基于PLC和GSM技術的智能家居遠程控制系統

夏晶晶 劉麗靜

【摘要】? ? 根據人們日常家居生活中的實際需求，設計一種基于PLC和GSM技術的智能家居遠程控制系統。主要對GSM短信收發模塊、串口協議轉換模塊、遠程控制窗及遠程報警器進行了硬件設計。采用PLC編寫了控制和通信程序，并在Android手機平臺上，利用Eclipse軟件開發了手機APP界面，用于用戶與智能家居系統進行通信。通過硬件實驗平臺調試，驗證了所設計智能家居遠程控制系統的可行性。

【關鍵詞】? ? GSM無線通信技術? ? 智能家居? ? PLC? ? Android系統

隨著國民經濟和科學技術的不斷提高，特別是計算機技術、控制技術、通信技術和網絡技術等現代化技術的迅猛發展，人們對家居生活環境要求也越來越高[1-2]。這促使家庭日常生活的各個方面都朝著安全化、智能化、人性化、網絡化、數字化的目標發展。智能家居就是在這種大形勢下應運而生的。智能家居是計算機技術、自動化技術以及通信技術相結合的產物，能夠自動控制、管理、監測家電設備，與用戶實現即時通信。智能家居不僅具備傳統家居的居住功能，還提供了高效安全、溫馨舒適的高品質生活環境，把人們從日常生活的“勞動者”角色中解放出來，轉變為智能家居生活的“管理者”，優化住戶的生活質量。

一、系統介紹

本文設計的智能家居遠程控制系統綜合考慮了日常家庭生活中的實用性、安全性和可行性等方面，借助PLC技術、GSM短信技術和Android技術搭建而成。控制系統由PLC處理器、GSM短信收發模塊、移動手機終端APP和串口通訊協議轉換模塊四部分構成。PLC處理器與GSM信息收發單元通過串口通訊協議轉換模塊進行通信，GSM信息收發單元與移動手機終端APP通過GSM網絡進行通信，各自動化設備接受PLC處理器控制。系統結構圖如圖1所示。

系統工作時，PLC負責采集環境信息、控制自動化設備，GSM短信收發單元負責發送和接收監控信息，移動手機終端APP負責顯示和發送監控信息，實現人機互動。用戶需要向系統發送控制命令（如開關窗戶命令）時，只需在移動手機終端APP中選擇想要控制的自動化設備和動作，并生成指令、發送信息即可。終端APP會根據用戶的選擇自動生成命令代碼，并通過用戶手機以GSM短消息的形式發送到GSM短信收發單元上，再經由PLC核心處理器處理命令代碼，最后控制自動化設備完成業主的控制命令。PLC核心處理器時刻采集家居環境信息，而在系統向用戶報警（如火災報警）時，通過GSM信息收發單元向用戶的手機發送短信報警。

二、系統硬件設計

本系統硬件由工作部分和調試部分組成。工作部分即為本系統正常工作時的結構，包括PLC核心處理器、GSM短信收發模塊、移動手機控制終端以及串口協議轉換模塊和各個家居自動化設備。

在本設計智能家居遠程控制系統調試和運行時，系統的硬件連接圖如圖2所示。

2.1 GSM短信收發模塊的硬件設計

本設計選用ALIENTEK公司設計生產的一款GSM/GPRS開發板ATK-SIM900A作為智能家居遠程控制系統的GSM短信收發模塊，該模塊板載了SIMCom公司生產的雙頻GSM/GPRS芯片SIM900A，可以實現短信息收發、語音對話等信息傳輸功能[3]。

2.2串口協議轉換模塊的硬件設計

由于PLC自由口通訊是RS-485協議，而GSM模塊SIM900A通訊協議是RS-232協議，因此需使用RS-485與RS-232通訊協議轉換模塊才能使PLC與GSM模塊通過串口進行通信。本設計選用較為常用的MAX485芯片搭建RS-485與RS-232通訊轉換模塊。

2.3遠程報警器的硬件設計

PLC選用西門子S7-1200，通過PLC的I/O口與各監測傳感器連接，通過PLC串口通訊端口發送家居監測狀態，同時接收遠程手機APP的控制命令。

三、系統軟件設計

3.1手機終端的軟件設計

移動設備手機終端主要實現用戶與系統之間的通信和交互等功能，用戶可以通過移動設備終端實時接收家居報警信息，同時用戶也可以使用移動設備終端APP遠程控制家居自動化設備，如門窗、空調等。

本設計選擇Android手機作為智能家居遠程控制系統的終端設備[4]，使用Eclipse軟件開發平臺設計并制作了一個手機APP，用來方便用戶與智能家居系統進行通信（圖3）。

手機終端APP程序設計流程圖如圖4所示。程序開始運行時，先進行初始化操作，主要包括導入程序包、定義變量、尋找組件ID等操作。再讀取用戶選擇的被控家用電器、指令動作、設定參數和目標號碼等參數。用戶在點擊“生成短信內容”按鈕后，會根據其各項選擇在界面上顯示生成的指令代碼，再點擊“發送短信”按鈕后，即向目標號碼發送短信。控制系統在收到短信指令后，立即做出相應動作。

3.2 PLC控制系統的軟件設計

本設計智能家居遠程控制系統中，控制程序完成遠程報警器由煙霧報警器、煤氣報警器等各種事故報警器的信號采集，實時監測室內環境信息，當出現火災或煤氣泄漏等安全隱患時，PLC收到報警器發出的信號，隨后通過GSM模塊給用戶手機發送報警短信。

四、結束語

本文設計了一種基于PLC和GSM技術的智能家居遠程控制系統。給出了系統結構框圖及硬件連接圖，并對GSM短信收發模塊、串口協議轉換模塊、遠程控制窗和遠程報警器進行了相關硬件設計。利用PLC作為控制器，實現了PLC與GSM模塊之間的通信，并編寫了PLC控制程序;同時，選擇Android手機作為智能家居遠程控制系統的終端設備，并使用Eclipse軟件平臺設開發了一個手機APP軟件，設計了遠程控制窗和遠程報警器的控制界面。通過硬件實驗平臺調試，驗證了所設計智能家居遠程控制系統的可行性，有效地解決了傳統以單片機作為主控器的穩定性差、故障率高等問題，為智能家居遠程控制系統的實際應用起到一定的促進作用。

參? 考? 文? 獻

[1]康澤威，張曉亞，陳元威.基于GPRS無線網絡的智能家居遠程控制系統設計[J].電子世界，2020，20.061：138-139

[2]孫曉葉，李攀，劉穎.基于物聯網的智能家居遠程控制系統設計與實現[J].電子技術與軟件工程.2019，⑾：33

[3]甘振華.基于SIM900A的GPRS電能表遠程采集模塊設計[J].電子技術，2018，47⑷：32-36

[4]耿祥義，張躍平.Android手機程序設計使用教程[M].北京：清華大學出版社，2013