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目录一、设计思路 1 二、系统架构 1 （1） Client Layer 1 （2） Server Layer： 2 （3） Sensor Layer： 2 （4） External Equipment（外接设备）： 3 三、通信协议说明 3 四、文件传输与管理 3 五、使用说明 4 1. 程序启动 4 （1）运行server端程序 4 （2）运行client端程序 4 2. 系统操作 5 （1）系统登录 5 （2）系统注销 7 （3）系统退出 7 3. 数据监控 7 （1）启动监控 7 （2）监控操作 8 （3）报警操作 9 （4）通道数据 10 （5）报警数据 11 （6）云端数据 12 （7）窗口管理 12 六、结语 13 34 / 36 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、多功能数据监测及控制系统，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及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及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，近些年视频监控及图像识别，在各个领域内的应用越来越广泛。如若智能家居系统及视频监控相结合，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及系统内，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：Client Layer、Server Layer、Sensor Layer。（1） Client Layer 由客户端程序构成，运行于一台独立的PC，其及Server Layer通过LAN或Internet进行通信，实现命令的发送和数据的读取；（2） Server Layer：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Server Layer的全部程序运行于myRIO中，这样便实现了真正的嵌入式，但是及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及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） Sensor Layer：由Sensor程序构成，其运行于myRIO内，其及Server Layer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Server Layer。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； Client 3 PC Client 2 PC Client 1 PC Interface External Equipment External Equipment Interface PC myRIO Server Sensor 1 myRIO Sensor 2 myRIO Sensor 3 myRIO Sensor 4 myRIO 结构图（4） External Equipment（外接设备）：直接连接于Server Layer或通过网络连接于Server Layer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及Client Layer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Client Layer及Server Layer间的通信，以及Server Layer及Sensor Layer之间的通信，我们这里分别命名为User Protocol和Sensor Protocol。（1） User Protocol 该协议用于Client Layer及Server Layer间的通信，Server Layer作为服务器，监听特定的端口，Client Layer作为客户端，链接Server Layer，建立连接后，实现数据的通信。当需要断开链接时，Client Layer发送断开命令，Server Layer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，Port 1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；Port 2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；Port 3主要针对视频传输数据，其目的及Port 2相同，减少Port 1的数据通信量。（2） Sensor Protocol 该协议用于Server Layer及Sensor Layer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，Sensor Layer为服务器，Server Layer为客户端，实现Server Layer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及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，将属性及数据结构匹配，提高了程序的扩展性，同时及数据结合更加紧密。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Stage05_ZhangChao.lvproj项目文件，弹出如下对话框，依次运行myRIO.vi、Server.vi、Client.vi。 1. 程序启动（1）运行myRIO程序首先打开NI-myRIO-1900设备下的myRIO.vi，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；Clients connected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server.vi，运行服务器程序，由于server及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，vision alarm按钮用于控制视频报警的开启和关闭，Clients connected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Client.vi，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，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，及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“#”及“*”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断开及服务器的连接，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，其及Operation菜单的功能是一一对应的，（2）系统注销点击菜单栏，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及服务器的连接，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、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及服务器的连接，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Open Album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no picture；启动相册后，菜单栏将增加Setting菜单。如下图所示。 Album List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New Album对话框，输入及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 Picture List界面 e) 上传图片点击Upload Picture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Album List。（3）图片操作点击Picture List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-Album Setting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Picture List。 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Open Music，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New Collection按钮或在tree中右键单击选择New Collection菜单，可弹出增加音乐集对话框，如下图。输入及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Upload Music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Open Monitor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-New Device，或用鼠标选中tree中的monitor project，点击New按钮，将弹出New Device对话框，输入及已有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。 New device 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。 New Channels 点击OK按钮，将添加设备，且在左侧列表显示区域monitor project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-Delete Device菜单可删除选中的device或某个channel，如果选中的为非monitor project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monitor project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-Modify Device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，其界面及添加channel相同，不同在于其可对设备的参数进行修改，如下图所示。 Modify Device （3）报警操作 a) 新建报警选择菜单Project-New Alarm，或用鼠标选中tree中的alarm project，点击New按钮，弹出New Alarm对话框，device 那么将显示monitor project内的全部设备，如果monitor project内无设备，报警将不法添加；Chanel Name显示内容将根据device name的不同显示为不同device对应的channel name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alarm project下将新建对应的报警项目。 New alarm b) 删除报警利用Project-Delete Alarm菜单可删除选中的报警设备，如果选中的为非alarm project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alarm project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-Modify Alarm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，其界面及新建报警界面相同，不同在于其不能对报警的device和channel进行修改，如下图所示。 Modify Alarm （4）通道数据双击列表monitor project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。 RT graph 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history graph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history graph，如下图所示。首先应在start time和end time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“Export Data to Excel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Close Panel，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alarm project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。 RT alarm 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。 Alarm state 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history alarm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start time和end time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-New Cloud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-refresh rate菜单，弹出refresh rate对话框，如下图。该对话框用于设置device data以及alarm data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initialize cloud菜单，将从云端读取设备列表，显示在cloud project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。其功能及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Open Camera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程序将发出报警提示音。可以通过单击server程序上的vision alarm按钮来控制是否发出声音报警。（2）退出监控单击右下角的home按钮，退出监控界面。 7. 控制界面该界面用于控制myRIO，并驱动myRIO实现一些功能，同时将作为服务器的myRIO本身自带的传感器信息实时的显示在界面中。（1） Light控制在light控制区域，有10个开关，分别控制PCB板上的6个LED以及myRIO本身自带的4个LED，编号分别为1~10。该功能用于模拟家用电器的开关、室内照明的开关等等以开关形式存在的家用电器。（2） Position控制滑动Position滑块，可控制Servo的转动，该功能可以模拟家庭中窗帘的开闭。（3） Sensor monitor显示显示3个柱状图，分别表示温度，光照和湿度的实时值，可以发现，改变position的位置时，即窗帘的位置发生变化时，传感器的显示值会跟随改变。 8. 系统设置（1）启动设置点击home界面上的Setting按钮或点击Operation菜单栏下的Open sysSetting菜单启动系统设置，如下图。（2） User操作 a) 新建账号点击New User按钮，新建Client端登录账号。按钮点击后，界面动态移动后变化如下图。输入用户名和密码，点击OK按钮，可在server端新建账号，可在下次登录时使用该账户。点击Cancel按钮，界面恢复初始状态。 b) 修改密码点击Change Password按钮，修改选中账户的密码。按钮点击后，界面动态移动后变化如下图。输入原始密码和修改后的密码，点击OK按钮，可在server端修改账户密码。点击Cancel按钮，界面恢复初始状态。 c) 删除密码点击Delete User按钮，删除选中的用户。该功能无法对初始账户进行操作。（3） Keypad操作点击keypad按钮，进入Keypad界面，该界面是用于设置PCB板上的keypad登录密码，该功能用于模拟数字门锁功能，输入6位密码，点击OK按钮，keypad密码得到修改。六、结语写到这里终于离结束不远了…… 程序的优点就是采用了完善的TCP通信协议，在跨网段的数据通信中，完整的通信协议是保证数据传输正确的前提；但是这也成了程序编写的缺点，通信协议都是“一式两份”的，这难免造成开发效率的下降，因此也造成了我个人精力耗费比较大。程序的缺点是目前还有一些bug未找到，由于没有充分的测试时间，在运行的过程中难免会遇到一些问题，而且由于功能的增加，这种风险也随之增大，还是希望以后能有更多的时间对程序进行充分的测试。就先写到这吧，谢谢！

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