呂紅英++何祖耀++李凌燕++劉景鋒

摘要：在LabVIEW平臺(tái)下開發(fā)了家用遠(yuǎn)程紅外防盜系統(tǒng)，外出的屋主可通過運(yùn)行客戶端程序，實(shí)現(xiàn)防盜保障。當(dāng)有人員入侵時(shí)，客戶端的電腦會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音，屋主可通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器程序，獲取現(xiàn)場視頻，實(shí)時(shí)查看家中情況，從而快速對(duì)可疑人員作出反應(yīng)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；遠(yuǎn)程紅外防盜；單片機(jī)報(bào)警

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）18-4290-03

Development of Home Remote Infrared Security System Based on LabVIEW

LV Hong-ying， HE Zu-yao， LI Ling-yan， LIU Jing-feng

（College of Science， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China）

Abstract： The home remote infrared security system was developed under the LabVIEW platform， the owner can achieve the anti-theft security through the client program. When someone enters the room， the client computer can send out alarm sound， the owner can access the server through the network， get real-time video of home， so respond fastly to suspicious personnel.

Key words： LabVIEW； remote infrared security； MCU alarm

1 概述

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，防盜報(bào)警系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化在不斷提高[1-2]。準(zhǔn)確、及時(shí)地獲取報(bào)警信息有助于安防人員作出迅速反應(yīng)，減少損失。家用遠(yuǎn)程紅外防盜系統(tǒng)利用LabVIEW程序設(shè)計(jì)語言，分別編寫服務(wù)器程序和客戶機(jī)程序，兩者基于TCP協(xié)議遠(yuǎn)程通信。將服務(wù)器程序安裝在家用電腦上，外出的屋主可以通過客戶端程序，監(jiān)測自己家有無人員入侵，當(dāng)有人入侵時(shí)，客戶端的電腦會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音，屋主可以通過視頻遠(yuǎn)程查看家中情況，從而快速對(duì)可疑人員作出反應(yīng)。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由紅外監(jiān)測報(bào)警單元、LabVIEW程序語言編寫的服務(wù)器與客戶機(jī)程序、基于USB接口攝像頭的攝像系統(tǒng)三部分組成，如圖1示。紅外監(jiān)測報(bào)警單元采用了AVR芯片，對(duì)集成的熱釋電傳感器的檢測信號(hào)進(jìn)行處理，并通過RS232接口與服務(wù)器PC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。利用由CLN節(jié)點(diǎn)開發(fā)的攝像頭通信函數(shù)，建立視頻采集顯示系統(tǒng)，完成對(duì)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高防盜報(bào)警的準(zhǔn)確性。采用兩種方式實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端的遠(yuǎn)程通信：TCP傳輸方式和瀏覽器方式。在TCP方式下，服務(wù)器程序負(fù)責(zé)監(jiān)測房間，客戶端程序安裝在屋主隨身攜帶的電腦上；在瀏覽器方式下，不必安裝客戶端程序，屋主任意打開一臺(tái)電腦，打開相應(yīng)網(wǎng)頁即可查看家中情況。

3 單片機(jī)報(bào)警單元

3.1 紅外報(bào)警原理

紅外報(bào)警的原理是檢測人體輻射的紅外線，人移動(dòng)時(shí)輻射的紅外線就會(huì)產(chǎn)生變化；熱釋電傳感器檢測到變化的紅外線時(shí)，立即產(chǎn)生高電平。熱釋電傳感器為被動(dòng)式紅外報(bào)警器，主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號(hào)濾波和放大電路等幾部分組成。熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用；信號(hào)處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。由于熱釋電傳感器檢測到變化的紅外線時(shí)，其輸出電壓信號(hào)從0V突變?yōu)?V左右，并維持幾秒，故可用外部中斷1（引腳INT1）檢測報(bào)警信號(hào)，中斷觸發(fā)方式控制為INT1的上升沿產(chǎn)生異步中斷請(qǐng)求。在外部中斷1函數(shù)中，發(fā)送報(bào)警命令字符串“Y”給服務(wù)器PC。

3.2 單片機(jī)原理圖

圖2為單片機(jī)報(bào)警系統(tǒng)的原理圖。單片機(jī)芯片型號(hào)為ATmega16，由外部中斷1（引腳PD3）檢測紅外傳感器的報(bào)警信號(hào)，再通過串行轉(zhuǎn)發(fā)器（引腳PD1）將信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)；串行接收器（引腳PD0）接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)單片機(jī)的控制。串行接口標(biāo)準(zhǔn)為RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，接口電路采用9芯的物理D型連接器（簡寫為DB9）。以MAX232芯片為核心的電平轉(zhuǎn)換電路用于解決單片機(jī)與計(jì)算機(jī)電平匹配問題。

