摘要
本文設計了以 NI myRIO 作爲核心控制器，用 LabVIEW 編程語言開發的智能家居系統。此監控系統包括溫度採集單元、光照採集單元、煙霧濃度採集單元、人體紅外檢測採集單元、紅外採集單元，分別通過信號調理電路與NI myRIO 相連，控制器輸出端分別與蜂鳴器、電機驅動、照明控制開關相連接，實現智能家居監控系統設計。本設計以LabVIEW爲軟件平臺建立的用戶交互界面，方便操作，開發週期短，功能強大，具有良好的應用前景。
關鍵詞：
NI myRIO；LabVIEW；智能家居；數據採集
課題提出的背景
智能家居，又稱智能住宅，在國外常用Smart Home 表示。它通過以住宅爲平臺，利用綜合佈線技術、網絡通信技術、智能家居安全防範技術、自動控制技術、音頻技術等將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭事物的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性，並實現節能環保的居住環境。隨着現代測試技術的不斷髮展，以LabVIEW 爲軟件平臺虛擬儀器測量技術正在現代測控領域佔據越來越重要的地位。隨着計算機技術的飛速發展，美國國家儀器公司率先提出了虛擬儀器的概念，徹底打破了傳統儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，使測控儀器在數據處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制，通過交互式圖形界面實現系統控制和顯示測量數據，並使用框圖模塊指定各種功能。外圍電路簡單，易於實現，便於系統硬件維護、功能擴展。
LabView圖形化編程優勢
當今全世界已進入智能時代的探索和發展,將生 活中能夠與芯片和電腦連接在一起的事物構建一種 控制聯繫方式,採用IOT(InternetofThings)技術來方 便人的生活。智能車輛的研究也在如火如荼的進行。2011年國際機器人展上推出的導盲犬機器人,採用車載3D圖像傳感器識別位置信息;也有低成本 STC單片機、紅外接近開關和超聲波傳感器的設計的小車平臺;在避障策略上相應的提出了羣集協調 算法,Leader-follower和Leader-Leader等最優化自動 規劃路徑算法。但是單片機、ARM等低端控制器,在功能上侷限性較大;同時避障策略不具有實時 性和自適應性,並且複雜度高和靈活性差。LabVIEW 圖形化的編程環境和模塊化的軟件設計流程，非常符合工程思維，配合NI 的硬件平臺 myRIO 大大縮短了本設計的開發和調試周期。因此設計了基於NImyRIO和LabVIEW的智能系統。 結合了強大的FPGA編程能力、良好的兼容和用戶界面,爲智能家居監控系統應用發展提供新的決解方案。
總體方案分析
模塊方案的選擇
空氣質量監測，選擇MQ-135空氣質量檢測傳感器
MQ-135傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽等有較高的靈敏度。還具有長期的使用壽命和優異的穩定性。它由四個器件組成敏感元件。該傳感器有四個管腳輸出信號，兩個爲器件提供正常工作條件。封裝內的A與B是互相短接的。MQ-135氣體傳感器採用二氧化錫(SnO2)作爲敏感材料。他能隨着環境中的有害氣體的不同導電率也不同。使用簡單的電路將導電率的變化轉爲其相應的輸出信號。
人體感應，選擇人體紅外模塊 HC-SR501
全自動感應：當有人進入其感應範圍則輸入高電平，人離開感應範圍則自動延時關閉高電平。輸出低電平。感應模塊採用雙元探頭，探頭的窗口爲長方形，雙元（A元B元）位於較長方向的兩端，當人體從左到右或從右到左走過時,紅外光譜到達雙元的時間、距離有差值，差值越大，感應越靈敏，當人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時，雙元檢測不到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應不靈敏或不工作；所以安裝感應器時應使探頭雙元的方向與人體活動多的方向儘量相平行，人體經過時先後被探頭雙元所感應。爲了增加感應角度範圍，本模塊採用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應，但左右兩側仍然比上下兩個方向感應範圍大、靈敏度強，安裝時仍須儘量按以上要求。
聲音監測，選擇麥克風傳感器模塊
模塊有兩個輸出：AO,模擬量輸出，實時輸出麥克風的電壓信號；DO，數字量輸出。當聲音信號強度達到某個閾值時，輸出高低電平信號，電位器調節閾值大小。
光強監測，選擇光敏電阻傳感器
光敏電阻模塊一般用來檢測周圍環境的光線的亮度，觸發單片機或繼電器模塊等。使用寬電壓LM393比較器，信號乾淨，波形好，驅動能力強，超過15mA。配可調電位器可調節檢測光線亮度。光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導體材料製成的特殊電阻器，其工作原理是基於內光電效應。隨着光照強度的升高，電阻值迅速降低，由於光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。其在無光照時，幾乎呈高阻狀態，暗電阻很大。
紅外模塊，選擇紅外光電反射傳感器模塊
該傳感器模塊對環境光線適應能力強，其具有一對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理之後，綠色指示燈亮，同時信號輸出接口輸出數字信號，可通過電位器旋鈕調節監測距離。
溫度監測，選擇熱敏傳感器模塊
熱敏電阻模塊對環境溫度很敏感，一般用來檢測周圍環境的溫度，通過電位器調節，可以改變溫度檢測的閾值；AO,模擬量輸出，實時輸出麥克風的電壓信號；DO，數字量輸出。
電機驅動，選擇TB6612FNG電機驅動模塊
該模塊相對於傳統的L298N效率上提高很多,體積上也大幅度減少，在額定範圍內，芯片基本不發熱。
關於此模塊的介紹，大家可以看這篇博客TB6612FNG電機驅動模塊
報警，選擇蜂鳴器
蜂鳴器報警電路如下：
總體方案論述
本系統主要包括控制系統模塊、電機驅動模塊、各傳感器模塊，根據不同傳感器所採集的環境信息，控制電機完成相應動作以及蜂鳴器是否發出警報。總方案框圖如圖所示。
系統軟件設計
人體檢測，紅外檢測，聲音檢測部分用到數字輸入和數字輸出模塊，此部分延時設置爲20ms,並設置一個人體檢測全局變量，放置3個布爾元件，在人機交互界面，充當指示燈作用。
當檢測到人體時，控制電機轉動，模擬開門運動；溫度檢測部分，需要模擬輸入，並且要進行溫度轉換，把採集到的模擬電壓轉化爲溫度值，然後再人機交互界面顯示。
當空氣質量大於設置閾值時，控制電機反轉，模擬排氣扇動作；當溫度超過閾值，控制電機正轉，模擬風扇降溫動作。布爾指示燈模擬家中電燈，光照強度低於設置閾值，燈亮。
作品演示
實物圖
時間有些倉促，做的並不美觀，好多想法還沒進行實現。
下面是說明書部分，對作品進行了簡單的介紹。
labview 人機交互界面
人機交互界面，做的有些簡陋，而且不美觀。有機會再修改叭，嘗試使用智能家居圖片做成真正的家居樣子。
