基于USB接口的虚拟智能家居监控系统.pdf

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1、垫錾喾丝基于U S B 接口的虚拟智能家居监控系统李静，赵丽，杨丽，王永亮(天津职业技术师范大学天津市信息传感与智能控制重点实验室，天津3 0 0 2 2 2)V i r t u a lM o n i t o r i n gS y s t e mo fI n t e l l i g e n tH o m eB a s e do nU S BI n t e r f a c eL IJ i n g Z H A OL i Y A N GL i W A N GY o n g l i a n g(T i a n j i nK e yL a b o r a t o r yo fI n f o r m a

2、t i o nS e n s i n g&I n t e l l i g e n tC o n t r o l。T i a n j i nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g ya n dE d u c a t i o nT i a n j i n。T i a n j i n3 0 0 2 2 2，C h i n a)摘要：针对智能家居监控的需求，采用基于U S B 接口的采集控制结构，设计了具有较低成本较高效率的虚拟仪器智能家居监控系统，系统采用A V R 单片机并结合专用接1：7 芯片P D I U S B D l 2 实现数据通讯，同时通过虚拟仪

3、器应用程序来实现家居环境参数的采集及安防等设备的控制。实验结果表明，系统使用直观方便、反应快速，且性能稳定、易于扩展升级，能够较好满足设计要求。关键词：U S B；虚拟仪器；智能家居中图分类号：T P 3 1 6文献标识码：A文章编号：1 0 0 1 2 2 5 7(2 0 1 1)l l 一0 0 4 7 0 3A b s t r a c t：G o o dm o n i t o r i n gi st h ee x t r e m e l yi m p o r t a n tf a c t o ri nt h ei n t e l l i g e n th o m e A c c o r

4、d i n gt ot h em o n i t o r i n gc o n t r o lr e q u i r e m e n t so fi n t e l l i-g e n th o m e V i r t u a lm o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nU S Bi n t e r f a c ei sd e s i g n e dw i t hh i g h e re f f i c i e n c ya n dl o w e rc o s t T h es y s t e mu s e ss p e c i a li n t e

5、r f a c ec h i pP D I U S B D l2a n dA V RM C Ut oa c h i e v ec o m m u n i c a t i o n，w h i l eu s i n gv i r t u a li n s t r u m e n t st oa-c h i e v et h ea c q u i s i t i o no fe n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r sa n dt h ec o n t r o l l i n go fs e c u r i t ye q u i p m e n te t

6、c T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h es y s t e mi se a s yt ou s e，f a s tr e s p o n s e，s t a b l ep e r f o r m a n c e，e a s yt oe x p a n du p g r a d e d，a n db e t t e rm e e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s K e yw o r d s：U S B；v i r t u a li n s t r u m e n

7、t s；i n t e l l i-g e n th o m e收稿日期：2 0 1 1 一()6 一f)8基金项目：天津职业技术师范大学科研发展堆会资助项f 1(K J S Y S 0 90 2；K J Y l l 0 9)；天津巾高校科技发展基金项目(2 0 1 0 0 7 1 1)机械与电子)2 0 1 1(1 1)0引言随着测控技术和网络技术的发展，智能化家居成为越来越多人关注的焦点。智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电及设备自动化，集系统、结构、服务和管理为一体的高效、舒适、安全和环保的居住环境-s 。监控是构建智能家居环境的苇要环节，为保证环境安防信息准确稳定的获取

8、以及控制命令的顺利执行，必须为智能家居构建良好的监控平台，其中，信息通讯接口技术尤为关键。本设计立足于目前智能家居的广泛需求，研究性能价格比较高的基于U S B 接口的智能家居监控系统。U S B 接口是由I n t e l，C o m p a q，M i c r o s o f t，N E C 等世界著名的计算机和通讯公司推出的一种快速、双向、同步传输并可热插拔的数据传输总线标准，它解决了传统总线的不足，满足了人们对串行通信提出的更高要求。根据立体智能家居概念的要求，构建包括家居网络系统、信息采集系统、安全报警系统和自动控制系统的立体空间智能家居系统，该平台以U S B 接口为基本数据通讯方

9、式，以虚拟仪器监控平台为核心，将多个物理空间上独立分布的家居子系统互联，同时实时采集家居环境安防等各种状态信息，并自动判断异常情况发送至远程监控客户端，并可根据客户需要对家居状态实施远程控制【5 j。1基于U S B 接口的智能家居监控平台的硬件设计1 1系统总体设计实现家居环境的监控，需要实时自动采集住宅内的环境信息以及安全监测信息并能及时准确地做出回应，因此系统总体分为2 大部分，下位控制系统4 7万方数据http:/ 墓窒窑重垦室垫些!堡!墼堕堡丝丝窒堡堕丝叁丝及虚拟监控平台。下位控制系统负责环境信息的收集及家川设备和安防设施的控制，而虚拟监控平台负责影像声音等信息的检测及全部信息的集总

