Labview课程设计家居防盗系统资料Word文档下载推荐.docx

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第3章软件设计5

3.1虚拟仪器介绍5

3.2前面板设计7

3.3程序框图设计7

3.3.1创建NI-DAQmx7

3.3.2比较函数7

3.3.3均值趋势VI7

第4章硬件设计8

4.1数据采集8

4.1.1数据采集的应用及概念5

4.1.2选择数据采集时需要考虑的因素6

4.2NIELVIS的硬件连接与配置9

4.3硬件电路分析9

4.3.1按钮开关6

4.3.2实际硬件模块连接5

第5章家居防盗系统调试结果10

5.1前门开关状态图10

5.2后窗开关状态图10

5.3车库门开关状态图11

5.4后门开关状态图11

结论12

参考文献13

附录14

附录1：

Labview前面板设计界面14

附录2：

Labview程序框图设计界面15

第1章绪论

随着社会经济水平的发展，人们工作和生活方式的不断变化，家居防盗对于家庭财产安全变得越来越重要。

电子技术和计算机自动控制技术的快速发展，防盗系统不断臻于自动化、智能化。

本课程设计了一种基于现代微电子和以计算机为基础的labview家居防盗系统。

报警系统主要由硬件部分和软件部分组成，以家用PC为主控机，以LabVIEW为软件开发平台，以NIELVIS为硬件实验平台，设计了一套自动化家居防盗系统基本目标。

本系统上位机软件采用LabVIEW进行编写，同其它编程语言相比LabVIEW采用图形语言进行编程，使编程更灵活、方便，降低开发难度，缩短开发周期，并可以根据用户的需要对系统做出快速的更改，实现对家居信息的自动化监控。

第2章系统总体设计

2.1设计平台

该家居报警系统设计是基于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数据以及labview仿真。

以LabView为软件开发平台,以NIELVIS为硬件实验平台的设计。

2.2系统的框架设计

本设计是为家庭设计一个防盗自动警报系统，该系统根据开关的状态模拟门或窗户的开闭。

如果警报系统处于激活状态，则当检测到某个开关门状态变化，触发相应的警报。

在阈值函数后控制前端面板上的信号显示那一扇门或窗户开闭状态。

在该系统中，每扇门或窗户只需要两根导线来连接到警报系统中。

而在智能系统中，回路则只需要一根导线就可以了，每个按钮开关将控制相应电阻的短路或者开路，使测量的电压在相应的阈值范围内。

最终电压的大小决定了那个们或者窗户会被打开。

图2.1家居防盗系统原理图

第3章软件设计

3.1虚拟仪器介绍

虚拟仪器是美国国家仪器公司1986年提出的概念，是现代计算机技术和仪器技术深层次的产物，是计算机辅助测试领域的一项重要技术。

虚拟仪器的出现是测量仪器领域的一个突破，它彻底改变了传统的仪器观，从根本上更新了测量仪器的概念，带给了人们一个全新的仪器观念。

虚拟仪器是基于计算机的仪器。

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

粗略地说这种结合有两种方式，一种将计算机装入仪器，其典型的例子就是智能仪器。

随着计算机功能的日益强大以及体积的日趋缩小，这种仪器功能也越来越强，已经出现含嵌入式的仪器。

另一种是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

3.2前面板设计

单击Run运行程序。

如果NIELVISII连接好了并处于ON状态，而且原型板具有电源供电，则原型板上的动作将会显示在LabVIEW的前端面板上。

每一个开关都映射到一个特定的窗户或门上。

如果某个窗户或门打开状态，则输入端口显示为黑色。

任何打开的门或窗户都将通过屋檐槽触发红色警报。

要终止程序，单击AlarmOff前面板的滑动开关。

3.3程序框图设计

对DAQ助手编程，使之以1000S/s的速率连续5读取100个电压值。

从数据簇（蓝/白线）中选择电压数值。

Mean.vi将计算这组读取的平均值。

并将其传送到电压触发阶梯中。

一旦电压落入两个限制值之间（橘色方框），相应的状态就将显示在前面板上。

限制选为两个相邻触发电压的中间值。

当任一扇门或窗户被打开时，4-1输入的OR函数将触发警报。

该设计智能检测到第一个被打开的们或者窗户。

如果在限制阶梯中增加几个梯级，将可以多个打开或关闭状态。

3.3.1创建NI-DAQmx任务

按照下列步骤，可以创建并配置一个从DAQ设备读取电压的任务。

方案1：

利用DAQ助手

1.打开一个新建的空白VI。

2.在程序框图中，打开函数选板并选择Express»

输入，显示输入选板。

3.选择输入选板上的“DAQ助手”ExpressVI，如左图所示。

将该ExpressVI放置到程序框图上。

打开DAQ助手，显示新建Express任务对话框。

4.单击采集信号»

