青島恒星科技學(xué)院 徐少俊 劉美玲 李月振

隨著人民生活水平的不斷增強(qiáng)，人們對(duì)安全防護(hù)意識(shí)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(shè)計(jì)智能家居的序幕。2006 年，“國際智能家居高峰論壇”上相關(guān)專家對(duì)智能家居做出介紹，它是以現(xiàn)代化住宅為平臺(tái)，是控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)向傳統(tǒng)家居滲透發(fā)展的必然產(chǎn)物。其中，報(bào)警系統(tǒng)是智能家居安全系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其安全性直接關(guān)系整個(gè)智能家居安全系統(tǒng)的安全性。在PLC 控制下應(yīng)用智能家居安全報(bào)警系統(tǒng)可通過各種傳感器對(duì)家居環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)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(huán)境與居住環(huán)境。

1 智能家居安全報(bào)警系統(tǒng)

智能家居安全報(bào)警系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，可以對(duì)煤氣泄漏、陌生人闖入和住宅火災(zāi)的發(fā)生等危險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，可以有效提高人民的生活質(zhì)量和居住安全。報(bào)警系統(tǒng)的主要包括：可以準(zhǔn)確無誤地檢測出警情情況；當(dāng)警情發(fā)生時(shí)，可以及時(shí)發(fā)送警情信號(hào)，并引起蜂鳴器聲響；在報(bào)警同時(shí)，可以通過GSM模塊為房子主人發(fā)送警情信息，從而使主人有時(shí)間及時(shí)采取有效的防護(hù)措施，降低自己的損失，保護(hù)自己的權(quán)益；并且，還可以通過在系統(tǒng)中加入實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片記錄當(dāng)時(shí)時(shí)間。

PLC 控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)順序控制器的基礎(chǔ)上，引入通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)等形成的一種新型工業(yè)控制裝置，其可以用來取代計(jì)數(shù)、記時(shí)、繼電器、執(zhí)行邏輯等的順序控制功能，建立起柔性的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。其具有編程簡單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、適應(yīng)面廣、使用方便、通用性強(qiáng)等的特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)為PLC 控制下的智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)，主要由PLC 控制器、實(shí)時(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)及時(shí)接受警情信息，立即報(bào)警，并發(fā)出報(bào)警短信、記時(shí)等。其系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)框圖

3 總體設(shè)計(jì)

關(guān)注生活質(zhì)量的人們對(duì)實(shí)用性以及多功能性的要求是比較高的，這一點(diǎn)屬于共同的要求，也是智能家居系統(tǒng)可以贏得廣大市場的關(guān)鍵之處。PLC 技術(shù)具備很大的優(yōu)越性，這點(diǎn)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(chǔ)上的智能家居?？刂葡到y(tǒng)主要包含了智能家居設(shè)備控制的一些基本性的功能，主要為：安全保護(hù)的遠(yuǎn)程報(bào)警以及家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)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(diào)以及暖氣等家用電器進(jìn)行整合，這樣可以保障家居服務(wù)的全套性。當(dāng)用戶實(shí)施遙控的時(shí)候，門將會(huì)自動(dòng)打開以及關(guān)閉，窗簾將會(huì)自動(dòng)打開以及關(guān)閉，空調(diào)將會(huì)自動(dòng)打開以及關(guān)閉，如果出現(xiàn)一些氣體泄漏或者非法侵入的情況，其會(huì)發(fā)出警報(bào)進(jìn)行報(bào)警。

4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

4.1 傳感器模塊

無線傳感器系統(tǒng)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)測量點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)都測量此處的參數(shù)，而后組成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，再以無線方式將測量信息傳輸給監(jiān)控中心，其中每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都具有無線通信的功能。

本報(bào)警系統(tǒng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括門磁開關(guān)、玻璃破碎報(bào)警器、煤氣泄漏傳感器、火災(zāi)煙感傳感器、紅外線傳感器等傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并以無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)連接形成一個(gè)無線傳感器報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中以一個(gè)與計(jì)算機(jī)相連、可與任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的無線通信模塊為系統(tǒng)的中心節(jié)點(diǎn)。其余各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將對(duì)家居環(huán)境的各種參數(shù)進(jìn)行采樣和測量，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)，并接受中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送的命令及數(shù)據(jù)，然后對(duì)信息進(jìn)行分析處理并執(zhí)行操作。

4.2 數(shù)據(jù)傳輸單元

數(shù)據(jù)傳輸單元的工作任務(wù)是與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行收發(fā)采集數(shù)據(jù)、交換控制信息的無線通信，其中無線通信系統(tǒng)消耗的能量在整個(gè)無線報(bào)警網(wǎng)絡(luò)中的能耗占據(jù)主要部分，因此該單元的選擇是低功耗設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。其中，無線收發(fā)部件采用的操作周期、發(fā)射功率、數(shù)據(jù)率、調(diào)制模式等數(shù)據(jù)都是影響通信系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵因素，因此，選擇無線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮芯片成本、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量、接收靈敏度、發(fā)射功率、能耗等因素。

4.3 數(shù)據(jù)處理單元

數(shù)據(jù)處理單元是無線報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部件，也是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的計(jì)算核心，負(fù)責(zé)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要一個(gè)功能強(qiáng)大且低能耗的處理器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采收與處理，使每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都能與無線通信單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的檢測與運(yùn)行狀態(tài)。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在智能家居安全報(bào)警系統(tǒng)中，主要采取突出事件報(bào)告和網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)輪巡機(jī)制。中心節(jié)點(diǎn)向每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)每隔一定時(shí)間發(fā)送命令，而后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接受信息，向中心節(jié)點(diǎn)回遞信息。如果發(fā)生緊急警情，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)警報(bào)告，再由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息分析處理并發(fā)出報(bào)警信息。

本設(shè)計(jì)采用許可證技術(shù)，智能家居安全報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中報(bào)警信息傳遞過程如下。

（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)向中心節(jié)點(diǎn)傳遞警情信息，并附加本設(shè)備信息。

（2）中心節(jié)點(diǎn)接受信息后，先將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備信息與接收的信息存儲(chǔ)在緩沖區(qū)內(nèi)，再將節(jié)點(diǎn)設(shè)備信息與本地存儲(chǔ)器中的訪問權(quán)限相比較，以確定該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是否有權(quán)力發(fā)送信息給中心節(jié)點(diǎn)。

（3）如果該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有權(quán)限，則中心節(jié)點(diǎn)可以接受該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息，并反饋“正確接受”的信息；如果該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)未授權(quán)，則中心節(jié)點(diǎn)拒絕接收信息，并清空緩存區(qū)。

6 結(jié)語

本智能家居安全報(bào)警系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)家庭的安全環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可有效防控煤氣泄漏、火災(zāi)報(bào)警、室內(nèi)防盜等問題，利用高科技和自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的自動(dòng)化與智能化，可有效降低甚至避免家庭的損失。結(jié)果表明，PLC 控制下的家居安全報(bào)警系統(tǒng)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、可靠性和較高的通信效率。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)也存在著一些不足，還需改進(jìn)，如可以通過添加新斷電保護(hù)電路以提高系統(tǒng)安全可靠性；還可以通過添加家居門的密碼鎖，并在此基礎(chǔ)上加入自動(dòng)關(guān)閉和開啟系統(tǒng)的功能等。