智能家居PLC控制系统的设计与实现.docx

智能家居PLC控制系统的设计与实现摘 要：传统的智能家居以单片机和ARM为主控器，在系统的稳定可靠性上存在很大问题，文章设计了以小型PLC为主控器的智能家居系统，通过GSM模块连接用户手机，可极大地提高系统的稳定性、方便性与可靠性。关键词：智能家居;PLC控制器;GSM模块中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）03-0001-011 国内智能家居系统的总体环境 随着科技的不断发展与进步，居民对其居住环境的要求越来越高，舒适、方便、高效、安全已经成为现代居住环境的必备条件。传统建筑只能满足居民的基本需求，在满足感上不足以让对现代居住环境要求越来越高的居民满意。传统建筑设备无法对居住环境内的设备进行自动控制;无法远距离监测燃气泄漏和电器起火等各种危险;无法远距离监测住宅的各种环境信息;无法远程向居民手机发送报警短信等问题。通过基于物联网的网络通信技术将家庭智能影院、卡拉OK、防盗报警、智能窗帘、智能开关、智能空气处理等系统有机结合，通过综合布线与智能管理，将原本被动静态的结构转变为主动智慧的具有人文关怀的情境化结构体系，提供全方位的信息交互功能，让居住环境变得灵动、智慧、安全、便捷，从而实现愉悦的生活体验。 国内智能家居行业主要是由智能小区和家庭安全防范系统发展演变而来的，具有一定的特殊性。近十年，越来越多的企业、专家开始关注智能家居行业，国家有关部门也在逐步制定和完善该行业的技术标准，使之能健康发展。2000年，智能化示范小区被列入国家小康型城市住宅项目中的大力发展项目，使得国内智能建筑从智能大厦走向智能小区，最后走到每家每户，这是智能家居必然的发展路线。2014年召开的"国际智能家居高峰论坛"上，专家们讨论了中国智能化家居未来的发展方向。并指出在中国智能家居已经有了初步发展，但并不乐观，投入的资金和数量有惊人的增长，但是系统工程质量不理想，国内的智能家居产业还有很大的努力空间。2 智能家居控制系统的应用现状 国内外研究智能家居的机构有很多，现有的产品以单片机或者ARM作为核心控制器的较多。从产品的测试到系统的运行调研来看，稳定可靠是现在智能家居急需解决的问题。PLC在稳定性、可靠性与功能上远胜单片机或者ARM，同时小型PLC在价格上也可以与普通的控制系统竞争。因此，小型PLC与单片机、ARM进行比较更加稳定实用。网络的选取上，GSM网络覆盖面广并具备很强的网络通信能力，在全国范围内都可以联网，不必组建额外的网络系统，对智能家居中的联网设备数额不做限定，可以满足各个用户的不同需求;同时，能实现设备与用户之间的短信通信业务，使之成为系统设计中通信网络的首选。系统中PLC与GSM网络通过串口进行连接，当居住环境中有信息需要传输时，可实现远程发送短信到用户手机。3 智能家居PLC控制系统的设计与实现 本系统的设计理念是利用PLC控制技术，将家居设备自动化、家居安全防范技术和家居环境监测等功能集成到一个综合管理平台上，在保证系统的稳定可靠、节能环保和低成本性的同时，兼顾系统的扩展性、兼容性、适用性，保证系统功能的可增选性，以提高了居住环境的方便性、舒适性、安全性和智能性。智能家居PLC控制系统主要分为居住环境信息采集传送、建筑设备自动控制和远程监测显示三部分。建筑设备自动控制部分以对车库自动门的控制为例，采用PLC作为系统控制核心，电动机的正转、反转和停止等控制由接触器的主触点控制，电动机转轴与相关的机械传动装置相连，从而控制自动门的升降与停止。自动门关闭后，用户在门外用采用手机信号、钥匙将门锁打开或者用户在门内将门锁采用机械方式开启时，系统产生一个开门信号。