基于PLC的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單位：江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院 班級(jí)：自動(dòng)化1303班學(xué)號(hào)：1070413305基于PLC的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的不斷開展與進(jìn)步,人們不斷去追求更舒適、方便、高效、平安的生活環(huán)境. 傳統(tǒng)的家居環(huán)境只滿足了人們最根本的需求,無法滿足人們對(duì)于家居環(huán)境越來越高的要求. 由于人們對(duì)于高品質(zhì)生活的追求,且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的 開展,智能家居這種時(shí)代的產(chǎn)物應(yīng)運(yùn)而生.本文首先介紹了智能家居的概念和國(guó)內(nèi)外的開展 現(xiàn)狀,隨后對(duì)智能家居領(lǐng)域涉及到的幾項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了初步研究和簡(jiǎn)單應(yīng)用,并設(shè)計(jì)了一套基 于PLC的智能家居原型系統(tǒng),為接下來的研究奠定了根底.國(guó)內(nèi)外對(duì)于智能家居的研究有很多

2、,但是多項(xiàng)選擇用單片機(jī)和ARM作為主控器.智能家居首要解決的問題就是穩(wěn)定可靠,小型PLC相對(duì)于單片機(jī)和 ARM來說更加穩(wěn)定實(shí)用.GSM網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)與漫游,具備很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)水平和廣泛的覆蓋范圍,同時(shí)不必另外組 建網(wǎng)絡(luò),也對(duì)用戶數(shù)量沒有限定,資費(fèi)廉價(jià),外加短信業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸功能,都使得短信息 形式成為智能家居PLC限制系統(tǒng)的首選.本設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC編程智能限制來實(shí)現(xiàn)智能家居,能 自主設(shè)計(jì)限制方式、增加設(shè)備和改造限制.設(shè)備限制都使用直流繼電器,以弱電限制強(qiáng)電, 強(qiáng)弱電隔離,使用起來更加方便平安. 關(guān)鍵詞智能家居；PLC GSMR絡(luò)AbstractWith the continuous de

3、velopment and progress of society, People continue to pursue more comfortable, convenient, efficient and safe living environment. Traditional household environment only meet the most basic needs of the people. It can' t meet the higher and higher requiremerhome furnishing environment of people.

4、The smart home system is invented at the right moment, due to the pursuit high quality life for people. It comes along with the development of the computer technology, network technology, communication technology and automation technology. The article first introduces the concept of smart home and d

5、omestic and foreign development of present situation, and then studied the field of smart home involves several technology and the simple application, and designs a set of intelligent household prototype system based on PLC, which laid the foundation for the next study.There are a lot of studies of

6、smart home in the domestic and overseas, but the majority of those products use single-chip microcomputer and ARM as the main control unit. The priority issue in Smart home is the character of stable, and the small size PLC is more stable and practical than single-chip microcomputer and ARM. GSM net

7、work has realized the networking and roaming across the country. It has a strong capacity of the network and the extensive coverage, etc. There is no limit on the number of users in GSM network, the using consumption of GSM network is relatively low, and it has text data transmission function of the

8、 message.SMS becomes the first selection of the PLC control system in smart home for these reasons above. Based on PLC to achieve design for smart home, freedom design for control, increase control of equipment and renovation. Device control using DC relay, strong electric control by weak strong, th

9、e strength of electrical be isolation, Using more convenient and safe.Keywords : Smart home; PLC; GSM network第1章緒論1.1 概述與研究意義人們對(duì)于家居生活環(huán)境的要求隨著科技水平和物質(zhì)生活水平的提升而變得越來越高.日 常生活的各方面都朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化的目標(biāo)開展 1.作為現(xiàn)代生活的一 個(gè)必然趨勢(shì),智能家居正在受到越來越多的關(guān)注.對(duì)于智能家居來講,最重要的是以適用性 為主旨,摒棄掉那些虛有其表,只可充作擺設(shè)的功能,產(chǎn)品以適用性、易用性和人性化為主. 盡管當(dāng)前智能家居有了很

