)行保存.

接警中心端的輔助功能界面，用來檢測(cè)用戶家里的電源是否意外的中斷，通過查看是整個(gè)小區(qū)停電還是個(gè)別用戶家里停電，來判斷是否有案情發(fā)生.界面中可同時(shí)顯示停電數(shù)目為10戶，當(dāng)超過10戶時(shí)，可單擊停電用戶列表右邊的紅色按鈕，選擇需顯示的停電用戶具體信息.

1 系統(tǒng)組成

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)用戶端主要由控制主機(jī)、探測(cè)器、遙控器和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成.接警中心端主要有主機(jī)、警笛等組成.用戶端的控制主機(jī)負(fù)責(zé)探測(cè)器報(bào)警指令的檢測(cè)和各大監(jiān)控模塊的設(shè)防與撤防及現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)處理.探測(cè)器主要包括東尼TONY-A7拾音器、USB接口的BSX-2066 CMOS攝像頭、有線門磁探測(cè)器MC-38以及六光束紅外柵欄等.數(shù)據(jù)采集卡為USB口.遙控器用于設(shè)置報(bào)警器的工作狀態(tài)，用戶通過操作按鍵，可方便地控制報(bào)警器設(shè)防、撤防、緊急求助等工作狀態(tài)，其上面四個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)四個(gè)功能模塊.系統(tǒng)硬件連接如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)硬件連接圖Fig.1 Connection diagram of the systematic hardware

系統(tǒng)中的遙控接收裝置通過USB口與控制主機(jī)連接，將3.5 mm警笛插入聲卡的Line out插孔，3.5 mm拾音器并聯(lián)后插在聲卡的Line in插孔.紅外柵欄的電源正、地線分別與所配帶的電源正負(fù)線連接，信號(hào)線接在數(shù)據(jù)采集卡相應(yīng)的引腳，同時(shí)將地線接在數(shù)據(jù)采集卡的GND引腳.門縫及柜子等門磁開關(guān)的兩根線分別接在數(shù)據(jù)采集卡的GND和相應(yīng)的引腳.USB紅外攝像頭以及GPRS彩信貓，直接插在與控制主機(jī)相連的USB HUB口.用戶端控制主機(jī)通過Internet或電話網(wǎng)絡(luò)與保安終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信.系統(tǒng)工作原理如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)工作原理圖Fig.2 System functional block diagram

1.2 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介

系統(tǒng)開發(fā)所用到的軟件有：Lab VIEW2010用于家庭智能報(bào)警系統(tǒng)源程序代碼的編寫；SQLSever2000用于存儲(chǔ)和管理給手機(jī)發(fā)送的聲音和圖像彩信數(shù)據(jù)；Dreamweaver8.0和 HTML Help Workshop4.73用于編寫家庭智能報(bào)警系統(tǒng)Html使用幫助文件并編譯成Help.chm文件.

Lab VIEW強(qiáng)大的項(xiàng)目管理器，對(duì)于開發(fā)組織大的軟件系統(tǒng)非常的方便.利用Lab VIEW進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，省去了很多程序代碼，取而代之的是流程圖式的已封裝好的函數(shù)節(jié)點(diǎn).它的自動(dòng)多線程為編程者帶來的很大的方便，大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期［6］.

2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

2.1 用戶端主程序設(shè)計(jì)

