智能家居PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

包世健+江金蘭

摘 ?要：傳統(tǒng)的智能家居以單片機和ARM為主控器，在系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性上存在很大問題，文章設(shè)計了以小型PLC為主控器的智能家居系統(tǒng)，通過GSM模塊連接用戶手機，可極大地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、方便性與可靠性。

關(guān)鍵詞：智能家居;PLC控制器;GSM模塊

中圖分類號：TP393 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0001-01

1 ? 國內(nèi)智能家居系統(tǒng)的總體環(huán)境

?隨著科技的不斷發(fā)展與進步，居民對其居住環(huán)境的要求越來越高，舒適、方便、高效、安全已經(jīng)成為現(xiàn)代居住環(huán)境的必備條件。傳統(tǒng)建筑只能滿足居民的基本需求，在滿足感上不足以讓對現(xiàn)代居住環(huán)境要求越來越高的居民滿意。傳統(tǒng)建筑設(shè)備無法對居住環(huán)境內(nèi)的設(shè)備進行自動控制;無法遠距離監(jiān)測燃氣泄漏和電器起火等各種危險;無法遠距離監(jiān)測住宅的各種環(huán)境信息;無法遠程向居民手機發(fā)送報警短信等問題。通過基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將家庭智能影院、卡拉OK、防盜報警、智能窗簾、智能開關(guān)、智能空氣處理等系統(tǒng)有機結(jié)合，通過綜合布線與智能管理，將原本被動靜態(tài)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃又腔鄣木哂腥宋年P(guān)懷的情境化結(jié)構(gòu)體系，提供全方位的信息交互功能，讓居住環(huán)境變得靈動、智慧、安全、便捷，從而實現(xiàn)愉悅的生活體驗。

?國內(nèi)智能家居行業(yè)主要是由智能小區(qū)和家庭安全防范系統(tǒng)發(fā)展演變而來的，具有一定的特殊性。近十年，越來越多的企業(yè)、專家開始關(guān)注智能家居行業(yè)，國家有關(guān)部門也在逐步制定和完善該行業(yè)的技術(shù)標準，使之能健康發(fā)展。2000年，智能化示范小區(qū)被列入國家小康型城市住宅項目中的大力發(fā)展項目，使得國內(nèi)智能建筑從智能大廈走向智能小區(qū)，最后走到每家每戶，這是智能家居必然的發(fā)展路線。2014年召開的“國際智能家居高峰論壇”上，專家們討論了中國智能化家居未來的發(fā)展方向。并指出在中國智能家居已經(jīng)有了初步發(fā)展，但并不樂觀，投入的資金和數(shù)量有驚人的增長，但是系統(tǒng)工程質(zhì)量不理想，國內(nèi)的智能家居產(chǎn)業(yè)還有很大的努力空間。

2 ? 智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

?國內(nèi)外研究智能家居的機構(gòu)有很多，現(xiàn)有的產(chǎn)品以單片機或者ARM作為核心控制器的較多。從產(chǎn)品的測試到系統(tǒng)的運行調(diào)研來看，穩(wěn)定可靠是現(xiàn)在智能家居急需解決的問題。PLC在穩(wěn)定性、可靠性與功能上遠勝單片機或者ARM，同時小型PLC在價格上也可以與普通的控制系統(tǒng)競爭。因此，小型PLC與單片機、ARM進行比較更加穩(wěn)定實用。網(wǎng)絡(luò)的選取上，GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣并具備很強的網(wǎng)絡(luò)通信能力，在全國范圍內(nèi)都可以聯(lián)網(wǎng)，不必組建額外的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對智能家居中的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)額不做限定，可以滿足各個用戶的不同需求;同時，能實現(xiàn)設(shè)備與用戶之間的短信通信業(yè)務(wù)，使之成為系統(tǒng)設(shè)計中通信網(wǎng)絡(luò)的首選。系統(tǒng)中PLC與GSM網(wǎng)絡(luò)通過串口進行連接，當居住環(huán)境中有信息需要傳輸時，可實現(xiàn)遠程發(fā)送短信到用戶手機。

3 ?智能家居PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

? 本系統(tǒng)的設(shè)計理念是利用PLC控制技術(shù)，將家居設(shè)備自動化、家居安全防范技術(shù)和家居環(huán)境監(jiān)測等功能集成到一個綜合管理平臺上，在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠、節(jié)能環(huán)保和低成本性的同時，兼顧系統(tǒng)的擴展性、兼容性、適用性，保證系統(tǒng)功能的可增選性，以提高了居住環(huán)境的方便性、舒適性、安全性和智能性。

