武 艷（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州，215009）

智能家居中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

武 艷
（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州，215009）

在互聯(lián)網(wǎng)+和工業(yè)4.0不斷碰撞融合的大環(huán)境下，智能家居產(chǎn)業(yè)儼然成為了當(dāng)前的熱門話題，企業(yè)也更加關(guān)注如何提升產(chǎn)品的服務(wù)質(zhì)量，以更好的適應(yīng)用戶的多元化需求。本文設(shè)計了基于 PLC 技術(shù)和 GSM 技術(shù)的智能家居中 PLC 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了PLC對家居智能終端的自動控制、家居環(huán)境監(jiān)測以及遠(yuǎn)程預(yù)警報告等功能，有效提升了家居系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴展性。

智能家居；PLC控制系統(tǒng)；軟硬件設(shè)計

0 引言

進入互聯(lián)網(wǎng)+時代，人們的家居生活也進入智能時代，智能化家居就是在互聯(lián)網(wǎng)的影響下出現(xiàn)的物聯(lián)化的產(chǎn)物，以住宅為平臺將家中的各種家居設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接到一起，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)進行高效集成，統(tǒng)一由一個終端或者感應(yīng)系統(tǒng)來控制，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日常事務(wù)的控制管理系統(tǒng)，能夠帶給人全新的家居生活喜愛，讓人們感受最大化的舒適和便捷。當(dāng)前，智能家居已經(jīng)被國家作為一種戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)來培育發(fā)展，其未來發(fā)展之路，應(yīng)該以用戶需求為根本出發(fā)點，因此，為了推進智能家居更友好、安全、舒適發(fā)展，智能家居控制系統(tǒng)作為智能家居的核心，對于智能家居的優(yōu)化發(fā)展具有關(guān)鍵影響，文章以PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計為基點，并結(jié)合實際應(yīng)用需求對智能家居PLC控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進行了詳細(xì)闡述，以使得智能家居設(shè)計更適應(yīng)用戶的生活習(xí)慣，能夠主動去感知、適應(yīng)并服務(wù)于用戶。

1 智能家居控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體框架

實用、多功能，是注重生活品質(zhì)的人們的共同要求，也是智能家居系統(tǒng)決勝市場的關(guān)鍵，而PLC技術(shù)所呈現(xiàn)的優(yōu)勢性正好滿足了這一需求，為此，本文設(shè)計了基于PLC的智能家居控制系統(tǒng)，主要涵蓋了智能家居設(shè)備控制、家居環(huán)境的實時檢測及安全防護的遠(yuǎn)程報警等基本功能。針對用戶需求，將家電、門窗、窗簾、空調(diào)、供暖等家居設(shè)備整合為一體，提供一整套家居服務(wù)，當(dāng)用戶啟動遠(yuǎn)程遙控時，家門會自動打開，窗簾會自動開合，空調(diào)會自動開啟，空氣濕度、溫度自動調(diào)節(jié)，PM2.5會自動凈化，且當(dāng)發(fā)生煤氣泄漏、非法侵入等情況時會自動發(fā)出預(yù)警報告，以此所設(shè)計的PLC控制系統(tǒng)如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

本文擬構(gòu)建的智能家居PLC控制系統(tǒng)是基于用戶的實際需求，采用可編程控制器PLC技術(shù)和GSM 短信息技術(shù)，并運用SMS進行信息交互，可劃分為自動控制模塊、信息采集模塊及遠(yuǎn)程控制模塊等三部分。

圖1 PLC控制系統(tǒng)平臺

（1）自動控制模塊：主要是以智能防盜門的自動控制為例，將PLC作為主控制器，借助繼電器的開合控制交流電動機的正反轉(zhuǎn)和停止，當(dāng)智能門處于關(guān)閉狀態(tài)時，用戶的開鎖動作將產(chǎn)生開門信號，PLC在接受該信后，可依據(jù)程序執(zhí)行開門動作并在觸碰門框邊沿時執(zhí)行關(guān)門動作，為了避免電機堵轉(zhuǎn)，設(shè)電流保護模塊，檢測關(guān)門過程中主干線路的電流，若超過交流電機的額定功率6-7倍時，該模塊會輸出一個 TTL信號給PLC 的一個輸入端，PLC會通知交流電機執(zhí)行開門動作，避免電機過載發(fā)生故障。