10、处理，并能与远程监控端通过网络进行信息通讯。环境传感器将温度、湿度、浓度和光照度等环境信息获取后以无线的方式反馈给下位控制器下位控制器通过U S B 接f J 将估息传送到虚拟监控半台，平台经过信息处理后将权限内的相应控制命令集总发送到下位控制器由下位控制器榨制丰 f 应没施启动_ r=作，同时通过网络将结果发布给远程监控者，或预警给相应部门远程监控者也町以远程监控住宅状况。系统总体设计如图1 所示；吲I系统总体结构1 2 系统硬件U S B 接口设计系统硬件主要集中在下位控制系统部分，该部分是获取大部分家居信息的重要环节，是实现智能家居的前提所在。下位控制系统原理如罔2 所示，硬件系统主要包

11、括微处理器模块(A t m e g a l6 单片机及外围电路)、传感器测量模块(温湿度传感器D H T 9 0、光照强度传感器T S I。2 3 0 B、气体传感器T(；$2 0 2)、无线数据通信模块和继电器等。匝匦匝区嚆剥l 筝黼产罐婺匦阿雨蕊而蕊i 印戮l一 模莓仃而i 习罔2 下f 征控制系统原理控制器的核心器件选择A t m e l 公。d 出品的A tm e g a l6，系统允分利月jr i 袅单片机丰富的内部外设模块，大大简化r 外围电路。温湿度传感器D H T 9 0湿度测量范围0】0 f J R H，温度测量范围一4 0 1 2 3 8C，精度高响应迅速而且是全数字式输出

12、。T S L 2 3 0 B 是T I 公司生产的光照强度传感磐，该器件不需外接元件即可完成高分辨率的光照度，频率转换。T G S 2 0 2 气体传感器能探测C 0 2、c()、【I 烷和煤气等多种气体，灵敏度高、稳定性好。无线通信模块采用的n R F 4 0 1 无线收发器件，抗干扰能力强，频率稳定性好，具有高速低功耗高准确率等优点。各采集模块获取家居状态参数后经由无线模块传至下位控制器，控制器将信哆搁理简化编码屙通过U S B 接口发送给虚拟监控平台，并接收监控平台F 达的执行命令码，经过解码后，冉经一1 尢线模块发送给灯光、安防及fJ 窗等执行机构。通讯接口电路直图3 所示。4 8 刚

13、0P D I U S B I)I2 的接口电路万方数据承载功能考虑到所采信息的容量和速度要求，本设D M A 传输，灵活性高、开发费用低、缩减开发时I H J 是一种比较经济快捷的U S B 协议器件。系统采用的是地址数据总线非复用模式，图3方式。2系统软件的设计要包括监控平台和下位控制系统2 部分。监控平台计技术，是计算机硬件资源，仪器测控硬件和用于数据分析、过程通信及图形川户界面的软件之间的有利用网络资源，实现智能家居的远程控制模式“。乜圃区窭巫刃陌五言钉鬲砷塑酵数曲 采集|l 视额屎集|声音采集L j 谚Y 丫l 网络发巾和撒臀权限内的拄制命令发送N一图4机械与电子2 0 1 1(1 1

14、r 远程控制命一YP 一执 柠制命令簿p匝】系统软件总流程问。在程序各环节中，U S B 通讯的准确稳定是总程序能否正确执行的关键因素，因此下位控制系统对U S B 芯片的控制非常重婴图5 是控制U S B 芯片进行数据采集的流程。I 外鳓J一二正1 1 塑堂坠Jr)。卜焉鬣一N 矗蓉一7 一一 t 重重i 堡t，一J _ 堑堕受堡型Nr 一I。一延銎璺蔓j，、壁墼鲤窒延重h卜j，_ 鞴磊商r Nr1 数艄话八缓冲H罔5 控制流程单片机r 电首先初始化其所有端l l、存储器、定时器和中断服务程序，以及读取P I)I U$B D l 2 的中断标志寄存和最后处理状态寄存器、P I)l U S B

15、 I)1 2 接收到土机发送的命令包后P D I U S B D l2 解读U S B 西议，然后就会发生中断，单片机根据巾断的类型进入相应的于程序，来配合主机的枚举和数据的传输。3系统实验按照系统原理，搭建实验平台，要求系统实现对室内温度、湿度、浓度和光照度等环境信息的检测，同时完成视频及声音的监控。一H 超出设定的预警范围，程序将在前面板进行报警显示，同时上传给远程报警端，测量情况如|冬l6 所示。从图6 中可以看出，F 位控制系统可正常的通过U S B 接口将温度、湿度、浓度和光照度等数据上基于U 辐接口的虚报智能寡房监控幕统一甲警警譬絮骨等百图6 系统监控界面4 9 万方数据矩阵变换器

