采用DTU與PLC進(jìn)行家電聯(lián)合控制探討

朱集錦　陳宗榕　賴進(jìn)權(quán)　高豪　李宜燊

摘要：智能家電控制正在逐漸成為日常的家庭生活中的重要的幫手，本文通過將物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)手機(jī)控制等系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制的PLC 控制器一起控制小型家電，采用聯(lián)合控制的取得的效果好，能比較準(zhǔn)確的控制相關(guān)設(shè)備的電機(jī)輸出，同時(shí)能提供比較大功率的輸出動(dòng)力，也達(dá)到控制家電、消防系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)，最終達(dá)到比較好的效果。

引言：

進(jìn)入21世紀(jì)后，家電聯(lián)合控制，走向智能控制成為主流的趨勢(shì)，而傳統(tǒng)的控制比較強(qiáng)大的工業(yè)控制器PLC，DCS等的進(jìn)一步升級(jí)，將兩者的信息與物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)。家居的智能化、信息化成為了一種日常的生活，也是當(dāng)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)，智能聯(lián)合控制的目地是為人類的生活提供一個(gè)高效果、便利性強(qiáng)、安全和舒適的居住環(huán)境。

家電聯(lián)合智能控制技術(shù)不僅能給人們一種時(shí)代感，同時(shí)可以節(jié)省出一大部分的時(shí)間，這個(gè)設(shè)計(jì)的聯(lián)合互動(dòng)采用了無(wú)線通訊技術(shù)，將傳統(tǒng)的控制器與現(xiàn)代的手機(jī)操作軟件相結(jié)合，通過移動(dòng)的設(shè)備對(duì)家居中的控制器進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送操作命令的方式，從而能控制家居的有效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的控制要求。

研究現(xiàn)狀分析：1、一類采用傳統(tǒng)的單一控制模塊進(jìn)行控制與分析，通過對(duì)控制模塊的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的控制，馮儷元在家電控制中，采用SST86542R采用了傳統(tǒng)的控制模式 ，將采樣的結(jié)果輸入單片機(jī)里，然后再進(jìn)行輸出控制，但是在采用和輸出方面都沒有詳細(xì)的介紹期過程。李博、尹禮鵬等以STM32103C8T6作為控制的核心，利用了溫度傳感器、人體紅外傳感器、煙霧及可燃?xì)怏w傳感器和再采用液晶顯示器構(gòu)成安防和家居的簡(jiǎn)易家庭控制系統(tǒng)，通過各個(gè)模塊對(duì)一些環(huán)境的因素進(jìn)行了適應(yīng)和信號(hào)進(jìn)行采集，從而得出相應(yīng)的控制要求。

2、采用一些新的技術(shù)相關(guān)信息進(jìn)行互聯(lián)控制，黃曉桃、黃科喬、朱齊媛等通過OneNET結(jié)合手機(jī)Android終端建立了智能家電的開關(guān)，從而通過手機(jī)對(duì)家中的電器進(jìn)行監(jiān)控和控制，但在控制端實(shí)現(xiàn)的智能控制與操作方面不能很好的解決一些需要強(qiáng)力操作的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，比如強(qiáng)有力的消防系統(tǒng)，防盜系統(tǒng)，但控制輸出的功率并不理想。

歐美國(guó)家中，美國(guó)的X10及德國(guó)的EIB系統(tǒng)甚至包括新加坡的8X的系統(tǒng)都有比較成熟的操作系統(tǒng)，他們?cè)陂_發(fā)智能家居方面都走在世界的前列，而我們的相關(guān)研究還處于開發(fā)進(jìn)行階段，還步入比較成熟的控制系統(tǒng)開發(fā)運(yùn)用中去。

