智能家居软件用户手册.docx

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智能家居软件用户手册

智能家居软件用户手册（总30页）

基于嵌入式的智能家居系统

软件手册

一、设计思路

随着智能家居产业的兴起，小型化服务器、多功能数据监测与控制系统，已经成为智能家居系统发展的一种趋势，建立集服务、控制、监控、报警于一身的低成本智能家居系统，将在未来的市场中占有巨大的优势。

基于此，系统设计阶段，即第三轮代码编写阶段，软件架构便明确的设计为，基于嵌入式系统的、利用TCP通信作为接口的Server/Client模式。

Server程序作为嵌入式系统内长期运行的服务程序，无需面板显示功能，因此Server程序设计为无面板的黑盒；Client程序作为用户程序，通过LAN或Internet链接到Server，对服务器进行访问、设置等等，展现智能家居系统的全部功能。

对于Server而言，其本身除提供Client端的数据访问外，还应具有传感器数据采集等等功能，通过“链接”在Server端的传感器，实时的监控家居环境。

对于家庭环境，基于无线网络的监控系统，将大大的提高系统的安装灵活性。

因此Server与Sensor之间的通信，将主要通过无线网络来完成。

在Server于Sensor的通信中，由于Server无需实时的采集全部Sensor的数据，只需定时获取相关信息，因此在这一个层面的通信中，Sensor将作为“服务器Server”，而Server将作为“客户端Client”，Server主动的链接Sensor获取数据，而在获取数据后断开与Sensor的链接，这样便可实现Server对多个Sensor的定时监控。

除了传统的传感器数据采集，近些年视频监控与图像识别，在各个领域内的应用越来越广泛。

如若智能家居系统与视频监控相结合，既能满足对家庭环境的远程视频查看，又能利用图像识别功能，在儿童监护、老人防摔、家庭防盗、人脸识别等等方面发挥更大的作用。

因此将视频监控系统集成与系统内，也是系统设计较早便考虑的方面。

二、系统架构

根据设计思路，系统架构由“三个层次”以及“外接设备”构成，我们将这三个层次分别命名为：

ClientLayer、ServerLayer、SensorLayer。

（1）ClientLayer

由客户端程序构成，运行于一台独立的PC，其与ServerLayer通过LAN或Internet进行通信，实现命令的发送和数据的读取；

（2）ServerLayer：

由服务器软件及myRIO部分功能构成，程序分别运行于一台PC和myRIO，两个程序间的数据通信以“共享变量”来实现。

这里额外要说的是，设计的初衷是将ServerLayer的全部程序运行于myRIO中，这样便实现了真正的嵌入式，但是与NI工程师沟通后，得到目前myRIO不支持数据库功能的结论，因此不得不将myRIO与PC混合使用，来实现数据的存储。

在实际的使用中，Server内部的通信将在内存中直接完成，可以舍弃全部共享变量；

（3）SensorLayer：

由Sensor程序构成，其运行于myRIO内，其与ServerLayer通过无线网络的TCP或UDP进行通信，将采集到的传感器数据，通过网络发送给ServerLayer。

在实际的使用中，可以用无线通信模块及数据采集模块代替myRIO，以降低采购成本；

结构图

（4）ExternalEquipment（外接设备）：

直接连接于ServerLayer或通过网络连接于ServerLayer的设备，包括摄像头、麦克风等等设备，可实时的采集家庭内的数据或发出报警信息，并通过LAN或Internet与ClientLayer连接，实现数据的远程传输。

三、通信协议

对于三层数据传输的架构，针对性的制定了2套不同的通信协议，分别用于ClientLayer与ServerLayer间的通信，以及ServerLayer与SensorLayer之间的通信，我们这里分别命名为UserProtocol和SensorProtocol。

（1）UserProtocol

该协议用于ClientLayer与ServerLayer间的通信，ServerLayer作为服务器，监听特定的端口，ClientLayer作为客户端，链接ServerLayer，建立连接后，实现数据的通信。

当需要断开链接时，ClientLayer发送断开命令，ServerLayer将链接断开。

该协议共分为5大部分，利用了三个不同的端口进行不同数据的通信。

基本按照第三轮至第五轮的顺序，依次添加了不同部分的协议，这也是基于通信协议的优势，只要协议制定合理，其扩展能力很强，可以满足各种不同功能的需要。

三个端口中，Port1主要用于常规命令的发送和反馈信息的回复，可以实现小规模数据的通信；Port2主要针对Monitor模块中的实时数据查看功能，当监测的窗口较多时，数据通信量较大，单独利用一个端口实现数据的传输，可以提高系统的反应速度；Port3主要针对视频传输数据，其目的与Port2相同，减少Port1的数据通信量。

