LabVIEW平台下家居远程红外防盗系统的开发

吕红英++何祖耀++李凌燕++刘景锋

摘要：在LabVIEW平台下开发了家用远程红外防盗系统，外出的屋主可通过运行客户端程序，实现防盗保障。当有人员入侵时，客户端的电脑会发出报警声音，屋主可通过网络访问服务器程序，获取现场视频，实时查看家中情况，从而快速对可疑人员作出反应。

关键词：LabVIEW；远程红外防盗；单片机报警

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

随着电子技术、计算机自动控制技术和网络技术的发展，防盗报警系统的自动化、智能化在不断提高[1-2]。准确、及时地获取报警信息有助于安防人员作出迅速反应，减少损失。家用远程红外防盗系统利用LabVIEW程序设计语言，分别编写服务器程序和客户机程序，两者基于TCP协议远程通信。将服务器程序安装在家用电脑上，外出的屋主可以通过客户端程序，监测自己家有无人员入侵，当有人入侵时，客户端的电脑会发出报警声音，屋主可以通过视频远程查看家中情况，从而快速对可疑人员作出反应。

2 系统组成

系统主要由红外监测报警单元、LabVIEW程序语言编写的服务器与客户机程序、基于USB接口摄像头的摄像系统三部分组成，如图1示。红外监测报警单元采用了AVR芯片，对集成的热释电传感器的检测信号进行处理，并通过RS232接口与服务器PC进行数据通信。利用由CLN节点开发的摄像头通信函数，建立视频采集显示系统，完成对现场的实时监控，提高防盗报警的准确性。采用两种方式实现服务器与客户端的远程通信：TCP传输方式和浏览器方式。在TCP方式下，服务器程序负责监测房间，客户端程序安装在屋主随身携带的电脑上；在浏览器方式下，不必安装客户端程序，屋主任意打开一台电脑，打开相应网页即可查看家中情况。

3 单片机报警单元

3.1 红外报警原理

红外报警的原理是检测人体辐射的红外线，人移动时辐射的红外线就会产生变化；热释电传感器检测到变化的红外线时，立即产生高电平。热释电传感器为被动式红外报警器，主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大电路等几部分组成。热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。由于热释电传感器检测到变化的红外线时，其输出电压信号从0V突变为3V左右，并维持几秒，故可用外部中断1（引脚INT1）检测报警信号，中断触发方式控制为INT1的上升沿产生异步中断请求。在外部中断1函数中，发送报警命令字符串“Y”给服务器PC。

3.2 单片机原理图

图2为单片机报警系统的原理图。单片机芯片型号为ATmega16，由外部中断1（引脚PD3）检测红外传感器的报警信号，再通过串行转发器（引脚PD1）将信号发送给计算机；串行接收器（引脚PD0）接收计算机发出的命令，以实现计算机对单片机的控制。串行接口标准为RS-232C标准，接口电路采用9芯的物理D型连接器（简写为DB9）。以MAX232芯片为核心的电平转换电路用于解决单片机与计算机电平匹配问题。

4 LabVIEW程序设计

系统实现的功能如下：在家中电脑上运行服务器程序，屋主随身携带的电脑上运行客户机程序，设置好服务器网络地址、端口号与报警声音路径。当服务器检测到有人进入房间，客户机端便一直发出报警声音，直到屋主手动关闭声音。此时屋主可以点击控件“开/关视频”，查看现场视频，如图3所示。

4.1 服务器和客户机报警程序

客户机与服务器的通信利用TCP协议实现。TCP协议是一个可靠的、基于连接的协议，能保证网络间的可靠传输。客户端/服务器模式要同时编写客户机和服务器程序，采用TCP协议可准确传送控制命令和数据。LabVIEW内置了TCP/IP通信协议，提供了相应节点。

服务器和客户机报警部分LabVIEW程序图分别如图4和图5示。服务器程序在指定的端口上等待客户发送的连接请求，当有客户机申请连接时，服务器主机响应并建立数据传输通道。利用VI模块TCP Read/Write完成客户机与服务器的数据传输；利用VISA Write/Read实现服务器与单片机通信，服务器可控制单片机和读取单片机反馈数据。当服务器收到单片机发送的报警命令字符串时，将报警信号传送给客户端程序。客户端读取到报警命令字串时，调用Play Sound File函数节点，进行声音报警，直至手动按下控件“停止报警声音”为止。endprint