智能家居PLC控制系統(tǒng)主要分為居住環(huán)境信息采集傳送、建筑設(shè)備自動控制和遠程監(jiān)測顯示三部分。建筑設(shè)備自動控制部分以對車庫自動門的控制為例，采用PLC作為系統(tǒng)控制核心，電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止等控制由接觸器的主觸點控制，電動機轉(zhuǎn)軸與相關(guān)的機械傳動裝置相連，從而控制自動門的升降與停止。自動門關(guān)閉后，用戶在門外用采用手機信號、鑰匙將門鎖打開或者用戶在門內(nèi)將門鎖采用機械方式開啟時，系統(tǒng)產(chǎn)生一個開門信號。CPU收到開門信號，輸出開門信號，門打開，當門運行至開門極限位置SQ1時會停止運行。延時1s后，輸出關(guān)門信號。為了電機堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象的產(chǎn)生，系統(tǒng)設(shè)計了電流保護模塊。在整個關(guān)門過程中電機控制的主干線路由電流保護模塊進行檢測，如果超過電動機的額定電流6～7倍時，PLC接收到電流保護模塊輸出的TTL信號，執(zhí)行開門動作，可有效的防止電動機過載導(dǎo)致的損壞，檢測電路當運行至關(guān)門極限位置SQ2時，PLC輸出信號控制電動機停止運行，同時輸出信號控制電磁鎖工作上鎖。

系統(tǒng)中電流保護模塊、GSM短信模塊以及PLC模塊分別使用5 V、12 V和24 V的直流電。對此，本系統(tǒng)設(shè)有直流穩(wěn)壓電源電路，通過電路對單相交流電進行降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等處理，確保系統(tǒng)供電電源的穩(wěn)定性。

? 智能家居系統(tǒng)中環(huán)境信息的采集信號主要基于煙霧傳感器、可燃性氣體探測器和溫濕度傳感器等多種類別的傳感器。煙霧傳感器和可燃性氣體探測器主要安裝于廚房，分別用于檢測煙霧和燃氣值，當檢測到含量超標時，發(fā)信號至PLC，PLC通過GSM短信模塊發(fā)送報警信息至用戶手機，從而避免危險的發(fā)生。同時，用戶還可通過監(jiān)控畫面遠程觀看家居實時環(huán)境狀態(tài)，也可發(fā)送短信至GSM模塊，通過GSM模塊與PLC之間的通信，獲取家居環(huán)境的具體信息參數(shù)。用戶也可通過短信的模式發(fā)送命令通過GSM模塊給PLC，從而控制各類電氣設(shè)備的運行。譬如：可燃性氣體探測器檢測到燃氣泄漏，PLC收到異常報警信號，通過GSM模塊進行通訊，GSM模塊將短信通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶，用戶接收到信息后，可發(fā)送短信至GSM模塊命令PLC做出控制，打開電動窗戶，排出可燃性氣體，從而實現(xiàn)家居的安全防范技術(shù)。

以火災(zāi)報警信息推送過程為例。煙霧傳感器或可燃性氣體探測器等傳感器都有一個可預(yù)設(shè)的值，當檢測當前值超過設(shè)定值時，PLC產(chǎn)生中斷事件，執(zhí)行中斷處理程序，中斷子程序進行串口通訊發(fā)送報警短信。同時，GSM模塊是否有接收到查詢短信會由主控器PLC循環(huán)檢測，當接收到用戶的查詢狀態(tài)短信時，PLC讀取傳感器數(shù)值，將相關(guān)的數(shù)據(jù)以短信的形式發(fā)送給用戶。程序流程圖如圖1所示。

GSM模塊采用取得SIEMENS公司推出的TC35i模塊，該模塊已經(jīng)獲得國內(nèi)無線電設(shè)備入網(wǎng)證，并且符合ETSI標準的GSM7.07和GSM7.05。TC35i系列模塊是西門子公司推出的基于GSM900移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的OEM模塊，可適應(yīng)各專業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谡Z音傳輸和無線數(shù)據(jù)傳輸及可開發(fā)性的需求的。TC35i模塊集成了射頻電路和基帶，同時為用戶提供標準的AT命令接口，可穩(wěn)定、安全、快速的傳輸數(shù)據(jù)、語音、短消息等信號。并且接口協(xié)議公開，滿足各種用戶開發(fā)、設(shè)計和應(yīng)用的需求。當GSM模塊接收到短信息時，PLC就會向GSM模塊寫入命令控制字，GSM模塊通過串口向PLC發(fā)送短信數(shù)據(jù)。反之，PLC要向用戶發(fā)送消息時，PLC會先通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給GSM模塊，GSM模塊再將信息數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶的手機。

4 ?結(jié) ?語

綜上所述，本設(shè)計主要基于PLC和GSM技術(shù)，開發(fā)智能家居控制系統(tǒng)，將PLC自動控制技術(shù)與GSM遠程監(jiān)測技術(shù)融合對接，以實現(xiàn)PLC對智能家居終端設(shè)備的自動控制、遠程報警、環(huán)境監(jiān)測等功能。主控器PLC主要用于完成發(fā)送和接受數(shù)據(jù)以及解析接收到的短消息數(shù)據(jù)。而系統(tǒng)的遠程監(jiān)測部分則用GSM短信模塊來完成。通過GSM模塊接收用戶手機的消息數(shù)據(jù)和發(fā)送消息到用戶手機，從而建立用戶手機和PLC控制系統(tǒng)的遠程通信關(guān)系。

參考文獻：

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