基于PLC的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、 PAGE29 / NUMPAGES33 大學(xué)傳感檢測(cè)課程設(shè)計(jì)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)報(bào)告課題名稱：智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名：飛學(xué) 號(hào)：1012002090指導(dǎo)教師：王勝鋒實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2013年6月24日至6月27日基于PLC的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：現(xiàn)在使用的家居設(shè)備大部分采用手動(dòng)操作方式，沒有自動(dòng)防盜門、防雨窗、防燃?xì)庑孤兜染哂腥诵曰墓δ?；本設(shè)計(jì)利用三菱PLC和各種種傳感器來實(shí)現(xiàn)在對(duì)智能家居常規(guī)控制的基礎(chǔ)上，利用可編程控制器PLC發(fā)出的脈沖信號(hào)構(gòu)成家用設(shè)備的智能控制，從而實(shí)現(xiàn)智能家居。而且本著更容易普與這種技術(shù)，我們采用PLC、多種傳感器構(gòu)成的系統(tǒng)具準(zhǔn)確、方便、容易擴(kuò)展的特點(diǎn)，能更加好的完成復(fù)雜的智能

2、化控制任務(wù)。這個(gè)設(shè)計(jì)理念為解決人民生活節(jié)奏加快，留下的家居安全問題和家居舒適度問題為重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：PLC；傳感器；智能家居目 錄1 引言（1）2 智能家居設(shè)備簡(jiǎn)介（8）2.1智能家居的概念 （8）2.4智能家居的運(yùn)行工作情況（15）2.5智能家居監(jiān)控系統(tǒng)組成（15）2.6智能家居結(jié)構(gòu)概圖（16）2.7智能家居監(jiān)控系統(tǒng)原理圖（17）3 方案選擇（17）3.1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式（17）3.3智能家居系統(tǒng)各部分的選擇（19）3.4方案的確定 （20）4 智能家居系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) （21）4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（21）4.2電機(jī)的選擇（21）4.3無線收發(fā)套件選擇（22）4.4濕度傳感器的選擇（2

3、3）4.5可燃性氣體和煙霧檢測(cè)傳感器的選擇（23）4.6可編程序控制器(PLC)選擇 （24）5控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)（27）5.1智能家居系統(tǒng)的控制要求（27）5.2 PLC I/O端口分配 （27）5.3系統(tǒng)程序流程圖（29）6 智能家居控制系統(tǒng)軟件程序（30）6.1智能窗戶程序（30）6.2智能室系統(tǒng)程序（30）6.3安防系統(tǒng)程序（31）6.4點(diǎn)動(dòng)程序（31）7 主要功能模塊設(shè)計(jì)（31）7.1光敏電阻仿接線圖（31）7.2溫度時(shí)間仿真仿接線圖（32）7.3聲控開門接線圖（33）7.4紅外線接線圖（33）7.5可燃性氣體檢測(cè)線圖（34）7.6晾衣服驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)化圖（35）8 結(jié)論（36）參考文獻(xiàn)（3

4、8）基于PLC的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言蒸汽機(jī)的發(fā)明掀起了人類歷史邁向工業(yè)的新篇章，而網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)無疑將信息化深深的烙印在了人類文明的璀璨長(zhǎng)卷上。電子信息技術(shù)，控制技術(shù)的日益提升，社會(huì)信息化的逐步加快，促使人們的生活、工作、學(xué)習(xí)以與通訊的關(guān)系日漸緊密，信息化社會(huì)在改變?nèi)藗兩盍?xí)慣和工作方式的同時(shí)，也對(duì)我們的傳統(tǒng)住宅提出了挑戰(zhàn)。環(huán)視周遭，我們很容易的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)家居的要求早已不再只是簡(jiǎn)單的物質(zhì)空間，更為關(guān)注的是一個(gè)高度安全、舒適以與美觀方便的居住環(huán)境，先進(jìn)的通信設(shè)施，完備高效的信息終端，自動(dòng)、智能的家電，網(wǎng)絡(luò)化的資源管理與購物方式等等。現(xiàn)今社會(huì)人們?nèi)找媾蛎浀男枨笫沟眉揖又悄芑讶怀蔀橐环N趨勢(shì)。

5、電力電子技術(shù)的發(fā)展、微電子技術(shù)的革新、控制理論的進(jìn)步給智能家居的發(fā)展帶來了契機(jī)，因此，PLC控制技術(shù)己成為現(xiàn)代智能家居行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)?？删幊炭刂破?PLC：Programmable LogicController)是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。傳統(tǒng)的電器都是以個(gè)體形式存在，沒有系統(tǒng)的管理與控制，而可編程控制器(PLC：Programmable LogicController)控制系統(tǒng)，就像一無形的網(wǎng)絡(luò)，把所有能控制的電器以一定的結(jié)構(gòu)有機(jī)的組合起來，形成了一個(gè)整體，通過這個(gè)管理系統(tǒng)，用戶可以用遙控、場(chǎng)景、定時(shí)、遠(yuǎn)程、電腦等多種控制方式實(shí)