模拟输入，显示模拟输入选项。

5.选择电压创建一个新的电压模拟输入任务。

对话框将列出各个已安装的DAQ设备的通道。

列表中通道的数量取决于DAQ设备的实际通道数量。

6.在支持物理通道列表中，选择仪器与信号连接的物理通道（如ai0）并单击完成按钮。

“DAQ助手”将打开一个新对话框，如图5.6所示。

对话框显示选中完成任务的通道的配置选项。

7.在设置选项卡的信号输入范围部分，将最大值和最小值分别设为10和-10。

8.在配置选项卡的定时设置部分，从采集模式下拉菜单中选择N采样。

9.在待读取采样文本框中输入1000

图3.1创建NI-DAQmx图

3.3.2比较函数

依据上限和下限，确定x是否在指定的范围内，还可选择将值强制转换至范围内。

只在比较元素模式下进行强制转换。

如所有输入都是时间标识值，该函数接受时间标识。

用户可更改函数的比较模式。

本设计是通过该比较函数，确定电压是否在相应阈值内，进行电压比较控制门或窗的开闭状态。

图3.2比较函数图

3.3.3均值趋势VI

数值运算是Labview中最基本的功能之一；

Labview的图形化编辑语言方便、简单的使数值运算更加直观和形象。

本设计主要采用Labview的WHile结构，将动态数据类型转换成可与其他VI和函数配合使用的数值、布尔、波形和数组数据类型，以计算DAQ电压数据值的的中央趋势。

图3.3均值趋势VI

第4章硬件设计

4.1数据采集卡

4.1.1数据采集的应用及概念

数据采集（DataAcquisition,简称DAQ），自动从布置于工厂、实验室、现场的传感器、设备等收集获取数据的过程，如图3.4所示。

狭义的数据采集主要是模拟输入（AI），其目的是为了测量某种电信号或物理信号，如电压、电流、温度、压力、加速度、声强等。

广义的数据采集还包括模拟输出、数字I/O等。

例如,目前市面上的多功能数据采集设备通常包括模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/定时器等功能，如NI的M系列多功能DAQ卡。

现在一些传感器/变送器已经集成了A/D转换功能，直接通过数字接口读取数据，从而不需要模拟输入采集。

数据采集的应用十分广泛，几乎涵盖所有工程专业和科学研究方向。

电子、电气、机械、车辆工程、海洋工程、环境、化工、生物医学、土木工程、能源电力、高能物理。

图4.1信号采集流程

4.1.2选择数据采集设备时的考虑因素 

a）通道数 

b）b）总线 

c）带宽是否足够数据传输速度的需求 

d）最高采样率 

e）根据乃奎斯特定律，采样率应为最高频率分量的两倍以上，实上最好能做到5-10倍 

f）分辨率 

g）够用就好，不一定越高越好

4.2NIELVIS的硬件连接与配置

本实验主要基于NIELVIS多功能教学实验平台和NIDAQ硬件实践平台完成。

Pre-Lab检查NIELVIS的硬件连接与配置

1.检查ELVIS工作台的电源已经连接并打开，并且已经通过USB线缆连接至PC机。

2.通过开始>

>

所有程序>

NationalInstruments>

Measurement&

Automation打开NIMeasurement&

AutomationExplorer（以后简称MAX，这是一个可以管理所有系统中的NI设备硬件资源并进行相关配置和自检的一个软件，随任何NI驱动程序会安装在PC中）。

3.在MAX中单击“设备和接口”，检查是否能找到NIELVISII+（取决于实验室配置,有可能找到的是NIELVISII，不带加号），如果连接正常，应该前面的板卡符号应该显示为绿色。

可以单击右键选择“自检”对设备进行自检。

检查设备名是否已经是像下图一样显示为“Dev1”，如果不是的话，点击右键可以将设备重命名为“Dev1”。

图4.2NIELVIS的硬件连接与配置图

4.3硬件电路分析

硬件电路组成器件由一个采集板卡，一个5V的电源U，一个0.5k的电阻R1，一个1k的电阻R2，一个2k的电阻R3（由两个1k的电阻串联形成），两个4.7k的电阻R0和R4及12根导线组合而成。

