基于PLC智能家居系統的研究與設計

張博群

（安徽工業大學，安徽 馬鞍山 243008）

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基于PLC智能家居系統的研究與設計

張博群

（安徽工業大學，安徽 馬鞍山 243008）

摘 要：智能家居系統在改善家居效果，提升家居環境的安全性、舒適性及方便性方面具有重要的意義。文章論述了基于PLC技術智能家居系統的特性，分析了家居系統的物理構成，闡述了系統的實現方案，對家居系統的工作效果進行了仿真與分析。結論表明，基于PLC技術的智能家居系統在現代生活中具有重要的應用價值以及較強的技術優勢。

關鍵詞：智能家居；系統；網絡；組態；研究

構建基于PLC的智能家居系統能夠創建一個安全、便利以及舒適的家居環境，對于改善居住的品質等具有重要的意義。采用PLC控制技術，綜合目前GSM（Global System for Mobile communication，簡稱GSM）短信技術，在家居環境中布置多節點的各類傳感裝置能夠實現對家居環境變量的實時監測。系統設計中主要是進行溫度、濕度、煤氣以及非法入侵等各類信號的監測以及網絡報警，并能夠實現對家居系統終端的統一控制。

1　總體方案設計

1.1 設計思路

本設計主要考慮了智能家居系統的實用性以及穩定性的要求，采用PLC作為系統的主控制器，采用分布式的多節點傳感器進行各種變量的檢測。信息技術采用了SMS，保證了系統的穩定性，綜合采用的GSM技術可以實現系統的網絡化工作。整體系統的設計體現了可擴展性、可移植性以及個性定制的需求，具有較高的實踐意義與市場前景。

1.2 系統實現功能

本系統的功能主要確定如下，系統由PLC對各個終端進行自動控制，并不斷收集來自于不同傳感裝置的信號，并實現安全遠程報警方面的功能。目前根據實際案例的需求，整合了智能家居系統的主要功能，智能家居 PLC 控制系統主要分為自動控制部分、信息采集部分和遠程監測部分。信息采集部分采用了煙霧傳感器MQ-2，煤氣傳感器MQ-5以及溫濕度傳感器等多個傳感裝置實現了對溫度、濕度的監測，同時系統采用了GSM系統與控制系統實現了通信，對智能家居系統的遠程安全進行了監控。系統設定的主要功能如圖1所示。

圖1　PLC智能家居控制系統結構

2　智能家居系統硬件系統設計

2.1 自動門設計

智能家居系統中自動門的設計對于保證家居系統的安全性具有重要的意義。在自動門從關閉到開啟的時間內，會由于接觸產生開門信號，開門信號輸入到PLC主控單元后，根據程序預定的動作執行開門，為了能夠有效保護電機以及門的物理結構，設計中采用了限位裝置與行程開關，保證系統能夠及時上鎖。

2.2 電源電路的設計

在家居監控系統中電源的穩定性對于系統具有重要的影響。系統中主控制器、短信發送模塊組成部分需要系統能夠提供24V、12V、5V的直流電壓，根據要求采用了較為簡單可靠的串聯穩壓模塊，在經過降壓、整流、濾波以及穩壓后達到了系統的基本需求。智能家居系統采用的電源模塊如圖2所示。

圖2　智能家居系統電源模塊設計

2.3 控制模塊選用與設計

根據智能家居系統的要求，本設計采用的歐姆龍系列的PLC，其核心控制功能是實現對電動機的運轉，并通過機械裝置的傳動作用實現對自動門等多個終端設備的控制。PLC的輸出功率不能夠直接推動電機的運轉，因此需要采用繼電器的模式進行控制，同時要采用靜電裝置以及系統工作過程中的隔離與干擾。

2.4 保護電路設計

為了能夠有效預防智能家居系統中電機過載運行、系統過電流等方面的影響。本系統中采用電路對整體系統進行檢測，并進行保護控制。電路采用了霍爾電流傳感器對系統中的電流進行檢測反饋以及相應的保護。保護電路的電路原理圖如圖3所示。

3　智能家居系統的軟件設計

3.1 程序編寫語言

智能家居系統中采用了目前控制中應用最為廣泛的梯形圖作為PLC控制器的編程語言。梯形圖能夠以簡潔的方案提出控制要求，設計的程序可靠性高、安全性強。梯形圖程序編寫過程中使用的編程軟件具有強大的仿真以及診斷功能，對于系統的快速設計以及故障的檢查具有較為明顯的優勢。在實際應用中梯形圖靜繼電器等多個編程對象以特定的圖形以及符合進行定義，實現控制需求方面的排列組成，準確地表現了PLC控制中輸入與輸出的關系。

圖3　保護電路的電路原理

3.2 自動門控制軟件設計

自動門控制系統的主要控制流程如下，在系統正常的時候自動門處于常閉的狀態，程序執行的時候不斷進行開門信號的檢測。如果檢測到開門信號，程序控制電機進行正轉，完成智能家居系統的開啟。在電機工作過程中，程序不斷借助霍爾傳感器進行電流的檢測，當電路中的電流超過額定范圍的時候，系統自延時動5ms，系統控制電機反轉，保證系統的安全。正反轉的全過程中，都實質了限位開關，保證開門關門的安全，同時可以執行電磁上鎖的功能。

3.3 監測信號采集程序設計

智能家居控制系統中采用了多種傳感器進行家居環境的檢測以及保護。當PLC接受的傳感器數據超過閾值的時候，設置PLC中斷。程序進行中斷程序處理并執行終端子程序，子程序中通過串口模塊實現報警，并不斷檢測報警信息是否被GSM短信模塊查收，以此保證智能家居系統的安全。

4　結語

智能家居控制系統在現代社會不斷發展中具有越類越重要的應用。本文主要設計了一種基于PLC以及GSM技術的佳能家居控制系統。采用歐姆龍系列PLC作為主控制器，結合各種傳感器實現了對智能家居系統的變量的檢測與報警等方面的功能。結論表明系統工作穩定可靠，智能化程度較高，具有一定的理論意義以及實踐應用價值。

［參考文獻］

［1］張任，高雙，郭曉燕.基于GSM模塊的防盜監控器設計［J］.現代電子技術，2013（15）：27-28.

［2］魏佳超，田建勇，萬汶靈.PLC的梯形圖編程方法與技巧［J］.數字技術與應用，2013（5）：19.

［3］石學文，王慶蘭，武玉強，等.基于GSM和PIC單片機的無人清潔護理機的設計［J］.電子技術，2012（2）：20-22.

［4］楊保亮，羅冠鑫，張翼.基于GPRS的大屏幕LED顯示系統的設計和實現［J］.微型機與應用，2011（19）：91-94.

［5］朱廣榮，劉昕.基于GSM的PLC遠程監控系統的研究與實現［J］.機電產品開發與創新，2011（3）：141-143.

Research and Design of Smart Home System Based on PLC

Zhang Boqun
（Anhui University of Technology，Ma'anshan 243008，China）

Abstract:Smart home system in improving household effects to enhance home environment's safety，comfort and convenience has important significance. This paper discusses the based on the characteristics of PLC technology in smart home system，analyzes the physical home system，expounds the realization scheme of the system，at home and work for the simulation and analysis. The conclusion indicates that based on PLC technology of smart home system in modern life has important application value and strong technical advantages.

Key words:smart home；system；network；configuration；research

作者簡介：張博群（1995-），男，江蘇宿遷。