（2）SensorProtocol

该协议用于ServerLayer与SensorLayer之间的通信，包括UDP协议和TCP协议两个部分，其中对于TCP通信，SensorLayer为服务器，ServerLayer为客户端，实现ServerLayer对多个Sensor的数据采集。

UDP协议主要用于Sensor的探测，利用UDP可以跨网段传输的特性，在未设置IP地址的前提下便可将网络内的Sensor信息监测到，增加系统配置配置的灵活性。

在添加设备时可以利用该功能自动查找可用的Sensor，方便系统设置。

TCP协议主要用于Sensor数据的获取，该协议为各个Sensor的通用协议，这样便可方便Server的数据采集。

四、数据管理

所有的数据都存储在Server中，这样无论Client端在何处登录，都可以读取到同样的数据。

对于图像、音乐等较大的文件数据，以文件的形式在指定文件夹内进行存储，对于传感器采集的数据，则在数据库中进行管理。

软件的架构设计应该以数据的流向作为轴线，进行功能的设计和代码的编写，因此本系统将Server作为数据的核心，Client与Sensor的数据都以Server为基准进行上传和下载。

软件针对不同的模块，引入了面向对象编程，将属性与数据结构匹配，提高了程序的扩展性，同时与数据结合更加紧密。

五、使用说明

程序需要安装LabVIEW2014开发环境，myRIO开发包，wsncloud云端服务器插件，Access2007数据库驱动。

运行项目项目文件，弹出如下对话框，依次运行、、。

1.程序启动

（1）运行myRIO程序

首先打开NI-myRIO-1900设备下的，运行该程序，首先要部署共享变量，如下图所示：

启动成功后，程序运行如下图所示：

myRIO程序

其中stop按钮用于退出myRIO程序，该按钮实际只在调试中有效，实际运行时程序部署到myRIO中，按钮失去作用；Clientsconnected表示myRIO中的sensor服务器当前连接的客户端个数。

当server从sensor采集数据时，该控件显示不为0，当server采集结束后，该控件变为0。

（2）运行server程序

打开server虚拟文件夹下的，运行服务器程序，由于server与myRIO之间要通过共享变量进行数据通信，因此程序首先部署共享变量，如下图所示：

。

程序运行后如下图所示。

server程序

其中stop按钮用于停止server程序，visionalarm按钮用于控制视频报警的开启和关闭，Clientsconnected表示Server中的服务器当前连接的Client个数。

（3）运行Client程序

打开Client虚拟文件夹下的，运行客户端程序，程序运行后如下图所示。

2.系统操作

（1）系统登录

点击菜单File-Login，如下图所示：

或者将鼠标移动至界面的底端，在弹出的按钮框中点击login按钮，如下图所示：

弹出Login对话框，输入IP地址，Name默认ZhangChao，通过该账号可登陆系统，用户也可以在setting中新建账号，将在后面详细介绍，如下图：

点击ok按钮，进入password界面输入密码，默认密码为5600。

点击“#”确认输入内容，并将账号和密码发送至服务器，与服务器数据库内的账号信息进行比对；点击“*”清空输入内容。

当鼠标悬停在“#”与“*”会有功能提示。

同样，将鼠标移动至界面底端，会弹出按钮对话框，点击logout断开与服务器的连接，点击exit按钮，退出程序；

登录成功播放unlock提示音，登录失败播放error提示音，并显示相应的提示信息；登录成功后密码按键将变为禁用状态，菜单栏将增加operation菜单栏，用户可以继续进一步的操作；同时File菜单内的Login菜单由启用状态变为禁用状态，Logout、Home菜单由禁用状态变为启用状态。

登录失败

登录成功home界面及operation菜单栏

Logout菜单栏变化

登录成功后，home界面上由6个按钮组成，其与Operation菜单的功能是一一对应的，

（2）系统注销

点击菜单栏File-Logout，或在home、password界面上将鼠标移动至底端，点击弹出按钮对话框中的logout按钮，可在任意情况下断开与服务器的连接，并返回主界面，该功能可以方便可以连接不同的服务器，查看不同的资源。