10、大的開展,市場(chǎng)上也出現(xiàn)了許多相應(yīng)的產(chǎn)品,可是從總體上來看, 行業(yè)開展缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品質(zhì)量也參差不齊,并且傾向家居自動(dòng)化,而非智能化20信息社會(huì)的深入開展,對(duì)我們的傳統(tǒng)住宅和家居自動(dòng)化提出了嚴(yán)峻地挑戰(zhàn),大家對(duì)于家居的要求 也不僅僅局限于平安的物質(zhì)空間,更為關(guān)注智能化、人性化的生活空間30智能家居是利用綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信和平安防范等技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng) 有機(jī)地結(jié)合在一起的一個(gè)系統(tǒng),該系統(tǒng)用來提升家居的便利性、舒適性和平安性.要實(shí)現(xiàn)智 能家居,首先需要在家居中建立一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò),通過該網(wǎng)絡(luò)可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 設(shè)備的限制和監(jiān)測(cè).其次,需要一定的媒介平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和外界的通訊,滿足遠(yuǎn)

11、程或近程的 限制和信息的交換.利用智能家居限制器可以提供多種智能限制方案,使人們?cè)谔幚砑彝ナ挛锓矫?更加快 捷,省力.智能家居系統(tǒng)還可以提供舒適的健康環(huán)境,通過配置相應(yīng)的傳感器可以有效監(jiān)視 室內(nèi)的溫度、濕度和亮度,進(jìn)而限制空調(diào)、窗簾和照明系統(tǒng)的運(yùn)行,從而提供更加適宜的生 活空間4.另外通過各類安防傳感器,提升了人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理緊急情況的水平.配備 Internet 接入功能后更增強(qiáng)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的水平,增加了住戶的平安感,使人們能夠全身心地投入到工作,從而提升生活質(zhì)量.住宅智能化限制的開發(fā)與建設(shè)是21世紀(jì)開展的必然趨勢(shì). 信息技術(shù)的大力普及和應(yīng)用,極大的推動(dòng)了住宅小區(qū)智能化建設(shè)的進(jìn)程,更為住宅小

12、區(qū)智能 化提供了可靠的技術(shù)保證,使其實(shí)施起來更加容易和簡(jiǎn)捷.智能信息家電及智能家居系統(tǒng)具 有平安、方便、高效、快捷、智能化、個(gè)性化的獨(dú)特魅力,它對(duì)于改善現(xiàn)代人類的生活適量, 創(chuàng)造舒適、平安、便利的生活空間有著非常重要的意義1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況很早以前就出現(xiàn)了智能家居的概念,然而一直沒有具體的建筑案例出現(xiàn),一直到二十世 紀(jì)八十年代美國(guó)聯(lián)合科技公司才將這一概念付諸行動(dòng).當(dāng)時(shí),該公司將建筑設(shè)備信息化、整 合化概念應(yīng)用于美國(guó)康乃迪克州哈特佛市的City Place Building ,這才出現(xiàn)了世界上首例“智能化建筑,此后揭開了全球爭(zhēng)相建設(shè)智能型住宅的序幕.在這之后智能型住宅在新加坡、 韓國(guó)、日本、

13、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家都有了廣泛應(yīng)用.1998年5月份在新加坡舉辦的“ 98亞洲 家電與電子消費(fèi)品國(guó)際展覽上推出了 “新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)5,該系統(tǒng)包含三表抄送功能、安防報(bào)警功能、可視對(duì)講功能、監(jiān)控中央功能、家電限制功能、有線電視接入、 接入、住戶信息留言、家庭智能限制面板、智能布線箱、寬帶網(wǎng)接入和系統(tǒng)軟件配置等 功能.到2000年為止,在新加坡有近三十個(gè)社區(qū)大約五千戶的家庭安裝了“家庭智能系統(tǒng),美國(guó)已有近四萬戶家庭采用了這一類的“家庭智能系統(tǒng)6.從2022年春節(jié)后,韓國(guó)三星公司在中韓兩國(guó)開始同時(shí)推出其智能家居系統(tǒng),通過網(wǎng)絡(luò)和機(jī)頂盒,將家居自動(dòng)限制、信息 家電、安防設(shè)備和娛樂信息中央這四局部集

14、合成一個(gè)全方位的、面向互聯(lián)網(wǎng)的家居智能限制 網(wǎng)絡(luò).我國(guó)在? 2000年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程工程實(shí)施方案?中,將建設(shè)智能化小康 型示范小區(qū)列為國(guó)家著重開展工程,國(guó)家投資了十五個(gè)億來支持該工程的實(shí)施落實(shí)7.2022年4月時(shí)任國(guó)家主席胡錦濤同志訪美期間,受邀參觀微軟集團(tuán)總裁比爾蓋茨的私人豪宅.這座鋪設(shè)了五十二英里電纜的私人豪宅是比爾蓋茨花費(fèi)巨資,用時(shí)四年才建成的,它將房 內(nèi)的全部電器設(shè)備連接成一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的家庭網(wǎng)絡(luò).這次參觀訪問可以說是指明了我國(guó)在住 宅智能化方面今后的開展方向網(wǎng).我國(guó)智能家居行業(yè)在近十年受到越來越多企業(yè)的關(guān)注,國(guó) 家有關(guān)部門也在方案制定家居限制領(lǐng)域的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),以推動(dòng)整個(gè)數(shù)