（2）傳感器信息采集模塊：該模塊集成了溫濕度傳感器SHT11、煙霧傳感器 MQ-2、煤氣傳感器 MQ-5 等，各傳感器可采集空氣中的溫濕度、煤煙氣以及PM2.5，并將這些數(shù)據(jù)信號傳遞給PLC并發(fā)送信息至移動終端設(shè)備，由用戶根據(jù)具體情況作出合理判斷，及時作出相關(guān)指令，保證空氣溫濕度的適宜，減少煙霧器過重，及時啟動空氣凈化器進行凈化處理，保證室內(nèi)環(huán)境的舒適、安全。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)測模塊：用戶以微信形式將監(jiān)測指令傳遞至GSM信息模塊，從而實現(xiàn)與主控制器OPLC之間信息交互，PLC經(jīng)過指令的解讀，將對家居狀態(tài)進行查詢，再經(jīng)由信息中心傳送至移動終端設(shè)備，當(dāng)相關(guān)傳感器檢測到危險信號時，會立即傳遞給PLC主控制器，PLC接收到預(yù)警報告后，將迅速與GSM信息模塊進行串口通訊，并經(jīng)由GSM網(wǎng)絡(luò)傳遞給用戶的終端設(shè)備，實現(xiàn)家居環(huán)境的安全防護。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 智能防盜門系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）電源模塊硬件設(shè)計。為保證供電電源的穩(wěn)定性，需將單相交流進行降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等處理。本文采用單相橋式整流電路，通過增加兩個二極管連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了交流電向直流電的轉(zhuǎn)換，但尚包含部分波紋，需要進行濾波處理。

（2）控制模塊硬件設(shè)計。本文選用歐姆龍的CP1L系列PLC來操控電動機的運行，但PLC與電機直接相連時，需要進行靜電接地和干擾隔離，在輸出端以小型繼電器接入控制電路，繼電器選用歐姆龍MY2N-J，其線圈接點接PLC控制正反轉(zhuǎn)的輸出點，轉(zhuǎn)換觸點進行電機控制；同時，以70KTYG齒輪減速永磁同步交流電機作為智能門系統(tǒng)的動力，并依電機轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)數(shù)n參數(shù)要求，技術(shù)參數(shù)設(shè)定為：額定功率20W，額定轉(zhuǎn)速5r/min，輸出轉(zhuǎn)矩60kg·cm，且在控制智能門操作時運用行程開關(guān)和電磁鎖。

（3）保護模塊硬件設(shè)計：為避免智能門電機堵轉(zhuǎn)并保護系統(tǒng)過電流，本文采用霍爾電流傳感器WCS2702來檢測電流，電流檢測模塊有兩路信號輸出端：采樣電流信號轉(zhuǎn)換電壓輸出端和TTL高低電平信號輸出端，一旦發(fā)生電機堵轉(zhuǎn)，該模塊會將電壓反饋給PLC輸入端并據(jù)此采取相應(yīng)策略，停止電機轉(zhuǎn)動。

2.2 傳感器系統(tǒng)硬件設(shè)計

該模塊的硬件主要由PLC、溫濕度傳感器SHT11、煤霧氣傳感器MQ-5、煙霧傳感器MQ-2、驅(qū)動執(zhí)行部分等構(gòu)成。各傳感器多分為電源、接地、高低電平輸出、模擬量輸出等四個端口，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測值超過設(shè)定值時，有這些端口執(zhí)行電信號輸出、接入PLC、執(zhí)行終端程序及發(fā)送預(yù)警信息等任務(wù)，且鑒于輸出電信號比較弱，需要經(jīng)由前置電路對其進行放大、濾波和電平調(diào)整等處理。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

