PLC控制下的智能家居安全報警系統設計

青島恒星科技學院 徐少俊 劉美玲 李月振

隨著人民生活水平的不斷增強，人們對安全防護意識也在逐漸提高。1984 年“智能建筑”的概念由美國首次提出，自此全世界拉開了爭相設計智能家居的序幕。2006 年，“國際智能家居高峰論壇”上相關專家對智能家居做出介紹，它是以現代化住宅為平臺，是控制技術、網絡技術和計算機技術向傳統家居滲透發展的必然產物。其中，報警系統是智能家居安全系統的一個重要組成部分，其安全性直接關系整個智能家居安全系統的安全性。在PLC 控制下應用智能家居安全報警系統可通過各種傳感器對家居環境信息進行實時采集，然后將信息傳遞給家居控制中心，可以為用戶提供安全、舒適、便利和高效的工作環境與居住環境。

1 智能家居安全報警系統

智能家居安全報警系統是智能家居系統的一個重要組成部分，可以對煤氣泄漏、陌生人闖入和住宅火災的發生等危險實現自動報警，可以有效提高人民的生活質量和居住安全。報警系統的主要包括：可以準確無誤地檢測出警情情況；當警情發生時，可以及時發送警情信號，并引起蜂鳴器聲響；在報警同時，可以通過GSM模塊為房子主人發送警情信息，從而使主人有時間及時采取有效的防護措施，降低自己的損失，保護自己的權益；并且，還可以通過在系統中加入實時時鐘芯片記錄當時時間。

PLC 控制系統是在傳統順序控制器的基礎上，引入通信技術、自動控制技術、計算機技術、微電子技術等形成的一種新型工業控制裝置，其可以用來取代計數、記時、繼電器、執行邏輯等的順序控制功能，建立起柔性的遠程控制系統。其具有編程簡單、抗干擾能力強、可靠性高、適應面廣、使用方便、通用性強等的特點。

2 系統設計原理

本設計為PLC 控制下的智能家居安全防護系統，主要由PLC 控制器、實時時鐘模塊、傳感器模塊、鍵盤、GSM 模塊、液晶顯示模塊組成，能有效實現及時接受警情信息，立即報警，并發出報警短信、記時等。其系統如圖1 所示。

圖1 智能家居安全防護系統框圖

3 總體設計

關注生活質量的人們對實用性以及多功能性的要求是比較高的，這一點屬于共同的要求，也是智能家居系統可以贏得廣大市場的關鍵之處。PLC 技術具備很大的優越性，這點正好和人們的需求之間相一致。因此，本文主要講述的是PLC 基礎上的智能家居。控制系統主要包含了智能家居設備控制的一些基本性的功能，主要為：安全保護的遠程報警以及家庭環境的實時檢測等。按照用戶的具體需要，可以把家用電器、窗簾、門窗、空調以及暖氣等家用電器進行整合，這樣可以保障家居服務的全套性。當用戶實施遙控的時候，門將會自動打開以及關閉，窗簾將會自動打開以及關閉，空調將會自動打開以及關閉，如果出現一些氣體泄漏或者非法侵入的情況，其會發出警報進行報警。

4 系統的硬件設計

4.1 傳感器模塊

無線傳感器系統是由大量傳感器節點通過無線通信技術組成的傳感器網絡。每個測量點的傳感器節點都測量此處的參數，而后組成一個無線網絡，再以無線方式將測量信息傳輸給監控中心，其中每個傳感器節點都具有無線通信的功能。

本報警系統采用星型拓撲結構，包括門磁開關、玻璃破碎報警器、煤氣泄漏傳感器、火災煙感傳感器、紅外線傳感器等傳感器網絡節點，并以無線網絡技術連接形成一個無線傳感器報警網絡系統。其中以一個與計算機相連、可與任一網絡節點進行通信的無線通信模塊為系統的中心節點。其余各個網絡節點將對家居環境的各種參數進行采樣和測量，并通過無線網絡將采集的數據傳輸到中心節點，并接受中心節點發送的命令及數據，然后對信息進行分析處理并執行操作。

4.2 數據傳輸單元

數據傳輸單元的工作任務是與其他節點進行收發采集數據、交換控制信息的無線通信，其中無線通信系統消耗的能量在整個無線報警網絡中的能耗占據主要部分，因此該單元的選擇是低功耗設計的關鍵。其中，無線收發部件采用的操作周期、發射功率、數據率、調制模式等數據都是影響通信系統能耗的關鍵因素，因此，選擇無線收發芯片時應重點考慮芯片成本、收發芯片所需的外圍元件數量、接收靈敏度、發射功率、能耗等因素。

4.3 數據處理單元

數據處理單元是無線報警網絡系統的核心部件，也是整個網絡系統的計算核心，負責控制整個網絡節點的信息。網絡節點需要一個功能強大且低能耗的處理器來實現數據的采收與處理，使每個網絡節點都能與無線通信單元進行數據交流，管理整個網絡系統的檢測與運行狀態。

5 系統軟件設計

在智能家居安全報警系統中，主要采取突出事件報告和網絡中心節點輪巡機制。中心節點向每個網絡節點每隔一定時間發送命令，而后網絡節點接受信息，向中心節點回遞信息。如果發生緊急警情，網絡節點會主動向中心節點發送報警報告，再由中心節點進行信息分析處理并發出報警信息。

本設計采用許可證技術，智能家居安全報警系統網絡中報警信息傳遞過程如下。

（1）網絡節點向中心節點傳遞警情信息，并附加本設備信息。

（2）中心節點接受信息后，先將網絡節點設備信息與接收的信息存儲在緩沖區內，再將節點設備信息與本地存儲器中的訪問權限相比較，以確定該網絡節點是否有權力發送信息給中心節點。

（3）如果該網絡節點有權限，則中心節點可以接受該網絡節點的信息，并反饋“正確接受”的信息；如果該網絡節點未授權，則中心節點拒絕接收信息，并清空緩存區。

6 結語

本智能家居安全報警系統可以對整個家庭的安全環境進行實時監控，可有效防控煤氣泄漏、火災報警、室內防盜等問題，利用高科技和自動控制系統實現報警功能的自動化與智能化，可有效降低甚至避免家庭的損失。結果表明，PLC 控制下的家居安全報警系統具有優良的穩定性、可靠性和較高的通信效率。當然，本設計也存在著一些不足，還需改進，如可以通過添加新斷電保護電路以提高系統安全可靠性；還可以通過添加家居門的密碼鎖，并在此基礎上加入自動關閉和開啟系統的功能等。