6、現(xiàn)對(duì)電器的智能管理與控制。以與實(shí)現(xiàn)電器的場(chǎng)景控制與管理，從而達(dá)到智能電器系統(tǒng)的節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便的功能。由于可編程控制器(PLC：Programmable LogicController)控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)相比較具有以下特點(diǎn)(1) 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易 (2) 使用方便，編程簡(jiǎn)單，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。(3) 能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)。所以是智能控制家居的首選，能為維護(hù)和改進(jìn)服務(wù)提供很好的保障。2智能家居設(shè)備簡(jiǎn)介2.1智能家居的定義與發(fā)展智能家居概念的起源甚早，但一直未有具體的建筑案例出現(xiàn)，直到1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司（United Te

7、chno1ogies Building System）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（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding時(shí)，才出現(xiàn)了首棟的智能型建筑,從此也揭開了全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕。最著名的智能家居要算比爾蓋茨的豪宅。比爾蓋茨在他的“未來之路”一書中以很大篇幅描繪他正在華盛頓湖建造的私人豪宅。他描繪他的住宅是“由硅片和軟件建成的”并且要“采納不斷變化的尖端技術(shù)”。經(jīng)過7年的建設(shè)，1997年，比爾蓋茨的豪宅終于建成。他的這個(gè)豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不僅具備高速上網(wǎng)的專線，所有的門窗、燈具、電器都能夠通過計(jì)算機(jī)

8、控制，而且有一個(gè)高性能的服務(wù)器作為管理整個(gè)系統(tǒng)的后臺(tái)。智能家居是IT技術(shù)（特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)）、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)向傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)果。由社會(huì)背景之層面來看，近年來信息化的高度進(jìn)展，通訊的自由化與高層次化、業(yè)務(wù)量的急速增加與人類對(duì)工作環(huán)境的安全性、舒適性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大為增加此外在科學(xué)技術(shù)方面，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與電子信息通訊技術(shù)之成長(zhǎng)，也促成了智能家居的誕生。20世紀(jì)80年代初, 隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市,住宅電子化出現(xiàn)。80年代中期，將家用電器/通信設(shè)備與安全防設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念。80年代末，通信與信息技

9、術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過總線技術(shù)對(duì)住宅中各種通信/家電/安防設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為SmartHome,也就是現(xiàn)在智能家居的原型智能家居最初的定義是這樣的：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備/家用電器和家庭安防裝置，通過家庭總線技術(shù)(HBS)連接到一個(gè)家庭智能系統(tǒng)上，進(jìn)行集中或異地監(jiān)視/控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)HBS是智能住宅的基本單元也是智能住宅的核心世界上第一幢智能建筑1984年在美國(guó)康涅迪格州出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)只是對(duì)一座舊式大樓進(jìn)行了一定程度的改造，采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)大樓的空調(diào)、電梯、照明等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，并提供語音通信、電子和情報(bào)資料等方面的

10、信息服務(wù)。智能家居最早沿于英文Smart Home，早先更多提法是Home Automation 家庭自動(dòng)化，因?yàn)樵缦壬媾c的產(chǎn)品都與家庭自動(dòng)化產(chǎn)品和配件有關(guān)，自動(dòng)化、智能化是其重要特點(diǎn)。幾年前，美國(guó)、歐洲和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了“ 智能住宅”(即智能家居Smart Home)的概念。其目標(biāo)就是：“將家庭中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備，家用電器和家庭保安裝置通過家庭總線技術(shù)(HBS)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)?！?智能家居(Smart Home)頻繁出現(xiàn)在各大媒體上，成了人們耳熟能詳?shù)脑~匯。目前關(guān)于智

11、能家居的稱謂多種多樣，諸如：電子家庭(Electronic Home)、e-Home、數(shù)字家園(Digital family)、家庭自動(dòng)化(Home Automation)、家庭網(wǎng)絡(luò)(Home net/Networks for Home)、網(wǎng)絡(luò)家居(Network Home)、智能化家庭(Inte1ligent home)等等幾十種，盡管名稱是五花八門，但它們的含義和所要完成的功能大體是一樣的。 目前通常把智能家居被定義為利用電腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。也就是說，首先，它們都要在一個(gè)家居中建立一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)，為家庭信息提供必要的

12、通路，在家庭網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)的控制下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)。其次，它們都要通過一定的媒介平臺(tái)，構(gòu)成與外界的通訊通道，以實(shí)現(xiàn)與家庭以外的世界溝信息，滿足遠(yuǎn)程控制/監(jiān)測(cè)和交換信息的需求。最后，它們的最終目的都是為滿足人們對(duì)安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境保護(hù)的需求。各技術(shù)基本介紹：1、總線型技術(shù)：所有設(shè)備通信與控制都集中在一條總線上，是一種全分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其產(chǎn)品模塊具有雙向通信能力，以與互操作性和互換性，其控制部件都可以編程。典型的總線技術(shù)采用雙絞線總線結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以從總線上獲得供電（24V/DC），亦通過同一總線實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間無極性、無拓