4 LabVIEW程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下：在家中電腦上運(yùn)行服務(wù)器程序，屋主隨身攜帶的電腦上運(yùn)行客戶機(jī)程序，設(shè)置好服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)地址、端口號(hào)與報(bào)警聲音路徑。當(dāng)服務(wù)器檢測到有人進(jìn)入房間，客戶機(jī)端便一直發(fā)出報(bào)警聲音，直到屋主手動(dòng)關(guān)閉聲音。此時(shí)屋主可以點(diǎn)擊控件“開/關(guān)視頻”，查看現(xiàn)場視頻，如圖3所示。

4.1 服務(wù)器和客戶機(jī)報(bào)警程序

客戶機(jī)與服務(wù)器的通信利用TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。TCP協(xié)議是一個(gè)可靠的、基于連接的協(xié)議，能保證網(wǎng)絡(luò)間的可靠傳輸。客戶端/服務(wù)器模式要同時(shí)編寫客戶機(jī)和服務(wù)器程序，采用TCP協(xié)議可準(zhǔn)確傳送控制命令和數(shù)據(jù)。LabVIEW內(nèi)置了TCP/IP通信協(xié)議，提供了相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。

服務(wù)器和客戶機(jī)報(bào)警部分LabVIEW程序圖分別如圖4和圖5示。服務(wù)器程序在指定的端口上等待客戶發(fā)送的連接請(qǐng)求，當(dāng)有客戶機(jī)申請(qǐng)連接時(shí)，服務(wù)器主機(jī)響應(yīng)并建立數(shù)據(jù)傳輸通道。利用VI模塊TCP Read/Write完成客戶機(jī)與服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸；利用VISA Write/Read實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與單片機(jī)通信，服務(wù)器可控制單片機(jī)和讀取單片機(jī)反饋數(shù)據(jù)。當(dāng)服務(wù)器收到單片機(jī)發(fā)送的報(bào)警命令字符串時(shí)，將報(bào)警信號(hào)傳送給客戶端程序。客戶端讀取到報(bào)警命令字串時(shí)，調(diào)用Play Sound File函數(shù)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行聲音報(bào)警，直至手動(dòng)按下控件“停止報(bào)警聲音”為止。endprint

4.2 服務(wù)器和客戶機(jī)視頻程序

LabVIEW對(duì)USB攝像頭控制程序的開發(fā)，是基于使用WebcamGrab.dll開發(fā)的Webcam子VIs函數(shù)，通過Call Library Function Node（CLN）節(jié)點(diǎn)來完成DLL文件調(diào)用。Webcam Initiallize：對(duì)攝像頭設(shè)備進(jìn)行初始化，設(shè)置設(shè)備號(hào)、圖像數(shù)據(jù)類型、分辨率等；Webcam Grab：對(duì)動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行抓拍；Webcam Picture：將抓拍后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可顯示的數(shù)據(jù)類型；Webcam Flat to Picture：顯示圖像；Webcam Close：關(guān)閉設(shè)備。開發(fā)通用的USB攝像頭通信程序模塊組，實(shí)現(xiàn)對(duì)USB攝像頭的打開、關(guān)閉、圖像顯示、視頻幀和圖像參數(shù)顯示及設(shè)置等功能。

服務(wù)器與客戶端的視頻部分程序圖分別如圖6和圖7示。LabVIEW的多線程設(shè)計(jì)，使同一個(gè)程序中的兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分可以并行執(zhí)行。視頻顯示部分獨(dú)立于聲音報(bào)警部分，兩個(gè)部分共享遠(yuǎn)程地址，但端口號(hào)不同，運(yùn)行相互不受影響，有效地優(yōu)化了程序。服務(wù)器接收到客戶機(jī)查看視頻的請(qǐng)求后，調(diào)用Grab節(jié)點(diǎn)和Picture節(jié)點(diǎn)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)類型為數(shù)字類型數(shù)組，再將其轉(zhuǎn)換為字符串，將信號(hào)長度字符串與信號(hào)字符串通過TCP Write節(jié)點(diǎn)發(fā)送到客戶機(jī)?？蛻魴C(jī)讀出視頻信號(hào)數(shù)據(jù)，將其還原為整型數(shù)據(jù)數(shù)組，并調(diào)用Webcam Flat to Pictures節(jié)點(diǎn)顯示現(xiàn)場視頻。