16、与直接转矩控制技术的融合研究尚重阳1，普清民2(1 西安航空技术高等专科学校，陕西西安7 1 0 0 7 7；2 中山职业技术学院，广东中山5 2 8 4 0 4)R e s e a r c ho nD i r e c tT o r q u eC o n t r o lS y s t e mB a s e do nM a t r i xC o n v e r t e rS H A N GC h o n g y a n 9 1。P UQ i n g r a i n 2(1 X i a nA e r o t e c h n i c a lC o l l e g e，X i a n7 1 0 0 7

17、 7，C h i n a；2 Z h o n g s h a nP o l y t e c h n i c，Z h o n g s h a n5 2 8 4 0 4，C h i n a)摘要：通过电机定子磁链的增量实时计算出矩阵变换器的期望输出电压矢量，结合矩阵变换器双空间矢量调制策略和异步电机直接转矩控制技术，实现了采用矩阵变换器供电的异步电机直接转矩控制。利用M a t l a b S i m u l i n k 构建了系统模型，给出了仿真结果。结果表明，系统运行稳定，具有优良的动静态性能。关键词：矩阵变换器；直接转矩控制；异步电机；双空间矢量调制中图分类号：T M 9 2 1文献标识码：

18、A文章编号：1 0 0 1 2 2 5 7(2 0 1 1)1 l 一0 0 5 0 一0 4收稿日期：2 0 1 1 一0 6 2 lA b s t r a c t：T h er e f e r e n c ev o l t a g eo u t p u tv e c t o ro fm a t r i xc o n v e r t e ri Sc a l c u l a t e di nr e a lt i m eb a s e do nt h ei n c r e m e n to ft h es t a t o rf l u x，a n dc o m b i n e dw i t ht

19、 h ed o u b l es p a c ev e c t o rm o d u l a t i o ns t r a t e g ya n dd i r e c tt o r q u ec o n t r o lt e c h n i q u e，t h ed i r e c tt o r q u ec o n t r o ls y s t e mo fi n d u c t i o nm o t o rf e db ym a t r i xc o n v e r t e ri si m p l e m e n t e d S i m u l a t i o nr e s u i t s

20、p r o v et h er a t i o n a l i t ya n dv a l i d i t yo ft h ea l g o r i t h m K e yw o r d s：m a t r i xc o n v e r t e r；D T C；i n d u c t i o nm o t o r；d o u b l es p a c ev e c t o rm o d u l a t i o n传至虚拟监控界面，并且当室内环境参数和视频监控正常时，系统只做正常的显示，图中声音监控呈现异常报警状态，因为有用来模拟门窗遭到破坏时的异常声响出现。基于U S B 接口的虚拟智能家居监

21、控系统，在测量参数和控制点相对较多的情况下，可以快速准确地实现家居环境的监控，满足设计要求。4结束语数据采集控制系统采用多种数字式接口传感器节约系统资源。简化电路结构而无线式数据收发网络布局较好地提高r 智能家居系统构建的灵活性。系统l 监控界面选择L a b V I E w 软件，缩减了系统开发时间，提高了设计效率。而且使系统更易于完善升级，并且依托于计算机技术的虚拟仪器监控系统更能充分利用信息化资源，成本低效率高。实验表明，系统使用方便灵活、准确稳定。为智能化家居的推广和发展提供了一定的理论依据和设计基础。5 0 参考文献：1 王峰荣易国内居家智能系统的发展现状F J 3 住宅产业。2 0

22、 0 4，(9)：1 4 1 8 2 吴功宜智慧的物联网：感知中国和世界的技术 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 8 3 W e b e rW，B r a u nC G l a s e rR，e ta 1 A m b i e n tI n t e l l i g e n c e-。_ _ _ _ _ _ K e yT e c h n o l o g i e si nt h eI n f o r m a t i o nA g e c P r o c o fI E E EI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nE l e c t r o n

23、D e v i c e s，2 0 0 3 4 3 张弘U S B 接【1 设计 M 西安：西安电子科技大学出版社2 0 0 4 5 3B oY a n S u p p l yC h a i nI n f o r m a t i o nT r a n s m i s s i o nb a s e do nR F I Da n dI n t e r n e t o fT h i n g s C C o m p u t i n g。C O r n m u n i c a t i o n。C o n t r 0 1 a n dM a n a g e m e n t，2 0 0 9 6 李海涛，等1 a b V I E W 程序设计与应用 M 北京：电子工业出版社。2 0 0 5 作者简介：李静(1 9 7 7-，女讲师，硕上主要从事测控技术，信号处理的研究。机械与电子)2 0 1 l(1 1)万方数据