13、撲邏輯限制的互連和通信，信號(hào)傳輸速率和系統(tǒng)容量則分別為10KBPS和4G。 總線型技術(shù)比較適合于樓宇和小區(qū)智能化等大區(qū)域圍的控制，現(xiàn)開始部分應(yīng)用于別墅智能化，但一般設(shè)置安裝比較復(fù)雜，造價(jià)較高，工期較長(zhǎng)，只適用新裝修用戶。典型廠家：ABB公司的“I-BUS”、奇勝公司的“C-BUS”、“Lonworks”等等。2、無線技術(shù)：即利用各種無線標(biāo)準(zhǔn)，如射頻（RF）技術(shù)、IrDA紅外線技術(shù)、HomeRF協(xié)議、Zigbee技術(shù)、X2D技術(shù)等進(jìn)行設(shè)備間的傳輸與控制。 無線技術(shù)無需重新布線，安裝方便靈活，而且根據(jù)需求可以隨時(shí)擴(kuò)展或改裝，適用于新裝修用戶和已裝用戶。隨著目前Zigbee技術(shù)和RF技術(shù)的快速發(fā)展，

14、以無線方式實(shí)現(xiàn)的智能家居市場(chǎng)將越來越明確。 典型廠家：波創(chuàng)公司的“射頻（RF）技術(shù)”、Control4公司的“Zigbee技術(shù)”、達(dá)泰多公司的“X2D技術(shù)”等等。電力載波技術(shù)：即利用現(xiàn)有的電網(wǎng)，兩端加以調(diào)制解調(diào)器，以50Hz或（60Hz）為載波，再以120KHz的脈沖為調(diào)變波（Modulating Wave），進(jìn)行信號(hào)的傳輸與控制。 電力載波技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是利用現(xiàn)有的電網(wǎng)，便能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)家居智能化的改造，但是由于其通信傳輸是以電線為載體，因此對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性有要求，在國(guó)此電網(wǎng)干擾的問題尤為嚴(yán)重，同時(shí)其網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度慢(傳輸一個(gè)指令需要0.883s)，這也很大程度的制約了電力載波技術(shù)在智能家居行業(yè)的發(fā)

15、展。 典型廠家：索博公司的“X-10”技術(shù)和“PLCBUS”技術(shù)等等。各智能家居技術(shù)對(duì)比表比較項(xiàng)目總線類無線類電力載波典型技術(shù)C-Bus無線射頻（RF）ZigbeePLCBUSx10典型廠家奇勝波創(chuàng)Control4索博索博應(yīng)用圍主要應(yīng)用于體育場(chǎng)等樓宇智能化主要應(yīng)用于辦公與小房型住宅適用于住宅與樓宇智能化同時(shí)適合于住宅與樓宇智能化在國(guó)外廣泛應(yīng)用，較多適用性只適用于未裝修戶同時(shí)適合于已裝修與未裝修戶同時(shí)適合于已裝修與未裝修戶同時(shí)適合于已裝修與未裝修戶，并可應(yīng)用樓宇控制同時(shí)適合于已裝修與未裝修戶是否需布線需要另外布線無需重新布線無需重新布線無需重新布線無需重新布線雙向通信雙向通信，可反饋與查詢燈或電

16、器的狀態(tài)與燈亮度單向通信雙向通信雙向通信，可反饋與查詢燈或電器的狀態(tài)與燈亮度單向通信技術(shù)難題安裝調(diào)試需要專業(yè)人員能穿透墻體，無方向性，但因阻礙物材質(zhì)與厚度的不一樣，出現(xiàn)遙控?zé)o法控制的“控制死角”，特別大房型或復(fù)雜結(jié)構(gòu)房體Zigbee的低功耗、自組網(wǎng)特性有效的解決了無線通信傳輸距離與信號(hào)衰減的問題通信傳輸是以電線為載體，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性有要求，同時(shí)其網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度慢(傳輸一個(gè)指令0.883s)通信傳輸是以電線為載體，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性有要求，同時(shí)其網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度慢(傳輸一個(gè)指令0.883s)開關(guān)可選性只能用廠家的面板只能用廠家的面板只能用廠家的面板可選水晶面板或暗藏模塊可選西蒙面板或暗藏模塊安裝調(diào)試期安裝調(diào)試