< 4.3 瀏覽器方式通信

瀏覽器（Web）方式也是一種基于TCP協(xié)議的通信方式，與直接使用底層的TCP函數(shù)相比，使用瀏覽器方式無需安裝客戶機(jī)程序，可以直觀、方便地使用瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視：即在現(xiàn)場（服務(wù)器端）采集數(shù)據(jù)，并將界面實(shí)時(shí)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上；在遠(yuǎn)端（客戶機(jī)端）用瀏覽器觀察界面。在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中，自身帶了一個(gè)已連接好的Web服務(wù)器。LabVIEW Web服務(wù)器除了與其它Web服務(wù)器一樣能發(fā)布文檔外，它還可以發(fā)布正在運(yùn)行的VIs前面板。對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后[3]，在瀏覽器中填寫相應(yīng)的URL地址，即可訪問服務(wù)器程序VI的前面板。這種方式不限制訪問人數(shù)，可以多個(gè)Web瀏覽器同時(shí)查看現(xiàn)場情況。

5 總結(jié)

本文在LabVIEW平臺(tái)下，用TCP方式構(gòu)建了服務(wù)器/客戶機(jī)工作模式的家用遠(yuǎn)程紅外防盜系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確地遠(yuǎn)程控制儀器，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警和視頻監(jiān)控。還可利用LabVIEW內(nèi)嵌的Web服務(wù)器，以網(wǎng)頁的形式將程序發(fā)布，實(shí)現(xiàn)多個(gè)Web瀏覽器同時(shí)查看現(xiàn)場情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭朝暉，謝錦彪，林偉明.基于GSM的智能家居遠(yuǎn)程防盜報(bào)警系統(tǒng)[J].傳感器世界，2012，18（12）：27-31

[2] 周卓然，徐道連，斯蕓蕓.基于STC89C58和GSM網(wǎng)絡(luò)的家庭防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用，2011，30（18）：17-19.

[3] 侯國屏，王珅，葉齊鑫. LabVIEW71編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005：408-410.endprint

4.2 服務(wù)器和客戶機(jī)視頻程序

LabVIEW對(duì)USB攝像頭控制程序的開發(fā)，是基于使用WebcamGrab.dll開發(fā)的Webcam子VIs函數(shù)，通過Call Library Function Node（CLN）節(jié)點(diǎn)來完成DLL文件調(diào)用。Webcam Initiallize：對(duì)攝像頭設(shè)備進(jìn)行初始化，設(shè)置設(shè)備號(hào)、圖像數(shù)據(jù)類型、分辨率等；Webcam Grab：對(duì)動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行抓拍；Webcam Picture：將抓拍后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可顯示的數(shù)據(jù)類型；Webcam Flat to Picture：顯示圖像；Webcam Close：關(guān)閉設(shè)備。開發(fā)通用的USB攝像頭通信程序模塊組，實(shí)現(xiàn)對(duì)USB攝像頭的打開、關(guān)閉、圖像顯示、視頻幀和圖像參數(shù)顯示及設(shè)置等功能。

服務(wù)器與客戶端的視頻部分程序圖分別如圖6和圖7示。LabVIEW的多線程設(shè)計(jì)，使同一個(gè)程序中的兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分可以并行執(zhí)行。視頻顯示部分獨(dú)立于聲音報(bào)警部分，兩個(gè)部分共享遠(yuǎn)程地址，但端口號(hào)不同，運(yùn)行相互不受影響，有效地優(yōu)化了程序。服務(wù)器接收到客戶機(jī)查看視頻的請(qǐng)求后，調(diào)用Grab節(jié)點(diǎn)和Picture節(jié)點(diǎn)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)類型為數(shù)字類型數(shù)組，再將其轉(zhuǎn)換為字符串，將信號(hào)長度字符串與信號(hào)字符串通過TCP Write節(jié)點(diǎn)發(fā)送到客戶機(jī)。客戶機(jī)讀出視頻信號(hào)數(shù)據(jù)，將其還原為整型數(shù)據(jù)數(shù)組，并調(diào)用Webcam Flat to Pictures節(jié)點(diǎn)顯示現(xiàn)場視頻。

< 4.3 瀏覽器方式通信

瀏覽器（Web）方式也是一種基于TCP協(xié)議的通信方式，與直接使用底層的TCP函數(shù)相比，使用瀏覽器方式無需安裝客戶機(jī)程序，可以直觀、方便地使用瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視：即在現(xiàn)場（服務(wù)器端）采集數(shù)據(jù)，并將界面實(shí)時(shí)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上；在遠(yuǎn)端（客戶機(jī)端）用瀏覽器觀察界面。在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中，自身帶了一個(gè)已連接好的Web服務(wù)器。LabVIEW Web服務(wù)器除了與其它Web服務(wù)器一樣能發(fā)布文檔外，它還可以發(fā)布正在運(yùn)行的VIs前面板。對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后[3]，在瀏覽器中填寫相應(yīng)的URL地址，即可訪問服務(wù)器程序VI的前面板。這種方式不限制訪問人數(shù)，可以多個(gè)Web瀏覽器同時(shí)查看現(xiàn)場情況。

5 總結(jié)

本文在LabVIEW平臺(tái)下，用TCP方式構(gòu)建了服務(wù)器/客戶機(jī)工作模式的家用遠(yuǎn)程紅外防盜系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確地遠(yuǎn)程控制儀器，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警和視頻監(jiān)控。還可利用LabVIEW內(nèi)嵌的Web服務(wù)器，以網(wǎng)頁的形式將程序發(fā)布，實(shí)現(xiàn)多個(gè)Web瀏覽器同時(shí)查看現(xiàn)場情況。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 周卓然，徐道連，斯蕓蕓.基于STC89C58和GSM網(wǎng)絡(luò)的家庭防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用，2011，30（18）：17-19.

