智能家居PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

包世健+江金蘭

摘 ?要：傳統(tǒng)的智能家居以單片機(jī)和ARM為主控器，在系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性上存在很大問題，文章設(shè)計(jì)了以小型PLC為主控器的智能家居系統(tǒng)，通過GSM模塊連接用戶手機(jī)，可極大地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、方便性與可靠性。

關(guān)鍵詞：智能家居;PLC控制器;GSM模塊

中圖分類號(hào)：TP393 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2016）03-0001-01

1 ? 國(guó)內(nèi)智能家居系統(tǒng)的總體環(huán)境

?隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，居民對(duì)其居住環(huán)境的要求越來越高，舒適、方便、高效、安全已經(jīng)成為現(xiàn)代居住環(huán)境的必備條件。傳統(tǒng)建筑只能滿足居民的基本需求，在滿足感上不足以讓對(duì)現(xiàn)代居住環(huán)境要求越來越高的居民滿意。傳統(tǒng)建筑設(shè)備無法對(duì)居住環(huán)境內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制;無法遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)燃?xì)庑孤┖碗娖髌鸹鸬雀鞣N危險(xiǎn);無法遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)住宅的各種環(huán)境信息;無法遠(yuǎn)程向居民手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信等問題。通過基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將家庭智能影院、卡拉OK、防盜報(bào)警、智能窗簾、智能開關(guān)、智能空氣處理等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過綜合布線與智能管理，將原本被動(dòng)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)智慧的具有人文關(guān)懷的情境化結(jié)構(gòu)體系，提供全方位的信息交互功能，讓居住環(huán)境變得靈動(dòng)、智慧、安全、便捷，從而實(shí)現(xiàn)愉悅的生活體驗(yàn)。

?國(guó)內(nèi)智能家居行業(yè)主要是由智能小區(qū)和家庭安全防范系統(tǒng)發(fā)展演變而來的，具有一定的特殊性。近十年，越來越多的企業(yè)、專家開始關(guān)注智能家居行業(yè)，國(guó)家有關(guān)部門也在逐步制定和完善該行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使之能健康發(fā)展。2000年，智能化示范小區(qū)被列入國(guó)家小康型城市住宅項(xiàng)目中的大力發(fā)展項(xiàng)目，使得國(guó)內(nèi)智能建筑從智能大廈走向智能小區(qū)，最后走到每家每戶，這是智能家居必然的發(fā)展路線。2014年召開的“國(guó)際智能家居高峰論壇”上，專家們討論了中國(guó)智能化家居未來的發(fā)展方向。并指出在中國(guó)智能家居已經(jīng)有了初步發(fā)展，但并不樂觀，投入的資金和數(shù)量有驚人的增長(zhǎng)，但是系統(tǒng)工程質(zhì)量不理想，國(guó)內(nèi)的智能家居產(chǎn)業(yè)還有很大的努力空間。

2 ? 智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

?國(guó)內(nèi)外研究智能家居的機(jī)構(gòu)有很多，現(xiàn)有的產(chǎn)品以單片機(jī)或者ARM作為核心控制器的較多。從產(chǎn)品的測(cè)試到系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)研來看，穩(wěn)定可靠是現(xiàn)在智能家居急需解決的問題。PLC在穩(wěn)定性、可靠性與功能上遠(yuǎn)勝單片機(jī)或者ARM，同時(shí)小型PLC在價(jià)格上也可以與普通的控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)。因此，小型PLC與單片機(jī)、ARM進(jìn)行比較更加穩(wěn)定實(shí)用。網(wǎng)絡(luò)的選取上，GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣并具備很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力，在全國(guó)范圍內(nèi)都可以聯(lián)網(wǎng)，不必組建額外的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)智能家居中的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)額不做限定，可以滿足各個(gè)用戶的不同需求;同時(shí)，能實(shí)現(xiàn)設(shè)備與用戶之間的短信通信業(yè)務(wù)，使之成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通信網(wǎng)絡(luò)的首選。系統(tǒng)中PLC與GSM網(wǎng)絡(luò)通過串口進(jìn)行連接，當(dāng)居住環(huán)境中有信息需要傳輸時(shí)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程發(fā)送短信到用戶手機(jī)。