用戶端啟動(dòng)界面程序中，通過數(shù)組索引函數(shù)節(jié)點(diǎn)、字符串函數(shù)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示硬件的裝載進(jìn)度條.在層疊式順序結(jié)構(gòu)中引用函數(shù)節(jié)點(diǎn)、屬性節(jié)點(diǎn)和調(diào)用節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地打開用戶登錄界面，打開參數(shù)設(shè)置程序和關(guān)閉用戶啟動(dòng)界面.同時(shí)通過注冊(cè)表信息導(dǎo)入子VI把所需的注冊(cè)表信息導(dǎo)入到注冊(cè)表.啟動(dòng)界面關(guān)閉后進(jìn)入圖3所示的用戶端主程序.主程序的各功能模塊子VI實(shí)時(shí)檢測(cè)是否有報(bào)警指令.最上面的 While循環(huán)控制和處理用戶端四個(gè)功能模塊以及斷電報(bào)警事件.中間的While循環(huán)處理鼠標(biāo)操作事件.最下面的三個(gè)While循環(huán)分別控制視頻圖像的顯示；動(dòng)態(tài)WORD的創(chuàng)建與用戶的錄音及緊急報(bào)警語音密碼核對(duì)；緊急報(bào)警語音密碼開關(guān)狀態(tài)的檢測(cè).這五個(gè)While循環(huán)的同步是靠布爾全局變量來實(shí)現(xiàn).

圖3 用戶端主程序Fig.3 Main program for Client

當(dāng)某一模塊有報(bào)警指令時(shí)，就給110布爾全局變量賦予真值，此時(shí)上面While循環(huán)里的While循環(huán)給其中的條件結(jié)構(gòu)賦予真值，通過目錄上傳子VI把采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)往保安終端.當(dāng)緊急求助有報(bào)警指令時(shí)，則給非110布爾全局變量賦予真值，此時(shí)While循環(huán)就會(huì)給下面的條件結(jié)構(gòu)賦予真值，通過目錄上傳子VI發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù).當(dāng)鼠標(biāo)有相應(yīng)的操作時(shí)，中間While循環(huán)里面的事件結(jié)構(gòu)給予相應(yīng)的處理與控制.左下方的While循環(huán)檢測(cè)到110布爾全局變量或非110布爾全局變量有一個(gè)為真，并且用于控制五個(gè)While循環(huán)同步的布爾全局變量為假條件下，將通過Amage2全局變量顯示采集的視頻圖像.

中間While循環(huán)中事件結(jié)構(gòu)的第1幀通過對(duì)話框函數(shù)來響應(yīng)界面關(guān)閉事件.事件結(jié)構(gòu)的第2幀分別用來處理用戶點(diǎn)擊前面板上的“讀取采集圖片”或“讀取采集聲音”按鈕事件，通過Lab VIEW互連接口面板里的庫與執(zhí)行程序子面板里的執(zhí)行系統(tǒng)命令函數(shù)自動(dòng)進(jìn)入采集圖片或聲音存放的目錄，以預(yù)先設(shè)定的方式打開和瀏覽.

在目錄上傳子VI程序中首先通過執(zhí)行系統(tǒng)命令函數(shù)檢測(cè)主機(jī)的MAC地址，并通過FTP Open SessionFTP、Login FTP、FTP MKD三個(gè)函數(shù)在FTP服務(wù)器上所設(shè)定的FTP站點(diǎn)目錄中創(chuàng)建一目錄，用來存放報(bào)警用戶傳上來的圖片和聲音數(shù)據(jù)，以及用戶數(shù)據(jù).

斷電判斷子VI程序通過調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)調(diào)用Windows系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連接庫Kernel32.dll文件里面的GetSystemPowerStatus函數(shù)來判斷用戶家里是否停電.若檢測(cè)到停電就結(jié)束前面的 While循環(huán)，執(zhí)行后面條件結(jié)構(gòu)為真的分支，在此分支內(nèi)通過停電子VI給服務(wù)器端發(fā)送報(bào)警信息.

2.2 接警中心端系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

接警中心端啟動(dòng)界面的程序與客戶端的啟動(dòng)界面類似，也是通過數(shù)組索引來動(dòng)態(tài)的顯示硬件的裝載信息，如打開的設(shè)備、參數(shù)的載入及設(shè)備的初始化等；通過格式化寫入字符串函數(shù)來顯示裝載的百分比.當(dāng)進(jìn)度條走到100%時(shí)，通過后面的層疊式順序結(jié)構(gòu)第0幀里的VI引用函數(shù)和屬性節(jié)點(diǎn)打開主程序，第1幀里的VI引用函數(shù)和屬性節(jié)點(diǎn)來關(guān)閉用戶界面.終端主程序如圖4 所示.

