基于LabVIEW的智能家居多參數監控系統設計

韓劍 莫德清

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

關鍵詞： 多參數監控系統; 智能家居; 自動化控制; LabVIEW; 信息提醒; 系統測試

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

本設計基于LabVIEW的家居環境測量的上位機和下位機，下位機測量參數后實時回傳給上位機，上位機對數據進行解析和顯示，又兼具了天氣預報的功能，使整個系統變得更加完善;同時，上位機還具有對下位機進行數據設置的功能，在進行了數據設置后，下位機進行定時的數據操作，比如控制電熱水器、空調之類的家用電器。

1? 系統方案

系統總體方案框圖如圖1所示。

系統總體設計包括單片機控制模塊、傳感器模塊、顯示屏模塊、服務器。傳感器模塊是PMS5003ST數字式通用顆粒物濃度傳感器，可以監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據。

2? 下位機控制系統設計

系統在進行檢測模式時進入串口1寫入待機模式，當串口1有數據寫入時，激活判斷函數，進行串口數據判斷，查看是否進入控制模式。當進入控制模式時，系統會根據上位機發送的溫度設定參數來進行調節，例如開啟風扇、空調，并將信息實時顯示在OLED屏幕上。當上位機發送關閉信息時，系統會退出控制模式，進入檢測模式。下位機系統流程圖如圖2所示。

3? 上位機控制系統設計

3.1? 主程序流程

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

3.2? 軟件設計

1） HTTP數據請求系統設計

城市信息管理系統包含兩個接口，分別為數據輸入口、數據輸出口，使用子VI設計，內部集成化程度高。

HTTP數據請求系統設計如圖4所示。

2） 數據整合模塊

數據整合模塊如圖5所示。

3） 天氣信息顯示系統設計

信息提示系統包括串口狀態顯示模塊，當前溫度信息提示模塊，天氣圖標提示模塊，發送數據警示模塊。

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

4? 系統調試

1） HTTP部分調試

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，在數據請求時將AppCode和需要請求的城市數據發送給服務器，由服務器進行核對并相應操作。請求方式為先打開HTTP句柄，發送數據頭，接收數據，關閉HTTP句柄。在獲取數據之后將數據先由UTF?8轉化為GBK格式，然后獲取數據塊中需要的數據，將相關數據進行整合并輸出，在獲取了溫度參數后，導入溫度計進行顯示，并編寫警示功能。

2） 數據庫部分調試

由于HTTP的數據供應商提供了全國近3 000個城市的天氣信息，因此數據量十分龐大，無法使用LabVIEW的循環之類的數據操作。因為這樣會占用巨大的系統資源，因此使用Microsoft的Access數據庫，然后根據數據庫的基本創建方式，創建數據庫，將城市信息導入數據庫中，然后使用第三方為LabVIEW編寫的數據庫調用函數，使用SQL數據庫的操作語句對輸入數據和數據庫的已有數據進行對比，經過調試可以達到預期效果。調試結果如圖7所示。

5? 結? 論

本設計制作的基于LabVIEW的家居多參數監控系統功能全面而強大，上位機可以通過設定選項，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，整個系統實現了當前智慧家居各種參數的測量與各種用電器的監控功能。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。本系統總體上構建出一個性能優良、穩定、簡單易用的智能家居控制系統，也可以擴展到智能農業溫室大棚等應用場合。

注：本文通訊作者為莫德清。

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