[3] 侯國屏，王珅，葉齊鑫. LabVIEW71編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005：408-410.endprint

4.2 服務(wù)器和客戶機(jī)視頻程序

LabVIEW對(duì)USB攝像頭控制程序的開發(fā)，是基于使用WebcamGrab.dll開發(fā)的Webcam子VIs函數(shù)，通過Call Library Function Node（CLN）節(jié)點(diǎn)來完成DLL文件調(diào)用。Webcam Initiallize：對(duì)攝像頭設(shè)備進(jìn)行初始化，設(shè)置設(shè)備號(hào)、圖像數(shù)據(jù)類型、分辨率等；Webcam Grab：對(duì)動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行抓拍；Webcam Picture：將抓拍后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可顯示的數(shù)據(jù)類型；Webcam Flat to Picture：顯示圖像；Webcam Close：關(guān)閉設(shè)備。開發(fā)通用的USB攝像頭通信程序模塊組，實(shí)現(xiàn)對(duì)USB攝像頭的打開、關(guān)閉、圖像顯示、視頻幀和圖像參數(shù)顯示及設(shè)置等功能。

服務(wù)器與客戶端的視頻部分程序圖分別如圖6和圖7示。LabVIEW的多線程設(shè)計(jì)，使同一個(gè)程序中的兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分可以并行執(zhí)行。視頻顯示部分獨(dú)立于聲音報(bào)警部分，兩個(gè)部分共享遠(yuǎn)程地址，但端口號(hào)不同，運(yùn)行相互不受影響，有效地優(yōu)化了程序。服務(wù)器接收到客戶機(jī)查看視頻的請(qǐng)求后，調(diào)用Grab節(jié)點(diǎn)和Picture節(jié)點(diǎn)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)類型為數(shù)字類型數(shù)組，再將其轉(zhuǎn)換為字符串，將信號(hào)長度字符串與信號(hào)字符串通過TCP Write節(jié)點(diǎn)發(fā)送到客戶機(jī)?？蛻魴C(jī)讀出視頻信號(hào)數(shù)據(jù)，將其還原為整型數(shù)據(jù)數(shù)組，并調(diào)用Webcam Flat to Pictures節(jié)點(diǎn)顯示現(xiàn)場視頻。

< 4.3 瀏覽器方式通信

瀏覽器（Web）方式也是一種基于TCP協(xié)議的通信方式，與直接使用底層的TCP函數(shù)相比，使用瀏覽器方式無需安裝客戶機(jī)程序，可以直觀、方便地使用瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視：即在現(xiàn)場（服務(wù)器端）采集數(shù)據(jù)，并將界面實(shí)時(shí)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上；在遠(yuǎn)端（客戶機(jī)端）用瀏覽器觀察界面。在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中，自身帶了一個(gè)已連接好的Web服務(wù)器。LabVIEW Web服務(wù)器除了與其它Web服務(wù)器一樣能發(fā)布文檔外，它還可以發(fā)布正在運(yùn)行的VIs前面板。對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后[3]，在瀏覽器中填寫相應(yīng)的URL地址，即可訪問服務(wù)器程序VI的前面板。這種方式不限制訪問人數(shù)，可以多個(gè)Web瀏覽器同時(shí)查看現(xiàn)場情況。

5 總結(jié)

本文在LabVIEW平臺(tái)下，用TCP方式構(gòu)建了服務(wù)器/客戶機(jī)工作模式的家用遠(yuǎn)程紅外防盜系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確地遠(yuǎn)程控制儀器，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警和視頻監(jiān)控。還可利用LabVIEW內(nèi)嵌的Web服務(wù)器，以網(wǎng)頁的形式將程序發(fā)布，實(shí)現(xiàn)多個(gè)Web瀏覽器同時(shí)查看現(xiàn)場情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭朝暉，謝錦彪，林偉明.基于GSM的智能家居遠(yuǎn)程防盜報(bào)警系統(tǒng)[J].傳感器世界，2012，18（12）：27-31

[2] 周卓然，徐道連，斯蕓蕓.基于STC89C58和GSM網(wǎng)絡(luò)的家庭防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用，2011，30（18）：17-19.

[3] 侯國屏，王珅，葉齊鑫. LabVIEW71編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005：408-410.endprint