17、復(fù)雜，周期較長(zhǎng)安裝簡(jiǎn)單，周期短安裝簡(jiǎn)單，周期短安裝簡(jiǎn)單，周期短安裝簡(jiǎn)單，周期短調(diào)試要求需要專業(yè)人員安裝調(diào)試一般技術(shù)人員一般技術(shù)人員一般技術(shù)人員一般技術(shù)人員技術(shù)優(yōu)/弱勢(shì)不能恢復(fù)傳統(tǒng)控制方式隨意選配、升級(jí)、移動(dòng)隨意選配、升級(jí)、移動(dòng)隨意選配、升級(jí)、移動(dòng)隨意選配、升級(jí)、移動(dòng)售后服務(wù)較復(fù)雜，若中控主機(jī)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)癱瘓，并不能用傳統(tǒng)方法控制系統(tǒng)沒有主機(jī)，就像替換普通開關(guān)，并可立即改用傳統(tǒng)方式控制如果家庭主機(jī)出現(xiàn)問題，并不影響下層控制器直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制系統(tǒng)沒有主機(jī)，就像替換普通開關(guān)，并可立即改用傳統(tǒng)方式控制系統(tǒng)沒有主機(jī)，就像替換普通開關(guān)，并可立即改用傳統(tǒng)方式控表212.4智能家居的運(yùn)行工作情況智能家居系

18、統(tǒng)通過把各種傳感器和遙控傳送過來的信息進(jìn)行分析，按照程序設(shè)計(jì)的規(guī)律，對(duì)全家電器進(jìn)行控制。智能家居系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，有起點(diǎn)站也有終點(diǎn)站。這些都是通過各種電子器件和傳感器實(shí)現(xiàn)的。2.5智能家居系統(tǒng)的組成（1） 家居布線系統(tǒng)：家庭智能化的實(shí)現(xiàn)，第一步就要進(jìn)行家庭布線的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，家居布線系統(tǒng)把、有線電視、電腦網(wǎng)絡(luò)、影音系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化控制系統(tǒng)的布線統(tǒng)一規(guī)劃、布局，集中管理，為實(shí)現(xiàn)家居智能化提供網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過家居綜合布線既可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制，又可以做到資源共享，家庭部只需一臺(tái)影碟機(jī)、音響、衛(wèi)星電視接收機(jī)就可以在家庭部每一個(gè)房間觀看電影、享受音樂，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電腦聯(lián)網(wǎng)，共享寬帶服務(wù)，多路任意接聽、

19、轉(zhuǎn)接。而且采用綜合布線，使得家庭部布線系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性和可升級(jí)性，滿足不同用戶現(xiàn)在和未來的需求。（2） 家居安防系統(tǒng)：人們對(duì)于安防系統(tǒng)的要求越來越高，家居安防系統(tǒng)可以有效的利用技防手段來實(shí)現(xiàn)安全防。家居安防系統(tǒng)包括防盜、防燃?xì)庑孤?、防火等功能，同時(shí)可遠(yuǎn)程監(jiān)控，便得住戶可以遠(yuǎn)程通過網(wǎng)絡(luò)或隨時(shí)了解家庭部情況，可監(jiān)聽、監(jiān)視或者監(jiān)視聽家庭部情況。（3） 家庭自動(dòng)化系統(tǒng)：智能家居的主體在于家庭自動(dòng)化，將來家庭自動(dòng)化的主體是家電、照明等電氣設(shè)備的控制。家庭自動(dòng)化系統(tǒng)能夠通過集中或者分布式控制家庭部照明或者家電，住戶可以通過網(wǎng)絡(luò)或者遠(yuǎn)程控制家庭部設(shè)備。家居自動(dòng)化系統(tǒng)是將來智能家居的主要發(fā)展方向。（4）

20、家庭體驗(yàn)系統(tǒng)：人們對(duì)生活體驗(yàn)的要求越來越高，對(duì)家庭部影音系統(tǒng)、家庭部環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境等的需求也越來越高，用在這方面的消費(fèi)支出也將越來越高，將來的家居智能化也會(huì)更多的滿足人們這些消費(fèi)2.6智能家居結(jié)構(gòu)模擬圖智能家居結(jié)構(gòu)模擬圖 圖21智能家居控制系統(tǒng)原理圖 圖2-23方案選擇3.1智能家居控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制；微機(jī)控制；PLC控制。（1）PLC智能化高，邏輯控制可靠度高，具有通訊功能，占體積小，功耗小，輸入輸出不具有隔離功能，一個(gè)部件損壞，影響整體功能。（2）繼電器，動(dòng)作有壽命限制，一個(gè)元件故障可能造成整個(gè)系統(tǒng)崩潰，會(huì)將故障擴(kuò)大化，成本最低，也最容易被偽劣產(chǎn)品冒充，可維修度最高

21、，同時(shí)維修成本也低。（3）微機(jī)控制，成本比PLC低,邏輯針對(duì)性高，所以要在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)非常了解的時(shí)候才會(huì)使用，智能化比PLC高，專業(yè)應(yīng)用的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)的功能要比PLC多，具有安全性可靠性最高的特點(diǎn)，輸入輸出信號(hào)還可以實(shí)現(xiàn)一體化隔離，通訊組態(tài)模式最多。開發(fā)周期最長(zhǎng)，一旦要有變化修改比較麻煩。一旦實(shí)現(xiàn)自有批量生產(chǎn)，如果不包括軟件附加值，成本甚至比繼電器控制還要低。3.2.2智能家居 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在智能家居控制中采用PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能家居運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高；去掉了大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化；PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能；PLC可以