4.2 服务器和客户机视频程序

LabVIEW对USB摄像头控制程序的开发，是基于使用WebcamGrab.dll开发的Webcam子VIs函数，通过Call Library Function Node（CLN）节点来完成DLL文件调用。Webcam Initiallize：对摄像头设备进行初始化，设置设备号、图像数据类型、分辨率等；Webcam Grab：对动态图像进行抓拍；Webcam Picture：将抓拍后的数据转换为可显示的数据类型；Webcam Flat to Picture：显示图像；Webcam Close：关闭设备。开发通用的USB摄像头通信程序模块组，实现对USB摄像头的打开、关闭、图像显示、视频帧和图像参数显示及设置等功能。

服务器与客户端的视频部分程序图分别如图6和图7示。LabVIEW的多线程设计，使同一个程序中的两个相对独立的部分可以并行执行。视频显示部分独立于声音报警部分，两个部分共享远程地址，但端口号不同，运行相互不受影响，有效地优化了程序。服务器接收到客户机查看视频的请求后，调用Grab节点和Picture节点对视频信号进行处理，处理后的数据类型为数字类型数组，再将其转换为字符串，将信号长度字符串与信号字符串通过TCP Write节点发送到客户机。客户机读出视频信号数据，将其还原为整型数据数组，并调用Webcam Flat to Pictures节点显示现场视频。

< 4.3 浏览器方式通信

浏览器（Web）方式也是一种基于TCP协议的通信方式，与直接使用底层的TCP函数相比，使用浏览器方式无需安装客户机程序，可以直观、方便地使用浏览器进行远程监视：即在现场（服务器端）采集数据，并将界面实时发布到网络上；在远端（客户机端）用浏览器观察界面。在LabVIEW开发环境中，自身带了一个已连接好的Web服务器。LabVIEW Web服务器除了与其它Web服务器一样能发布文档外，它还可以发布正在运行的VIs前面板。对Web服务器进行相关设置后[3]，在浏览器中填写相应的URL地址，即可访问服务器程序VI的前面板。这种方式不限制访问人数，可以多个Web浏览器同时查看现场情况。

5 总结

本文在LabVIEW平台下，用TCP方式构建了服务器/客户机工作模式的家用远程红外防盗系统，能够快速准确地远程控制仪器，实现声音报警和视频监控。还可利用LabVIEW内嵌的Web服务器，以网页的形式将程序发布，实现多个Web浏览器同时查看现场情况。

参考文献：

[1] 郭朝晖，谢锦彪，林伟明.基于GSM的智能家居远程防盗报警系统[J].传感器世界，2012，18（12）：27-31

[2] 周卓然，徐道连，斯芸芸.基于STC89C58和GSM网络的家庭防盗系统的设计[J]. 微型机与应用，2011，30（18）：17-19.

[3] 侯国屏，王珅，叶齐鑫. LabVIEW71编程与虚拟仪器设计[M]. 北京：清华大学出版社，2005：408-410.endprint

4.2 服务器和客户机视频程序

LabVIEW对USB摄像头控制程序的开发，是基于使用WebcamGrab.dll开发的Webcam子VIs函数，通过Call Library Function Node（CLN）节点来完成DLL文件调用。Webcam Initiallize：对摄像头设备进行初始化，设置设备号、图像数据类型、分辨率等；Webcam Grab：对动态图像进行抓拍；Webcam Picture：将抓拍后的数据转换为可显示的数据类型；Webcam Flat to Picture：显示图像；Webcam Close：关闭设备。开发通用的USB摄像头通信程序模块组，实现对USB摄像头的打开、关闭、图像显示、视频帧和图像参数显示及设置等功能。

服务器与客户端的视频部分程序图分别如图6和图7示。LabVIEW的多线程设计，使同一个程序中的两个相对独立的部分可以并行执行。视频显示部分独立于声音报警部分，两个部分共享远程地址，但端口号不同，运行相互不受影响，有效地优化了程序。服务器接收到客户机查看视频的请求后，调用Grab节点和Picture节点对视频信号进行处理，处理后的数据类型为数字类型数组，再将其转换为字符串，将信号长度字符串与信号字符串通过TCP Write节点发送到客户机。客户机读出视频信号数据，将其还原为整型数据数组，并调用Webcam Flat to Pictures节点显示现场视频。