圖4 接警中心端主界面程序Fig.4 Alarm center-side main interface program

作為接警中心端主程序，應(yīng)能在同一時(shí)間對(duì)多用戶報(bào)警進(jìn)行監(jiān)控.可以用VI引用函數(shù)打開VI模板，自動(dòng)在內(nèi)存中創(chuàng)建一份復(fù)本，打開多次就會(huì)創(chuàng)建多個(gè)復(fù)本.利用VI模板的克隆特性，對(duì)于主VI和載入VI之間的通信，通過讀寫子面板上該控件的引用Value屬性來實(shí)現(xiàn).采用子面板模板，在界面放置10個(gè)子面板動(dòng)態(tài)存放VI模板，顯示多用戶報(bào)警信息.

主程序上面的順序結(jié)構(gòu)的第0幀是通過子面板的屬性節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)子面板模板的插入工作，通過其中的For循環(huán)實(shí)現(xiàn)控制插入子面板模板的個(gè)數(shù).第1幀是實(shí)現(xiàn)用戶菜單選擇的一個(gè)事件結(jié)構(gòu).下面的兩個(gè)While循環(huán)分別用來處理用戶點(diǎn)擊前面板“關(guān)閉”按鈕時(shí)的事件結(jié)構(gòu)和數(shù)字時(shí)鐘.數(shù)字時(shí)鐘是通過獲取時(shí)間函數(shù)得到時(shí)間，用布爾數(shù)組實(shí)現(xiàn)時(shí)間的顯示.然后通過獲取時(shí)間函數(shù)與最新目錄創(chuàng)建時(shí)間相減判斷目錄是否有新的用戶報(bào)警.若為真就通過數(shù)組插入函數(shù)插入到報(bào)警列表里，并用報(bào)警列表的數(shù)組大小來顯示報(bào)警用戶的數(shù)目.同時(shí)給布爾3賦予假值，布爾4、布爾6賦予真值，這樣左上方的兩個(gè)While循環(huán)檢測(cè)到布爾6真，且開關(guān)布爾2處于開的狀態(tài)，則啟動(dòng)報(bào)警音樂及警燈.

右上方的While循環(huán)檢測(cè)到布爾5為真值后，在用戶沒有點(diǎn)擊停止視頻的條件下進(jìn)行視頻的讀取.當(dāng)點(diǎn)擊“保存視頻”按鈕時(shí)，通過IMAQ AVI Write Frame VI把采集的視頻圖像寫入到前面創(chuàng)建的AVI文件.點(diǎn)擊“本次報(bào)警”按鈕，則通過執(zhí)行系統(tǒng)命令函數(shù)打開圖片和聲音文件；點(diǎn)擊“歷史報(bào)警信息”按鈕，進(jìn)入到歷史報(bào)警信息目錄，并打開相應(yīng)的報(bào)警數(shù)據(jù)；點(diǎn)擊“在地圖中定位”時(shí)，通過地圖定位子VI來確定報(bào)警用戶在地圖中的具體位置.地圖定位子VI通過ActiveX容器插入Microsoft Web瀏覽器控件，利用屬性節(jié)點(diǎn)對(duì)URL進(jìn)行定位，利用調(diào)用節(jié)點(diǎn)函數(shù)動(dòng)態(tài)輸入要定位的報(bào)警用戶的具體住址參數(shù)，便可在地圖中快速定位.