22、進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示。提高運(yùn)行安全性，并便于檢修；更改控制方案時(shí)不需要改動(dòng)硬件接線。最為重要的是隨著智能家居的發(fā)展，更新添加設(shè)備不需要過多費(fèi)用。3.4方案的確定通過比較取舍，本設(shè)計(jì)采用PLC和多種其他設(shè)備組成的控制系統(tǒng)，可編程控制器（PLC）負(fù)責(zé)處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系。從而向各個(gè)無線收發(fā)套件發(fā)出起，停等信號(hào)。同時(shí)傳感器也將工作狀態(tài)信號(hào)送給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。它是系統(tǒng)核心。無線收發(fā)套件實(shí)現(xiàn)各個(gè)電電路通斷與實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使環(huán)境達(dá)到理想狀態(tài)。部分器件需要通過與電動(dòng)機(jī)同軸連接的完成操作。各種傳感器傳來信息，具體精確度通過對(duì)可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。通過各種傳感器的信息，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自鎖和

23、反饋，更加適合設(shè)計(jì)的理念。4智能家居控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖414.2電機(jī)的選擇電機(jī)按電源供電方式可分為四種：1、交流供電式電機(jī)。 普通窗簾電機(jī)，特點(diǎn)是功率大，馬力大。缺點(diǎn)是耗電大、噪音大、震動(dòng)大、不節(jié)能，只能用于直軌道。主要應(yīng)用于工程。2、直流供電式電機(jī)。 相對(duì)交流電機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是體積小，振動(dòng)小，噪音小，耗電小。缺點(diǎn)是馬力小。主要應(yīng)用于家庭和賓館。3、電池供電式電機(jī)。 近幾年發(fā)展起來的一種新型電機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是：采用普通干電池供電，耗電是普通電機(jī)的1/2000，節(jié)能環(huán)保，8節(jié)普通電池可以用1-2年，在歐洲、美洲、澳洲這幾年得到大量的推廣。4、太陽能供電式電機(jī)。 完全采用太陽能電池供電，

24、完全綠色產(chǎn)品，更加節(jié)能環(huán)保，電力完全來自于太陽的能量。充一天電，沒太陽也能用一個(gè)月，壽命10年以上。是世界上最新的電機(jī)。目前在歐洲、美洲、澳洲得到很大的應(yīng)用。 綜合上面的電機(jī)類型和我們的設(shè)計(jì)概念我們最終選擇使用直流供電式電機(jī)，因?yàn)樗w積小，振動(dòng)小，噪音小，耗電小。在直流電機(jī)仲我們選擇直流減速電機(jī)ZJ20087-05,直流減速電機(jī)即齒輪減速電機(jī),是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上,加上配套齒輪減速箱.齒輪減速箱的作用是,提供較低的轉(zhuǎn)速,較大的力矩.同時(shí),齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩.這大大提高了。表41 性能參數(shù)表型 號(hào)Type額定電壓VoltV空載 No load負(fù)載 Load制動(dòng)Brea

25、k電流CurentA轉(zhuǎn)速Speed r/min轉(zhuǎn)向Rotation電流CurentA轉(zhuǎn)矩TorqueNm轉(zhuǎn)速Speedr/min電流CurentA轉(zhuǎn)矩Torque NmZJ20087-02123100120CCW8.53849616030CW8.5384100ZJ20087-03241.51601844.431431609030ZJ20087-04360.450CW11.546ZJ20087-052415156CW2.934751ZJ20087-06241.5151179CW531471734.3無線收發(fā)套件的選擇無線收發(fā)套件中的接收模塊有兩種輸出方式，鎖存（L4）和非鎖存（M4)。鎖存和非鎖

26、存的區(qū)別：鎖存方式是發(fā)射器有發(fā)射時(shí)，接收端有數(shù)據(jù)輸出，發(fā)射器停止發(fā)射后輸出端數(shù)據(jù)仍然保持（鎖存），直到下一次發(fā)射器發(fā)射時(shí)輸出端數(shù)據(jù)被刷新并保持。非鎖存方式則是發(fā)射器有發(fā)射時(shí)，接收端有數(shù)據(jù)輸出，發(fā)射器停止發(fā)射后，接收端沒有數(shù)據(jù)輸出。技術(shù)指標(biāo)工作電壓：5VDC工作電流：5mA接收頻率：315MHz接收方式：超再生接收靈敏度：-103dBm解碼芯片：PT2272-M4（L4），有四路并行數(shù)據(jù)輸出，一路解碼有效指示輸出（非鎖），八位三態(tài)地址碼解碼有效時(shí)輸出TTL高電平輸出方式：有兩種，一種為非鎖（M）方式（即點(diǎn)動(dòng)或脈沖方式），另一種為互鎖（L）方式（即信號(hào)鎖存方式）接收模塊外形尺寸：49207mm綜合