15、字家庭行業(yè)的健康發(fā) 展.我國(guó)智能家居的開展道路有一定的特殊性,其智能化是由智能小區(qū)和家庭平安防護(hù)系統(tǒng) 逐步開展演變而來.2000年,我國(guó)在小康型城鄉(xiāng)住宅工程實(shí)施方中將建造智能化示范小區(qū)列 入國(guó)家大力開展工程,這就促使我國(guó)的智能化建設(shè)的重點(diǎn)方向是從智能大廈建設(shè)向智能住宅 小區(qū)、智能化家居系統(tǒng)建設(shè)開展.2022年8月25日在北京召開的“國(guó)際智能家居頂峰論 壇上,與會(huì)專家們共同討論了中國(guó)智能化家居未來的開展方向.相關(guān)專家指出,在中國(guó), 智能化家居也有了初步開展,但遠(yuǎn)不如想象中樂觀,雖然投資金額和數(shù)量有著驚人的增長(zhǎng), 但是工程質(zhì)量卻名不副實(shí),需要意識(shí)到我國(guó)智能家居還有很大的努力空間9.第2章限制系統(tǒng)的

16、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是利用 PLC限制技術(shù),將家居設(shè)備自動(dòng)化"家居平安防范技術(shù)和家居環(huán) 境監(jiān)測(cè)等功能集成到一個(gè)綜合治理平臺(tái)上,在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠"節(jié)能環(huán)保和低本錢性的同 時(shí),兼顧系統(tǒng)的擴(kuò)展性、兼容性、適用性,保證系統(tǒng)功能的可增選性,以提升了居住環(huán)境的 方便性"舒適性"平安性和智能性100智能家居PLC限制系統(tǒng)主要分為居住環(huán)境信息采集傳送、建筑設(shè)備自動(dòng)限制和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) 顯示三局部.建筑設(shè)備自動(dòng)限制局部以對(duì)車庫自動(dòng)門的限制為例,采用PLC作為系統(tǒng)限制核心,電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止等限制由接觸器的主觸點(diǎn)限制,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與相關(guān)的機(jī)械傳 動(dòng)裝置相連,從而限制

17、自動(dòng)門的升降與停止110自動(dòng)門關(guān)閉后,用戶在門外用采用 信號(hào)" 鑰匙將門鎖翻開或者用戶在門內(nèi)將門鎖采用機(jī)械方式開啟時(shí),系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)開門信號(hào).CPU收到開門信號(hào),輸出開門信號(hào),門翻開,當(dāng)門運(yùn)行至開門極限位置SQ1時(shí)會(huì)停止運(yùn)行.延時(shí)1s后,輸出關(guān)門信號(hào).為了電機(jī)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象的產(chǎn)生,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電流保護(hù)模塊120在整個(gè)關(guān)門過程中電機(jī)限制的主干線路由電流保護(hù)模塊進(jìn)行檢測(cè),如果超過電動(dòng)機(jī)的額定電流67倍時(shí),PLC接收到電流保護(hù)模塊輸出的 TTL信號(hào),執(zhí)行開門動(dòng)作,可有效的預(yù)防電動(dòng)機(jī)過載導(dǎo)致的 損壞,檢測(cè)電路當(dāng)運(yùn)行至關(guān)門極限位置 SQ2時(shí),PLC輸出信號(hào)限制電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行,同時(shí)輸 出信號(hào)限制電磁鎖工作