3 ?智能家居PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

? 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是利用PLC控制技術(shù)，將家居設(shè)備自動(dòng)化、家居安全防范技術(shù)和家居環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能集成到一個(gè)綜合管理平臺(tái)上，在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠、節(jié)能環(huán)保和低成本性的同時(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，以提高了居住環(huán)境的方便性、舒適性、安全性和智能性。

智能家居PLC控制系統(tǒng)主要分為居住環(huán)境信息采集傳送、建筑設(shè)備自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)顯示三部分。建筑設(shè)備自動(dòng)控制部分以對(duì)車庫(kù)自動(dòng)門的控制為例，采用PLC作為系統(tǒng)控制核心，電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止等控制由接觸器的主觸點(diǎn)控制，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與相關(guān)的機(jī)械傳動(dòng)裝置相連，從而控制自動(dòng)門的升降與停止。自動(dòng)門關(guān)閉后，用戶在門外用采用手機(jī)信號(hào)、鑰匙將門鎖打開或者用戶在門內(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)，門打開，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。在整個(gè)關(guān)門過程中電機(jī)控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6～7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，可有效的防止電動(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)控制電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)輸出信號(hào)控制電磁鎖工作上鎖。

系統(tǒng)中電流保護(hù)模塊、GSM短信模塊以及PLC模塊分別使用5 V、12 V和24 V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，確保系統(tǒng)供電電源的穩(wěn)定性。

? 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。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?，?dāng)檢測(cè)到含量超標(biāo)時(shí)，發(fā)信號(hào)至PLC，PLC通過GSM短信模塊發(fā)送報(bào)警信息至用戶手機(jī)，從而避免危險(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GSM模塊，通過GSM模塊與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模塊給PLC，從而控制各類電氣設(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模塊進(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GSM模塊命令PLC做出控制，打開電動(dòng)窗戶，排出可燃性氣體，從而實(shí)現(xiàn)家居的安全防范技術(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)，PLC產(chǎn)生中斷事件，執(zhí)行中斷處理程序，中斷子程序進(jìn)行串口通訊發(fā)送報(bào)警短信。同時(shí)，GSM模塊是否有接收到查詢短信會(huì)由主控器PLC循環(huán)檢測(cè)，當(dāng)接收到用戶的查詢狀態(tài)短信時(shí)，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。

GSM模塊采用取得SIEMENS公司推出的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GSM7.07和GSM7.05。TC35i系列模塊是西門子公司推出的基于GSM900移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的OEM模塊，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。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、安全、快速的傳輸數(shù)據(jù)、語音、短消息等信號(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模塊接收到短信息時(shí)，PLC就會(huì)向GSM模塊寫入命令控制字，GSM模塊通過串口向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GSM模塊，GSM模塊再將信息數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶的手機(jī)。

4 ?結(jié) ?語

綜上所述，本設(shè)計(jì)主要基于PLC和GSM技術(shù)，開發(fā)智能家居控制系統(tǒng)，將PLC自動(dòng)控制技術(shù)與GSM遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)融合對(duì)接，以實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)智能家居終端設(shè)備的自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能。主控器PLC主要用于完成發(fā)送和接受數(shù)據(jù)以及解析接收到的短消息數(shù)據(jù)。而系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)部分則用GSM短信模塊來完成。通過GSM模塊接收用戶手機(jī)的消息數(shù)據(jù)和發(fā)送消息到用戶手機(jī)，從而建立用戶手機(jī)和PLC控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王明秋.智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[D].武漢：華中師范大

學(xué)，2006.

[2] 俞健.基于TC35i的移動(dòng)通信終端的研究與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大 ? 學(xué)，2012.