27、我們的設(shè)計(jì)概念選擇四路的非鎖存的無線收發(fā)套件，因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜，而且滿足我們的要求。4.4濕度傳感器的選擇Honeywell公司的HIH3610濕度傳感器是為大批量OEM設(shè)計(jì)，具有濕度儀表級(jí)測(cè)量性能，低成本，SIP封裝。線形放大電壓輸出，驅(qū)動(dòng)電流200微安，器件一致性好3。特點(diǎn)：濕度傳感器HIH3610主要性能： （1）熱固性聚合物電容濕度傳感器，帶集成信號(hào)處理電路 （2）3針可焊塑封 （3）寬量程：0100RH非凝結(jié)，寬工作溫度圍4085（4）高精度：2RH，極好的線形輸出（5）5VDC恒壓供電，0.8-3.9VDC放大線形電壓輸出（6）低功耗設(shè)計(jì)200微安驅(qū)動(dòng)電流（7）激光修正互換性 （8）

28、快速響應(yīng)15秒（9）穩(wěn)定性好，低溫漂，抗化學(xué)腐蝕性能其引腳如圖3-2所示：HIH3610引腳圖 圖4-2 4.5可燃性氣體和煙霧檢測(cè)傳感器的選擇圖4-3MQ-2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖1 所示(結(jié)構(gòu)A orB),由微型AL2O3 瓷管、SnO2 敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個(gè)用于信號(hào)取出，個(gè)用于提供加熱電流。MQ-2型傳感器的特性與主要技術(shù)指標(biāo) (1)MQ-2型傳感器的一般特點(diǎn) (a)MQ-2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感。 (b)MQ-2

29、型傳感器具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定， 響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。 MQ-2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 (d)電路設(shè)計(jì)電壓圍寬，24V以下均可；加熱電壓50.2V。 (2)MQ-2型傳感器的特性參數(shù) (a)回路電壓：(Vc) 524V (b)取樣電阻：(RL) 0.120K(c)加熱電壓：(VH)50.2V(d)加熱功率：(P)約750mW (e)靈 敏 度：以甲烷為例R0(air)/RS (0.1%CH4)5 (f)響應(yīng)時(shí)間：Tres10秒 (g)恢復(fù)時(shí)間：Trec30秒 4.6可編程序控制器(PLC)的選擇4.6

30、.1 FX系列PLC性能比較FX系列PLC性能比較如表42所示表42 FX系列PLC主要產(chǎn)品的性能比較型號(hào)I/0點(diǎn)數(shù)基本指令執(zhí)行時(shí)間功能指令模擬模塊量通信FX0S10301.63.6s50無無FX0N241281.63.6s55有較強(qiáng)FX1N141280.550.7s177有較強(qiáng)FX2N162560.08s298有強(qiáng)4.6.2 FX系列PLC的環(huán)境指標(biāo)FX系列PLC的環(huán)境指標(biāo)如表43所示表43 F X系列PLC的環(huán)境指標(biāo)環(huán)境溫度使用溫度0550C，儲(chǔ)存溫度-20700C環(huán)境濕度使用時(shí)35%85%RH（無凝露）防震性能JISC0911標(biāo)準(zhǔn)，1055HZ，0.5(最大2G),3軸方向各2次(但用D

31、IN導(dǎo)軌安裝時(shí)為0.5G)抗沖擊性能JISC0912標(biāo)準(zhǔn),10G,3軸方向各3次抗噪聲能力用噪聲模擬器產(chǎn)生電壓為1000伏(峰峰值)、脈寬1s、30100Hz的噪聲絕緣耐壓AC1500V,1min(接地端與其他端子間)絕緣電阻5M以上（DC500V兆歐表測(cè)量，接地端與其他端子間）接地電阻第三種接地，如接地有困難，可以不接使用環(huán)境無腐蝕性氣體，無塵埃4.6.3F X系列PLC的輸入技術(shù)指標(biāo)F X系列PLC的輸入技術(shù)指標(biāo)如表44所示表44 F X系列PLC的輸入技術(shù)指標(biāo)輸入端項(xiàng)目X0X3（FX0S）X4X17（FX0S）X0X7（FX0N、1S、1N、2N）X10（FX0N、1S、1N、2N）X0

32、X3（FX0S）X4X17（FX0S輸入電壓DC24V10%DC12V10%輸入電流8.5mA7mA5mA9mA10mA輸入阻抗2.7k3.3 k4.3 k1 k1.2 k輸入ON電流1.5mA以下1.5mA以下3.5mA以上4.5mA以上4.5mA以上輸入OFF電流1.5mA以下1.5mA以下100W30W1.5W/DC24V開路漏電流1mA/AC100V2mA/AC200v0.1mA以下響應(yīng)時(shí)間約10msON：1ms，OFF：10msON：0.2ms、OFF：0.2ms大電流OFF為0.4ms以下電路隔離繼電器隔離光電晶閘管隔離光電耦合器隔離輸出動(dòng)作顯示輸出ON時(shí)LED亮5控制系統(tǒng)主程序設(shè)