（3）系统退出

点击菜单栏File-Exit、单击程序右上角的关闭对话框按钮、或在home、password界面上将鼠标移动至底端，点击弹出按钮对话框中的exit按钮，可在任意情况下断开与服务器的连接，同时关闭程序。

3.相册Album

（1）启动相册

在登录成功后，在home界面上点击Album按钮，或在Operation菜单栏下点击OpenAlbum启动相册功能，如下图。

相册界面比登录界面大，其将以登录界面为重心，向四周放大面板；非空相册显示缩略图，空相册缩略将显示为nopicture；启动相册后，菜单栏将增加Setting菜单。

如下图所示。

AlbumList界面

相册支持适应窗口设置，可最大化窗口或手动拖拽改变窗口大小，相册内的相册、图片将根据窗口的大小自动调整位置，以保持显示的协调。

如下图所示：

窗口自适应

（2）相册操作

a）新建相册

点击“New”按钮，弹出NewAlbum对话框，输入与已有相册名称不同的名字，点击ok按钮，可创建新的相册。

创建相册

b）删除相册

在任意相册的缩略图上点击鼠标右键，弹出快捷菜单，点击Delete菜单，将删除该相册及相册内的全部照片。

c）退出相册

点击右下角的Home按钮，退出Album，返回Home界面。

d）进入相册

用鼠标左键点击任意相册的缩略图，可进入该相册并查看相册内全部照片。

鼠标点击位置

PictureList界面

e）上传图片

点击UploadPicture按钮，弹出文件选择对话，可选择一个或多个文件，点击ok按钮，将选中的文件全部上传至该Album。

f）图片操作

在相册内任一图片的缩略图上点击鼠标右键，将弹出图片快捷菜单，如下图所示。

点击Delete将删除该选中图片，点击Download，将下载该文件的原图至指定的地址。

g）返回

点击右下角back按钮，将返回AlbumList。

（3）图片操作

点击PictureList内任一图片的缩略图，可查看该图片的大图，如下图所示。

a）手动查看

点击图片查看界面的左侧和右侧区域，如下图所示，可以切换显示相册内的不同图片，点击左右分别用来查看前一张图和后一张图。

b）自动播放

点击右下角的play按钮，可以按设定的时间间隔循环播放相册内的全部图片。

c）停止播放

进入自动播放后，界面内的播放按钮和暂停按钮将隐藏，此时鼠标左键点击界面任何一个位置便可推出自动播放。

d）间隔设定

点击菜单栏内的Setting-AlbumSetting可弹出时间间隔设定对话框，手动输入时间间隔，单位毫秒，如下图所示。

e）返回

点击右下角的back按钮，可返回PictureList。

4.音乐播放

（1）启动音乐

在登录成功后，点击music按钮或，点击Operation菜单栏下OpenMusic，启动相册功能，弹出音乐播放对话框，同时隐藏Setting菜单，如下图所示。

音乐界面支持自适应窗口功能，可任意改变软件窗口大小。

（2）音乐操作

a）播放音乐

用鼠标左键双击tree中的音乐文件，或左键选中某音乐文件后，单击下方的播放按钮，即可播放服务器中的该音乐文件。

点击暂停按钮和停止按钮可对音乐播放进行控制，调整volume滑块，可控制音量的大小，向左减小音量，向右增加音量。

b）添加音乐集

点击NewCollection按钮或在tree中右键单击选择NewCollection菜单，可弹出增加音乐集对话框，如下图。

输入与已有音乐集名称不同的名字，点击ok按钮，可创建新的音乐集。

c）上传音乐

首先应选择一个音乐集或音乐集内的一个音乐，表示将向该音乐集内上传音乐，点击Upload按钮或在tree中点击右键UploadMusic菜单，弹出音乐选择对话框，可上传单个音乐或多个音乐至指定音乐集。

d）删除音乐

首先应选中一个音乐集或音乐集中的某个文件，点击Delete按钮或右键单击tree选择Delete菜单项。

如果选中的为音乐集，将删除该音乐集及其内的全部音乐文件，如果选中为某个音乐文件，则将删除该文件。

最后列表将刷新。

e）退出音乐

点击右下角的Home按钮，退出Album，返回Home界面。

5.数据监控

（1）启动监控

点击home界面上的monitor按钮或点击Operation菜单栏下的OpenMonitor菜单启动数据监控，如下图。

监控界面分为三大部分，左侧为列表显示区域，右侧为功能显示区域以及按钮区域；进入monitor界面后，菜单栏将增加project和setting两个菜单，如下图所示。