本文以DTUE850-DTU（4440-4G）作為控制PLC的連接口，DTU是以串口通訊modbus協(xié)議作為基本的傳送協(xié)議。DTU支持485通訊，協(xié)議以MODBUS為基礎(chǔ)，各品牌PLC自有協(xié)議是不支持的， DTU基本是屬于透?jìng)鳎昧松衔粰C(jī)機(jī)的系統(tǒng)來進(jìn)行接收數(shù)據(jù)以及進(jìn)行分析，傳送中因?yàn)闆]有握手協(xié)議，受網(wǎng)絡(luò)干擾會(huì)很容易丟失數(shù)據(jù)。DTU采用了 modbus協(xié)議，先將 PLC協(xié)議轉(zhuǎn)為modbus協(xié)議，對(duì)技術(shù)人員要求高。采用的透?jìng)鲄f(xié)議，其中采用了輪詢的通訊方式，傳送有限數(shù)據(jù)，延遲比較大，傳送周期需要10S左右。DTU價(jià)格低廉，可以在家庭中進(jìn)行使用。

串口設(shè)備可以通過DTU模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)上指定的服務(wù)器，服務(wù)器同時(shí)也可以通過DTU來發(fā)送數(shù)據(jù)給串口設(shè)備，比較方便的地方是，使用的時(shí)候，不需要關(guān)心串口設(shè)備和GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的通訊過程，只需要簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通訊，在實(shí)際的應(yīng)用中是比較方便的。

而在家電控制方面則采用判斷的形式采用PLC的控制方式來進(jìn)行，通過將人體的紅外傳感器模塊PIR來將數(shù)據(jù)傳入DTU，同時(shí)將測(cè)試的溫濕度DHT11的數(shù)據(jù)送入DTU，同時(shí)將測(cè)試的結(jié)果通過電流的方式返回到電流互感器模塊，如下圖的控制圖：

本設(shè)計(jì)中，DTU的串口與PLC互相之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，同時(shí)，在PLC的控制中，將控制的信號(hào)分別轉(zhuǎn)化為繼電器的輸出，通過繼電器的輸出從而控制電機(jī)，進(jìn)而能夠完成對(duì)家電的智能控制，通過對(duì)家電的溫濕度、窗簾、消防系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)等都進(jìn)行監(jiān)視，將數(shù)據(jù)傳回手機(jī)監(jiān)視視頻。

通過數(shù)據(jù)分析可以看到在控制方面，采用繼電器驅(qū)動(dòng)的明顯高于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的效果。

結(jié)語(yǔ)：

本文通過將PLC的控制單元與物聯(lián)網(wǎng)控制軟件? 結(jié)合到一起，首先將接受到的采樣信號(hào)輸入PLC及手機(jī)的控制接收端同步進(jìn)行接受。對(duì)接受到的信號(hào)，對(duì)于PLC一旦觸發(fā)設(shè)定的界限值，就會(huì)執(zhí)行設(shè)定的動(dòng)作。同時(shí)在手機(jī)端也接受到相同的輸入信息，手機(jī)端將PLC的輸入、輸出信息進(jìn)行監(jiān)控，并顯示出來，當(dāng)顯示出來的信息與我們需要的數(shù)據(jù)不一致的時(shí)候，通過手機(jī)端的輸入，與PLC無(wú)線通訊模塊起作用，通過手機(jī)的wife系統(tǒng)將信號(hào)傳入手機(jī)里從而達(dá)到將手機(jī)與PLC的控制數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)手機(jī)的操作軟件控制家電的控制，在搭建實(shí)驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)信號(hào)存在一定的遲滯，這是PLC與接受信號(hào)及手機(jī)信號(hào)之間的延緩效應(yīng)，通過縮短相關(guān)信號(hào)的傳遞，使信號(hào)更好的服務(wù)于我們的控制系統(tǒng)之中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃曉桃、黃科喬、朱齊媛.基于OneNE的物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)科技.2019.12

[2]馮儷元.單片機(jī)在家電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用.2019

[3] 李博、尹禮鵬. 基于STM32的智能家居的電路與設(shè)計(jì).電子設(shè)計(jì)工程.2020.04