33、計(jì)5.1智能家居系統(tǒng)的控制要求智能窗戶 在其他傳感器傳送信號(hào)到來時(shí)候能夠自動(dòng)的開關(guān)窗。2、可燃性氣體和煙霧檢測(cè) 在檢測(cè)到可燃性氣體和煙霧達(dá)到一定濃度時(shí)開啟排氣扇并響警報(bào)自動(dòng)晾嗮衣服 在晚上自動(dòng)把衣服收存起來，將窗戶關(guān)上，要是天氣下雨，自動(dòng)把衣服收存起來。自動(dòng)開關(guān)燈 根據(jù)設(shè)定的亮度，當(dāng)天色暗到設(shè)定的亮度時(shí)自動(dòng)開啟電燈。紅外線感應(yīng) 在夜晚睡覺時(shí)開動(dòng)防盜，紅外線感知開啟，當(dāng)有人經(jīng)過中斷就會(huì)發(fā)出警報(bào)。6、聲控開門 通過聲音來控制門的開啟，拍一下掌門就開了，之后自動(dòng)關(guān)上。點(diǎn)停功能。 每個(gè)電器可以手動(dòng)控制關(guān)閉一些不使用的功能。急停功能 整個(gè)系統(tǒng)能通過一個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)急停，停止整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。5.2 PLC

34、I/O端口分配PLC I/O端口分配如表51所示表51系統(tǒng)I/O接口資源配置表元件名作用元件名作用X000系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)Y000窗戶開關(guān)電機(jī)正轉(zhuǎn)X001窗臺(tái)光敏信號(hào)輸入Y001窗戶開關(guān)電機(jī)反轉(zhuǎn)X002窗臺(tái)濕度信號(hào)輸入Y002晾衣電機(jī)正轉(zhuǎn)X003窗臺(tái)左限位開關(guān)輸入Y003晾衣電機(jī)反轉(zhuǎn)X004窗臺(tái)右限位開關(guān)輸入Y004排氣扇啟動(dòng)X005晾衣外限位開關(guān)輸入Y005警報(bào)啟動(dòng)X006晾衣限位開關(guān)輸入Y006X007窗戶紅外線輸入Y007X010客廳光敏信號(hào)輸入Y010客廳電燈啟動(dòng)X011聲控門信號(hào)輸入Y011門電子鎖輸出X012門口紅外線輸入Y012除濕器啟動(dòng)X013廚房危險(xiǎn)氣體信號(hào)輸入Y013冷氣啟動(dòng)X

35、014客廳濕度信號(hào)輸入Y014X015紅外線信號(hào)啟動(dòng)輸入Y015X016電燈關(guān)閉Y016X017溫度信號(hào)輸入Y017X020點(diǎn)動(dòng)窗戶開關(guān)電機(jī)正轉(zhuǎn)Y020X021點(diǎn)動(dòng)窗戶開關(guān)電機(jī)反轉(zhuǎn)Y021X022點(diǎn)動(dòng)晾衣電機(jī)正轉(zhuǎn)Y022X023點(diǎn)動(dòng)晾衣電機(jī)反轉(zhuǎn)Y023X024系統(tǒng)中斷Y024X025Y025X026Y026以上的信號(hào)輸出皆由無線模塊完成，便于接線。系統(tǒng)運(yùn)行5.3系統(tǒng)程序流程圖否是是否陽光充足否是晾嗮衣服開啟窗戶是否晴天窗戶系統(tǒng)室內(nèi)運(yùn)行安防系統(tǒng)否是是否有阻斷信號(hào)否安防啟動(dòng)否是開啟警報(bào)危險(xiǎn)氣體超標(biāo)開門脈沖是否是否開門信號(hào)否是除濕器開是否潮濕開啟電燈否是亮度是否充足否是收衣服關(guān)閉窗口是否有雨6智能家

36、居控制系統(tǒng)軟件程序6.1智能窗戶程序 在按下啟動(dòng)按鈕后，窗戶自動(dòng)控制當(dāng)感測(cè)判斷是晴天、好的時(shí)候，打開窗戶讓室空氣與外面對(duì)流，同時(shí)自動(dòng)晾衣在開窗后5秒啟動(dòng)把衣服晾出去。當(dāng)在感知為雨天或者不好時(shí)，先判斷是否晾了衣服，若果是就先在衣服收回來后關(guān)上窗戶，如果沒有5秒后自動(dòng)關(guān)窗。圖616.2智能室系統(tǒng)程序 該系統(tǒng)在主要通過電子器件的檢測(cè)來完成的，通過相應(yīng)的電子傳感器送過來的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)其他器件的啟動(dòng)。圖626.3安防系統(tǒng)程序當(dāng)主人睡覺時(shí)按上紅外線啟動(dòng)報(bào)警，當(dāng)有人開門或者開窗時(shí)，打斷紅外線的接收就會(huì)發(fā)出警報(bào)。圖637.4點(diǎn)動(dòng)程序圖64主要功能模塊設(shè)計(jì)7.1光敏電阻仿接線圖原理圖如圖3-3所示。圖7-1光照