其中0.5k的电阻R1表示后门，1k的电阻R2表示车库门，2k的电阻R3表示后窗，4.7k的电阻R4表示前门，4.7k的电阻R0表示保护电阻，起保护电路作用。

当按钮开关均未按下时，电阻R0~4均有电压（没有短路现象），所以输出电压为：

U0=U*（R1+R2+R3+R4）/（R0+R1+R2+R3+R4）=3.1782V4-1

当按钮开关1按下时（即关闭后门），电阻R1所在支路短路，电流从按键开关1经过，所以R1没有电压存在（即电压为0）：

U1=U*（R2+R3+R4）/（R0+R2+R3+R4）=3.1048V4-2

当按钮开关2按下时（即关闭车库门），电阻R2所在支路短路，电流从按键开关2经过，所以R2没有电压存在（即电压为0）：

U2=U*（R1+R3+R4）/（R0+R1+R3+R4）=3.0252V4-3

当按钮开关2按下时（即关闭后窗），电阻R3所在支路短路，电流从按键开关3经过，所以R3没有电压存在（即电压为0）：

U3=U*（R1+R2+R4）/（R0+R1+R2+R4）=2.844V4-4

当按钮开关4按下时（即关闭前门），电阻R4所在支路短路，电流从按键开关4经过，所以R4没有电压存在（即电压为0）：

U4=U*（R1+R2+R3）/（R0+R1+R2+R3）=2.134V4-5

图4.3硬件电路图

4.3.1按钮开关

按键开关共有四个引脚，本实验使用其中两个引脚，要求：

两个引脚在按键开关在未按下时处于断开状态的，且按键按下时处于导通状态。

按钮开关引脚的具体接法：

（1）将万用表调制蜂鸣档；

（2）在开关没有按下时，测量任意两个引脚，若有蜂鸣声，则所测的两个引脚为导通状态。

结果为处于对角线的两个引脚处于导通状态；

（3）将按键按下，，测量任意两个引脚，若有蜂鸣声，则所测的两个引脚为导通状态。

结果为任意两个引脚均处于导通状态；

（4）将按键开关与相关电阻并联，将开关未按下时处于断开状态的两个引脚介入电路，则按键按下时，按键开关相并联的电阻电路处于短路状态。

图4.4按钮开关

4.3.2实际硬件模块

以LabView为软件开发平台,以NIELVIS为硬件实验平台，实现的数据采集和处理,该系统能够实时采集电压信号,通过对信号的处理,实现对空调、门窗和窗帘的控制,并发出警报。

实际硬件模块连接图如下：

图4.4实际硬件模块连接图

第5章家居防盗系统调试结果

5.1前门开关状态图

Mean.vi将计算这组读取的平均值。

前端面板前门开关状态显示界面：

图5.1前门开状态图

当限制选为2V-2.7V时，前门状态为开。

图5.2前门关状态图

当限制不在2V-2.7V时，前门状态为关。

5.2后窗开关状态图

前端面板后窗开关状态显示界面：

图5.3后窗开状态图

当限制选为2.7V-2.9V时，后窗状态为开。

图5.4后窗关状态图

当限制选不在2.7V-2.9V时，后窗状态为关。

5.1车库门开关状态图

前端面板车库门开关状态显示界面：

图5.5车库门开状态图

当限制选为2.9V-3.0V时，车库门状态为开。

图5.6车库门关状态图

当限制不在2.9V-3.0V时，车库门状态为关。

5.4后门开关状态图

前端面板后门开关状态显示界面：

图5.7后门开状态图

当限制选为3.0V-3.12V时，后门状态为开。

图5.8后门关状态图

当限制不在3.0V-3.12V时，后门状态为关。

结论

对于这次的课程研究设计，我觉得受益匪浅。

我做的是智能家居防盗系统的设计，与我们的平常生活关联很大，我们人外出时，家中容易被小偷或不法分子进入，该设计基于Labview实现智能家居防盗，在相应阈值范围内开相应门或者窗，触发警报，保证了实时的安全性。

在此次要运用的是LabVIEW软件也没怎么学过，对它一点也不了解更别说要去用了，拿到的时候都不知道怎么做。

但通过问导师主要学习哪些书，并下载了LabVIEW软件，通过理论与实际相结合，先练习参考书上的一些练习题，掌握了软件的一些基本元件与结构再进一步设计课题。

最终把课程设计按时完成。

对于此次的设计，我们觉得还可以在设计的基础之上有待改进，可以在原基础之上加上一个LED灯显示，在实际电路相应传感器（门或者窗户）开时，相应的等就亮，实现的模块更简单，更直观。

本设计我们思考了也与很多不足，一个是按钮的选择接触效果不理想，相应的电阻选择不是很理想，导致电压阈值过于接近，使相应的传感器（门或者窗户）开闭时过于接近，其他门或者窗户也有相应的接触不良。

参考文献

[1]单片机原理与应用开发.王卫星.中国水利出版社.2009.

[2]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].机械工业出版，2009.5

[3]陈锡辉，张银鸿labview程序设计从入门到精通，清华大学出版社，2012

[4]宋玉杰.基于虚拟仪器的频谱分析研究[B].西华大学，2009

[5]林静，林振宇等.labview虚拟仪器程序设计[M]人民邮电出版社，2010

[6]杨乐平，李海涛，肖相生等.labview程序设计与应用[M].北京电子工业出版社，2008

[7]程学庆.labview图形化编程与实例应用[M].中国铁道出版社，2012

[8]刘君化，基于labview的虚拟仪器设计[M].电子工业出版社，2014

附录

Labview前面板设计界面

Labview程序框图设计界面