当进入monitor界面后，面板将支持调整大小功能，可通过拖动或全屏的方式改变面板的大小。

monitor界面

（2）监控操作

h）新建设备

选择菜单Project-NewDevice，或用鼠标选中tree中的monitorproject，点击New按钮，将弹出NewDevice对话框，输入与已有device名称不同的名字，选择通道个数，设置IP地址，端口号以及时间间隔等（需要根据实际的设备设置），点击ok按钮，可进入通道设置对话框。

Newdevice

弹出通道设置对话框后，可通过选项卡对不同的通道进行设置，这里最多支持8个通道，选项卡数会根据通道数不同，而显示不同个数的选项卡。

需要注意的是，各个通道的名称不能有重复，其他参数可根据实际情况设置。

NewChannels

点击OK按钮，将添加设备，且在左侧列表显示区域monitorproject下将增加该设备的列表以及各个通道的列表。

如下图所示：

i）删除设备

利用Project-DeleteDevice菜单可删除选中的device或某个channel，如果选中的为非monitorproject下的设备，系统将弹出提示信息。

删除设备后，左侧列表将刷新，同时sever端数据库将删除该设备的全部参数。

或选中monitorproject下的设备，点击下方的delete按钮，将可删除选中的device或某个channel。

j）配置设备

利用Project-ModifyDevice菜单，或选中某个设备后点击下方的modify按钮，可对现有的设备进行参数更改，选中device或channel，可对该device的参数以及各个通道的参数进行修改和保存，其界面与添加channel相同，不同在于其可对设备的参数进行修改，如下图所示。

ModifyDevice

（3）报警操作

a）新建报警

选择菜单Project-NewAlarm，或用鼠标选中tree中的alarmproject，点击New按钮，弹出NewAlarm对话框，device那么将显示monitorproject内的全部设备，如果monitorproject内无设备，报警将不法添加；ChanelName显示内容将根据devicename的不同显示为不同device对应的channelname列表。

其他参数根据实际需要确定，点击OK按钮添加报警项目，同时列表的alarmproject下将新建对应的报警项目。

Newalarm

b）删除报警

利用Project-DeleteAlarm菜单可删除选中的报警设备，如果选中的为非alarmproject下的设备，系统将弹出提示信息。

删除设备后，左侧列表将刷新，同时server端数据库将删除该报警对应的全部数据。

或选中alarmproject下的设备，点击下方的delete按钮，将可删除选中的alarm。

c）配置报警

利用Project-ModifyAlarm菜单，或选中某个alarm后点击下方的modify按钮，可对现有的报警进行参数更改，其界面与新建报警界面相同，不同在于其不能对报警的device和channel进行修改，如下图所示。

ModifyAlarm

（4）通道数据

双击列表monitorproject下的Channel名称、或将Channel名称拖动至右侧功能区域空白处，将在右侧功能区域内打开MDI窗口，显示该通道的数据，可重复打开同一通道的数据，也可以打开不同通道的数据，如下图所示。

a）实时数据

默认ChanelData窗口内显示的为实时数据，刷新速度由菜单栏中的RefreshRate设置，显示数据的个数为最近采集的10个数据，如下图所示。

RTgraph

谱图可随窗口大小的改变而变化，左上角显示的为设备名称和通道名称，右上角提示当前谱图的类型，谱图横坐标为时间，纵坐标为幅值。

b）历史数据

在谱图上单击鼠标右键，弹出菜单，选择historygraph进入历史数据谱图界面，进入历史数据谱图后，弹出选择对话框，同时右上角名称变为historygraph，如下图所示。