CPU收到开门信号，输出开门信号，门打开，当门运行至开门极限位置SQ1时会停止运行。延时1s后，输出关门信号。为了电机堵转现象的产生，系统设计了电流保护模块。在整个关门过程中电机控制的主干线路由电流保护模块进行检测，如果超过电动机的额定电流67倍时，PLC接收到电流保护模块输出的TTL信号，执行开门动作，可有效的防止电动机过载导致的损坏，检测电路当运行至关门极限位置SQ2时，PLC输出信号控制电动机停止运行，同时输出信号控制电磁锁工作上锁。 系统中电流保护模块、GSM短信模块以及PLC模块分别使用5 V、12 V和24 V的直流电。对此，本系统设有直流稳压电源电路，通过电路对单相交流电进行降压、整流、滤波、稳压等处理，确保系统供电电源的稳定性。 智能家居系统中环境信息的采集信号主要基于烟雾传感器、可燃性气体探测器和温湿度传感器等多种类别的传感器。烟雾传感器和可燃性气体探测器主要安装于厨房，分别用于检测烟雾和燃气值，当检测到含量超标时，发信号至PLC，PLC通过GSM短信模块发送报警信息至用户手机，从而避免危险的发生。同时，用户还可通过监控画面远程观看家居实时环境状态，也可发送短信至GSM模块，通过GSM模块与PLC之间的通信，获取家居环境的具体信息参数。用户也可通过短信的模式发送命令通过GSM模块给PLC，从而控制各类电气设备的运行。譬如：可燃性气体探测器检测到燃气泄漏，PLC收到异常报警信号，通过GSM模块进行通讯，GSM模块将短信通过网络发送给用户，用户接收到信息后，可发送短信至GSM模块命令PLC做出控制，打开电动窗户，排出可燃性气体，从而实现家居的安全防范技术。 以火灾报警信息推送过程为例。烟雾传感器或可燃性气体探测器等传感器都有一个可预设的值，当检测当前值超过设定值时，PLC产生中断事件，执行中断处理程序，中断子程序进行串口通讯发送报警短信。同时，GSM模块是否有接收到查询短信会由主控器PLC循环检测，当接收到用户的查询状态短信时，PLC读取传感器数值，将相关的数据以短信的形式发送给用户。程序流程图如图1所示。GSM模块采用取得SIEMENS公司推出的TC35i模块，该模块已经获得国内无线电设备入网证，并且符合ETSI标准的GSM7.07和GSM7.05。TC35i系列模块是西门子公司推出的基于GSM900移动通信网络系统的OEM模块，可适应各专业领域对于语音传输和无线数据传输及可开发性的需求的。TC35i模块集成了射频电路和基带，同时为用户提供标准的AT命令接口，可稳定、安全、快速的传输数据、语音、短消息等信号。并且接口协议公开，满足各种用户开发、设计和应用的需求。当GSM模块接收到短信息时，PLC就会向GSM模块写入命令控制字，GSM模块通过串口向PLC发送短信数据。反之，PLC要向用户发送消息时，PLC会先通过串口发送数据给GSM模块，GSM模块再将信息数据发送至用户的手机。4 结 语 综上所述，本设计主要基于PLC和GSM技术，开发智能家居控制系统，将PLC自动控制技术与GSM远程监测技术融合对接，以实现PLC对智能家居终端设备的自动控制、远程报警、环境监测等功能。主控器PLC主要用于完成发送和接受数据以及解析接收到的短消息数据。而系统的远程监测部分则用GSM短信模块来完成。通过GSM模块接收用户手机的消息数据和发送消息到用户手机，从而建立用户手机和PLC控制系统的远程通信关系。参考文献：【1】 王明秋.智能家居控制系统的设计与实现研究.武汉：华中师范大学，2006.【2】 俞健.基于TC35i的移动通信终端的研究与实现.武汉：武汉理工大 学，2012.