PLC應(yīng)用無協(xié)議串口通訊方式與GSM信息模塊進行信息交互，并擴展一個CP1W-CIF01 RS-232 通訊板將CP1W-CIF01安裝到CP1L的選件板槽位上，然后將PLC與GSM信息模塊經(jīng)由 RS-232 串口線連接；同時本系統(tǒng)采用TC35i 模塊作為GSM的無線異步收發(fā)模塊，能夠更便捷的與PC 機、單片機或其他帶有串行口的主控器相連。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 智能防盜門系統(tǒng)軟件設(shè)計

自動門系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是：自動門根據(jù)用戶要求自行開啟、運行、關(guān)閉和上鎖，同時運行過程中檢測障礙物，自動門遇到障礙物自動反方向運轉(zhuǎn)。同時，為防止突發(fā)狀況發(fā)生，啟用強制停止功能，自動門停止運轉(zhuǎn)。

3.2 傳感器系統(tǒng)軟件設(shè)計

該部分主要是通過各類傳感器來檢測家居環(huán)境，當(dāng)檢測值超過限定值時，PLC 執(zhí)行中斷程序，進行串口通訊并傳遞預(yù)警信息，同時，PLC會持續(xù)檢測GSM 信息模塊是否接收到查詢短信，當(dāng)接收到查詢家居狀態(tài)的信息時，會主動獲取傳感器數(shù)值，將設(shè)計溫濕度、PM2.5、煤霧氣等數(shù)據(jù)信息傳遞給用戶的移動終端設(shè)備。

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要涉及AT命令詳解及PLC串口中斷程序設(shè)計，AT 命令是用來配置 MODEM 和軟件共同工作并實現(xiàn)和遠(yuǎn)端系統(tǒng)實施通信，發(fā)送AT來引起調(diào)制解調(diào)器構(gòu)建上位機和短信模塊的連接，發(fā)送AT+CMGF=0<回車>，設(shè)定PDU 發(fā)送模式，發(fā)送 AT+CMGS=25<回車>，設(shè)置數(shù)據(jù)包長度，接收，而后就可實現(xiàn)PDU數(shù)據(jù)包發(fā)送；在PLC串口中斷程序設(shè)計中，先通過指令進行端口波特率設(shè)定，然后在通過指令予以禁止回波功能，減輕其對PLC編程的影響。

4 結(jié)語

在移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛的今天，智能家居的出現(xiàn)影響著人們的生活方式和質(zhì)量，越來越多的消費者對智能家居抱有極大的興趣，也更加關(guān)注家居系統(tǒng)的穩(wěn)定實用性，本文所設(shè)計的PLC控制系統(tǒng)正是基于用戶需求而設(shè)計，其相對于單片機和 ARM而言，具有可靠性高、抗干擾性強，功能完備的特點，能夠更好的完成復(fù)雜的智能化控制任務(wù)，進一步提升了系統(tǒng)的性能比，是未來家居系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。

[1]劉晶.智能家居中PLC控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[D].哈爾濱理工大學(xué),2014.

[2]唐義權(quán).基于PLC的智能家居網(wǎng)絡(luò)研究[D].寧波大學(xué),2012.

[3]李昊.智能家居PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015,23:129.

武艷，女，1980，遼寧北鎮(zhèn)人，講師，研究方向：應(yīng)用電子。

Design and implementation of PLC control system in smart home

Wu Yan
（Suzhou Institute of Trade and Commerce,Jiangsu Suzhou,215009）

In the Internet + and industry 4 continuous collision integration environment, smart home industry has become a hot topic of the current, companies are more concerned about how to improve the quality of service products, in order to better adapt to the diverse needs of users. This paper designs a PLC control system based on PLC technology and GSM technology to realize the automatic control of PLC, home environment monitoring and remote alarm reporting, and effectively improve the stability and scalability of the home system.

Smart home; PLC control system; Software and hardware design

TP273

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