首先应在starttime和endtime上选择合理的时间段，点击OK按钮查询该时间段内的数据，并将数据显示在谱图中。

c）数据导出

在谱图内单击鼠标右键，选择“ExportDatatoExcel列表”可将谱图内的数据导入至Excel表格，另行存储。

d）关闭表格

点击鼠标右键，在弹出菜单中选择ClosePanel，或将鼠标移动至右侧，在弹出的功能栏中点击×按钮，便可将当前表格关闭。

（5）报警数据

双击列表alarmproject下的Channel名称、或将Channel名称拖动至右侧功能区域空白处，将在右侧功能区域内打开MDI窗口，显示该通道的报警状态及报警数据，可重复打开同一通道的报警，也可以打开不同通道的数据，如下图所示。

a）实时报警

默认AlarmData窗口内显示的为实时报警状态及最新的报警数据，刷新速度由菜单栏中的RefreshRate设置，如下图所示。

RTalarm

报警窗口可随窗口大小的改变而变化，左上角显示的为设备名称和通道名称，其下方为该通道的报警状态，无新报警时该图标显示为对号，如上图，有报警时该图标显示为错号，如下图，变为报警状态不能自动切换为非报警状态，此时点击该按钮，可将报警状态取消，这也符合报警的原则。

Alarmstate

同时，在服务器端如果检测到报警状态，服务器将自动发送Email至指定的邮箱，用户可以通过查看邮件的方式，判断数据检测是否出现报警。

b）历史报警

在表格上单击鼠标右键，弹出菜单，选择historyalarm进入历史报警表格界面，进入历史报警表格后，弹出选择对话框，如下图所示。

首先应在starttime和endtime上选择合理的时间段，点击OK按钮查询该时间段内的数据，并将数据显示在表格中。

c）数据导出

在表格内首先应用鼠标左键选择需要导出的数据（圈选），然后单击鼠标右键，选择“导出至Excel列表”可将谱图内的数据导入至Excel表格，另行存储。

（6）云端数据

集成了wsncloud云端数据管理，由于网络的原因，只有新建设备能够实现，且反应速度较慢，测试中不是每次都能建立成功。

点击Project-NewCloud可弹出新建云端设备对话框，对话框内全部信息必须输入完整，才能正确建立设备。

建立成功后，将在tree列表下的cloud项后显示该设备的名称。

（7）窗口管理

a）刷新速度

点击setting-refreshrate菜单，弹出refreshrate对话框，如下图。

该对话框用于设置devicedata以及alarmdata窗口实时数据的刷新时间间隔，单位为秒。

最小值可设为1秒，最大值为3600秒。

由于查询数据需要占用大量的网络资源，且随着MDI窗口的增加，数据量也会成倍增加，因此此处不建议设置时间过短。

监控不同于实时采集，其对数据的连续性要求也不需要过高。

b）刷新列表

在tree上点击右键，点击Refresh菜单，将重新从server读取列表信息，刷新tree内各项（此功能不支持wsncloud列表刷新）。

c）初始化云

在tree上点击右键，点击initializecloud菜单，将从云端读取设备列表，显示在cloudproject目录下，该功能耗时较长，不建议使用。

d）窗口排列

随着MDI窗口数量的增加，窗口的管理能够提高程序的可用性，因此本软件设置了3种窗口的排列功能。

分别为垂直排列、水平排列以及层叠排列。

点击setting菜单下的Vertical、Horizontal、Cascade菜单，可分别实现上述3个功能，

Vertical：

将各个MDI窗口按照打开顺序，从上至下排列在右侧功能显示区域内。

如果垂直方向的高度不足以按各窗口的最小高度排列，则增加窗口显示的列数，如果水平方向不能满足窗口最小宽度，则系统提示排列空间不足的提示框；

Horizontal：

将各个MDI窗口按照打开顺序，从左至右排列在右侧功能显示区域内。

其功能与Vertical类似；

Cascade：

按照窗口的原始大小，从左上至右下间隔25像素，依次排列各个窗口。

e）窗口替换

拖动列表中Channel图标，至右侧功能显示区域的空白处，将打开新的窗口；如果将图标拖动至已有窗口中，该MDI窗口将显示在所有MDI窗口的最前面，以提示鼠标拖动至该窗口，释放鼠标将关闭该窗口，同时在固定的位置打开拖动通道的窗口代替原窗口。

支持监控窗口和报警窗口互换。

6.视频识别

（1）启动监控

点击home界面上的camera按钮或点击Operation菜单栏下的OpenCamera菜单启动视频监控，如下图。

Camera

界面由两排监视窗口构成，第一排为原视频，第二排为经过处理的灰度视频，在其中心有一片识别区域，用于判断当前视频中原本拜访的物体是不是存在。

由于目前只有一个摄像头，因此这里只有第一列两个图像有显示。

当摄像头前检测区域能够检测到边沿时，server程序将不发出声音提示，当检测区域未能够检测到边沿时，server程序