接警中心端主程序還具有對(duì)多用戶停電報(bào)警進(jìn)行監(jiān)控的功能.采用Lab VIEW提供的Subpanel和VI模板，在用戶界面放置10個(gè)子面板用來顯示停電報(bào)警信息.其順序結(jié)構(gòu)第1幀通過文件／目錄信息函數(shù)查看是否有停電報(bào)警用戶的數(shù)據(jù)存放了五分鐘，符合條件則通過刪除函數(shù)刪除.第2幀通過文件／目錄信息函數(shù)和一維數(shù)組排序函數(shù)對(duì)停電報(bào)警文件進(jìn)行排序，找到最后一個(gè)報(bào)警文件并在第3幀里通過文件／目錄信息函數(shù)與獲取時(shí)間函數(shù)來判斷此文件是新的報(bào)警信息，如果為真就直接插入到停電報(bào)警列表里，并給布爾6、布爾3賦予真值.當(dāng)上面的兩個(gè) While循環(huán)檢測(cè)到布爾6為真時(shí)打開報(bào)警音樂.在順序結(jié)構(gòu)的第4幀里檢測(cè)到布爾3為真，并在停電報(bào)警列表非空的條件下讀取報(bào)警客戶端上傳的用戶信息，通過相應(yīng)的顯示控件顯示停電報(bào)警用戶的具體信息.

3 結(jié) 語

在總結(jié)了目前市場(chǎng)上家庭報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)與不足的基礎(chǔ)上，以Lab VIEW2010為平臺(tái)開發(fā)了家庭智能報(bào)警系統(tǒng).該系統(tǒng)能讓各用戶在最短的時(shí)間看到和聽到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的情況，改善了接警中心被動(dòng)出警的狀況；對(duì)于以送信、抄表等為由入戶迷倒用戶的案犯也無法逃脫系統(tǒng)的監(jiān)控.同時(shí)本系統(tǒng)也是一套家里老人、病人發(fā)生意外情況等緊急求助的好幫手，給家庭帶來了真正的全新的安全理念.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，性能可靠；各個(gè)傳感器和程序模塊的組合能夠準(zhǔn)確完成報(bào)警、記錄、傳輸?shù)墓δ埽辉囼?yàn)中沒有發(fā)生誤報(bào)和漏報(bào)情況；系統(tǒng)存儲(chǔ)容量較大，功能較完善，費(fèi)用低廉，開發(fā)周期短，操作極為方便，達(dá)到了預(yù)期的效果.同時(shí)其良好的性價(jià)比，也為本系統(tǒng)的普及打下基礎(chǔ).

［1］程勇.基于Lab VIEW 的家庭智能報(bào)警系統(tǒng)研究［D］.武漢：武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，2011.

［2］王會(huì)清，程勇.基于Lab VIEW的軟件許可證系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（4）：81-84.

［3］王會(huì)清，程勇.家庭安防系統(tǒng)中聲音信號(hào)的小波分析與降噪［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（10）：96-100.

［4］許林烽，倪天權(quán).基于Lab VIEW與DataSocket的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（12）：166-168.

［5］王思華，葉文生，雷兆宜.DataSocket技術(shù)及其在虛擬儀器遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.暨南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版，2000，21（3）：43-48.

［6］陳錫輝，張銀鴻.Lab VIEW8.20程序設(shè)計(jì)從入門到精通［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

Development of intelligent household alarm system based on LabVIEW

WANG Hui-qing1，2，CHENG Yong1，2
（1.Hubei Province Key Laboratory of Intelligent Robot；Wuhan 430074，China；
2.School of Computer Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China）

An intelligent household alarm system is developed based on Lab VIEW.Which consists of two parts：surveillance and warning receivers.When the family is being trespassed on，the surveillance part in the family will run the corresponding module to collect audio and video data and send the processed data to the warning receivers，including user＇s mobile phone preset by the GPRS MODEM，for alarm and audio and video information on the spot.The cost performance of the system is higher due to the virtualization of Lab VIEW.Experimental results show that the system may be applied to the monitoring，the guard in various possible alarm situation as well as emergency aid with stable performance，few false alarm，easy operation，short development cycle.It can be installed in home without modification.

home safety precautions system；Lab VIEW；field monitoring；DataSocket

陳小平

TP277

A

10.3969／j.issn.1674-2869.2011.11.020

1674－2869（2011）11－0078－05

2011－10－08

王會(huì)清（1957－），男，副教授，碩士.研究方向：計(jì)算機(jī)測(cè)控、數(shù)字信號(hào)處理.