37、檢測(cè)電路原理圖工作原理：光敏電阻在有光照的情況下，呈現(xiàn)極小的的電阻，可以看做沒有電阻。電路在白天工作的時(shí)候，光照在光敏電阻上，如圖所示比較器的端的電壓會(huì)是V，而端顯示固定的2.5V，故比較器輸出低電平。當(dāng)電路在黑暗的情況下工作時(shí)，與上面相反，端的電壓這個(gè)時(shí)候由于光敏電阻的阻值近似無限大，所以輸出近似0V的電壓，端依舊是2.5V，所以電路的OUT端輸出高電平，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。正常工作的時(shí)候是在無光照的情況下產(chǎn)生并發(fā)送一個(gè)高電平7. 2溫度時(shí)間仿真仿接線圖 家居溫度檢測(cè)模塊（1）DS 18B20簡(jiǎn)介利用DS-18B20 數(shù)字溫度傳感器，對(duì)室溫度進(jìn)行檢測(cè)。該傳感器獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信 多

38、點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源 測(cè)量溫度圍為-55 C至+125 。華氏相當(dāng)于是-67 F到257華氏度-10 C至+85 C圍精度為0.5 C。DS18B20引腳定義： (1)DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (2)GND為電源地； (3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 DS18B20部結(jié)構(gòu)圖數(shù)碼管引腳圖（2）測(cè)量原理：DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820一樣，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖所示。

39、圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。DS18B20測(cè)溫原理框圖

40、 在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。（3）仿真圖圖7-2 DS18B20與單片機(jī)的連接當(dāng)溫度超過30時(shí)，蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警。（4）單片機(jī)C語言程序:/*必要操作：連接傳感器DS18B20到U6*/#pragma db code#include#include INTRINS.H#define BUSY1 (DQ1=0) /定義bus

41、y信號(hào)sbit LED_0=P10;/定義數(shù)碼管控制腳為P1口的0-3腳sbit LED_1=P11;sbit LED_2=P12;sbit LED_3=P13;sbit sounder=P17;sbit DQ1=P35;/定義18B20單總線引腳void display(unsigned char d1,unsigned char d2,unsigned char d3,unsigned char d4);/聲明顯示函數(shù)void ds_reset_1(void);/聲明18B20復(fù)位函數(shù)void wr_ds18_1(char dat);/聲明18B20寫入函數(shù)void time_delay(

42、unsigned char time);/聲明延時(shí)函數(shù)int get_temp_1(void);/聲明18B20讀入溫度函數(shù)void delay(unsigned int x);/聲明延時(shí)函數(shù)void read_ROM(void);/聲明18B20讀ROM函數(shù)int get_temp_d(void);/聲明獲取溫度函數(shù)void ds_init(void);/聲明18B20初始化函數(shù)void ds_getT(void);/聲明18B20獲得溫度顯示值函數(shù)/*定義數(shù)碼管段碼=0-9=A-G=*/unsigned char a16=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x9

43、2,0 x82,0 xf8, 0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e; /共陽極數(shù)碼管的段碼0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F/*以下定義各種變量*/unsigned char ResultSignal;int ResultTemperatureLH,ResultTemperatureLL,ResultTemperatureH;unsigned char ROM8;unsigned char idata TMP; unsigned char idata TMP_d; unsigned char f; unsig

44、ned char rd_ds18_1();unsigned int TemH,TemL;/溫度的整數(shù)部分和小數(shù)部分unsigned int count;/定義小數(shù)計(jì)算部分void main() int aa=0; sounder = 1;ds_init();/18B20初始化 while(1) ds_getT();/使用該函數(shù)獲得溫度，整數(shù)部分存儲(chǔ)到TemH，小數(shù)部分存儲(chǔ)到count的低8位if(TemH=50)aa+;if(aa100)sounder = 0; display(TemH/10)%10,TemH%10,(TemL/10)%10),(TemL%10);/溫度發(fā)送到數(shù)碼管顯示 7.3聲控開門接線圖集成運(yùn)算塊FC52與其外圍元件組成高增益音頻放大器。由7MY23A雙與非門（圖中F1、F2）等組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。晶體管BG將觸發(fā)器輸出的脈沖進(jìn)行放大，帶動(dòng)繼電器J0工作，以便控制門的開關(guān)。圖中壓晶體揚(yáng)聲器Y能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)并加到運(yùn)放塊的反向輸入端。R1、R2組成分壓電路，因其阻值一樣，所以FC52的同相輸入端“3”腳就等于接在電源的1/2處，這久使得本在雙電源狀態(tài)下工作的集成電路也可以在單電源的電路中正常工作，同時(shí)使其輸出端“6”腳也能工作在電源電壓的1/2處。R3是反饋電阻，改變其阻值，可以改變運(yùn)放聲的放大倍數(shù)，R3增大，放