< 4.3 浏览器方式通信

浏览器（Web）方式也是一种基于TCP协议的通信方式，与直接使用底层的TCP函数相比，使用浏览器方式无需安装客户机程序，可以直观、方便地使用浏览器进行远程监视：即在现场（服务器端）采集数据，并将界面实时发布到网络上；在远端（客户机端）用浏览器观察界面。在LabVIEW开发环境中，自身带了一个已连接好的Web服务器。LabVIEW Web服务器除了与其它Web服务器一样能发布文档外，它还可以发布正在运行的VIs前面板。对Web服务器进行相关设置后[3]，在浏览器中填写相应的URL地址，即可访问服务器程序VI的前面板。这种方式不限制访问人数，可以多个Web浏览器同时查看现场情况。

5 总结

本文在LabVIEW平台下，用TCP方式构建了服务器/客户机工作模式的家用远程红外防盗系统，能够快速准确地远程控制仪器，实现声音报警和视频监控。还可利用LabVIEW内嵌的Web服务器，以网页的形式将程序发布，实现多个Web浏览器同时查看现场情况。

参考文献：

[1] 郭朝晖，谢锦彪，林伟明.基于GSM的智能家居远程防盗报警系统[J].传感器世界，2012，18（12）：27-31

[2] 周卓然，徐道连，斯芸芸.基于STC89C58和GSM网络的家庭防盗系统的设计[J]. 微型机与应用，2011，30（18）：17-19.

[3] 侯国屏，王珅，叶齐鑫. LabVIEW71编程与虚拟仪器设计[M]. 北京：清华大学出版社，2005：408-410.endprint

4.2 服务器和客户机视频程序

LabVIEW对USB摄像头控制程序的开发，是基于使用WebcamGrab.dll开发的Webcam子VIs函数，通过Call Library Function Node（CLN）节点来完成DLL文件调用。Webcam Initiallize：对摄像头设备进行初始化，设置设备号、图像数据类型、分辨率等；Webcam Grab：对动态图像进行抓拍；Webcam Picture：将抓拍后的数据转换为可显示的数据类型；Webcam Flat to Picture：显示图像；Webcam Close：关闭设备。开发通用的USB摄像头通信程序模块组，实现对USB摄像头的打开、关闭、图像显示、视频帧和图像参数显示及设置等功能。

服务器与客户端的视频部分程序图分别如图6和图7示。LabVIEW的多线程设计，使同一个程序中的两个相对独立的部分可以并行执行。视频显示部分独立于声音报警部分，两个部分共享远程地址，但端口号不同，运行相互不受影响，有效地优化了程序。服务器接收到客户机查看视频的请求后，调用Grab节点和Picture节点对视频信号进行处理，处理后的数据类型为数字类型数组，再将其转换为字符串，将信号长度字符串与信号字符串通过TCP Write节点发送到客户机。客户机读出视频信号数据，将其还原为整型数据数组，并调用Webcam Flat to Pictures节点显示现场视频。

< 4.3 浏览器方式通信

浏览器（Web）方式也是一种基于TCP协议的通信方式，与直接使用底层的TCP函数相比，使用浏览器方式无需安装客户机程序，可以直观、方便地使用浏览器进行远程监视：即在现场（服务器端）采集数据，并将界面实时发布到网络上；在远端（客户机端）用浏览器观察界面。在LabVIEW开发环境中，自身带了一个已连接好的Web服务器。LabVIEW Web服务器除了与其它Web服务器一样能发布文档外，它还可以发布正在运行的VIs前面板。对Web服务器进行相关设置后[3]，在浏览器中填写相应的URL地址，即可访问服务器程序VI的前面板。这种方式不限制访问人数，可以多个Web浏览器同时查看现场情况。

5 总结

本文在LabVIEW平台下，用TCP方式构建了服务器/客户机工作模式的家用远程红外防盗系统，能够快速准确地远程控制仪器，实现声音报警和视频监控。还可利用LabVIEW内嵌的Web服务器，以网页的形式将程序发布，实现多个Web浏览器同时查看现场情况。

参考文献：

[1] 郭朝晖，谢锦彪，林伟明.基于GSM的智能家居远程防盗报警系统[J].传感器世界，2012，18（12）：27-31

[2] 周卓然，徐道连，斯芸芸.基于STC89C58和GSM网络的家庭防盗系统的设计[J]. 微型机与应用，2011，30（18）：17-19.

[3] 侯国屏，王珅，叶齐鑫. LabVIEW71编程与虚拟仪器设计[M]. 北京：清华大学出版社，2005：408-410.endprint