18、上鎖.系統(tǒng)中電流保護(hù)模塊、GSM®信模塊以及PLC模塊分別使用5V、12V和24V的直流電.對(duì)此,本系統(tǒng)設(shè)有直流穩(wěn)壓電源電路,通過電路對(duì)單相交流電進(jìn)行降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓 等處理,保證系統(tǒng)供電電源的穩(wěn)定性 阿.智能家居系統(tǒng)中環(huán)境信息的采集信號(hào)主要基于煙霧傳感器、可燃性氣體探測(cè)器和溫濕度 傳感器等多種類別的傳感器140煙霧傳感器和可燃性氣體探測(cè)器主要安裝于廚房,分別用于 檢測(cè)煙霧和燃?xì)庵?當(dāng)檢測(cè)到含量超標(biāo)時(shí),發(fā)信號(hào)至 PLC PLC通過GSM®信模塊發(fā)送報(bào)警信 息至用戶 ,從而預(yù)防危險(xiǎn)的發(fā)生.同時(shí),用戶還可通過監(jiān)控畫面遠(yuǎn)程觀看家居實(shí)時(shí)環(huán)境 狀態(tài),也可發(fā)送短信至 GSMK塊,

19、通過GSM真塊與PLC之間的通信,獲取家居環(huán)境的具體信 息參數(shù).用戶也可通過短信的模式發(fā)送命令通過GSM真塊給PLC從而限制各類電氣設(shè)備的運(yùn)行.譬如：可燃性氣體探測(cè)器檢測(cè)到燃?xì)庑孤?PLC收到異常報(bào)警信號(hào),通過 GSM真塊進(jìn)行通訊,GSM模塊將短信通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶,用戶接收到信息后,可發(fā)送短信至GSMI莫塊命令PLC做出限制,翻開電動(dòng)窗戶,排出可燃性氣體,從而實(shí)現(xiàn)家居的平安防范技術(shù).以火災(zāi)報(bào)警信息推送過程為例.煙霧傳感器或可燃性氣體探測(cè)器等傳感器都有一個(gè)可預(yù)設(shè)的值,當(dāng)檢測(cè)當(dāng)前值超過設(shè)定值時(shí), 進(jìn)行串口通訊發(fā)送報(bào)警短信.同時(shí), 測(cè),當(dāng)接收到用戶的查詢狀態(tài)短信時(shí),PLC產(chǎn)生中斷事件,執(zhí)行中斷處理

20、程序,中斷子程序PLC讀取傳感器數(shù)值,將相關(guān)的數(shù)據(jù)以短信的形式發(fā)送給用戶.程序流程圖如圖1所示.開始圖1程序流程圖GSM真塊是否有接收到查t©短信會(huì)由主控器 PLC循環(huán)檢GSM真塊采用取得SIEMENS司推出的TC35i模塊,該模塊已經(jīng)獲得國(guó)內(nèi)無線電設(shè)備入 網(wǎng)證,并且符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)的GSM7.07ffi GSM7.05 TC35i系列模塊是西門子公司推出的基于 GSM90移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的OEM1塊,可適應(yīng)各專業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谡Z音傳輸和無線數(shù)據(jù)傳輸及可 開發(fā)性的需求的150 TC35i模塊.集成了射頻電路和基帶,同時(shí)為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口,可穩(wěn)定、平安、快速的傳輸數(shù)據(jù)、語音、短消息

21、等信號(hào).并且接口協(xié)議公開,滿足各種 用戶開發(fā)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需求.當(dāng) GSM真塊接收到短信息時(shí),PLC就會(huì)向GSM真塊寫入命令 限制字,GSMK塊通過串口向PLC發(fā)送短信數(shù)據(jù).反之,PLC要向用戶發(fā)送消息時(shí),PLC會(huì)先 通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給GSMI塊,GSMI塊再將信息數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶的 參考文獻(xiàn)1蔣雪梅.自動(dòng)門限制器的電路設(shè)計(jì)方案分析與研究J. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2022-05-11:116-118.2王明秋.智能家居限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究D.華中師范大學(xué),2022-11-01:4-10.3劉晶.智能家居中PLC限制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)D.哈爾濱理工大學(xué),2022.4武艷.智能家居中PLC限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)

22、現(xiàn)J.電子測(cè)試,2022, 24:9-10.5唐勁松.智能化小區(qū)如何建設(shè)J.中國(guó)建設(shè)信息,2001-06-25:3-5.6 LI Ming. Intelligent monitoring system based on embedded web J. Journal of Chongqing Normal University, 2022, Vol.26 (3), pp.72.7唐義權(quán).基于PLC的智能家居網(wǎng)絡(luò)研究D.寧波大學(xué),2022.8羅昔柳,邊洪瑞,秦迎梅.基于三菱PLC的智能家居效勞系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.限制工程,2022, S4:44-48.9Anonymous. WATTECO: WATTECO enables the easy integration of new "Control and Command" PLC technology within an 802.15.4 radio network; new "smart" solution technology enables