PLC控制下的智能家居安全報警系統(tǒng)設(shè)計

青島恒星科技學院 徐少俊 劉美玲 李月振

隨著人民生活水平的不斷增強，人們對安全防護意識也在逐漸提高。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)專家對智能家居做出介紹，它是以現(xiàn)代化住宅為平臺，是控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)向傳統(tǒng)家居滲透發(fā)展的必然產(chǎn)物。其中，報警系統(tǒng)是智能家居安全系統(tǒng)的一個重要組成部分，其安全性直接關(guān)系整個智能家居安全系統(tǒng)的安全性。在PLC 控制下應(yīng)用智能家居安全報警系統(tǒng)可通過各種傳感器對家居環(huán)境信息進行實時采集，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 智能家居安全報警系統(tǒng)

智能家居安全報警系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分，可以對煤氣泄漏、陌生人闖入和住宅火災(zāi)的發(fā)生等危險實現(xiàn)自動報警，可以有效提高人民的生活質(zhì)量和居住安全。報警系統(tǒng)的主要包括：可以準確無誤地檢測出警情情況；當警情發(fā)生時，可以及時發(fā)送警情信號，并引起蜂鳴器聲響；在報警同時，可以通過GSM模塊為房子主人發(fā)送警情信息，從而使主人有時間及時采取有效的防護措施，降低自己的損失，保護自己的權(quán)益；并且，還可以通過在系統(tǒng)中加入實時時鐘芯片記錄當時時間。

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)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)等形成的一種新型工業(yè)控制裝置，其可以用來取代計數(shù)、記時、繼電器、執(zhí)行邏輯等的順序控制功能，建立起柔性的遠程控制系統(tǒng)。其具有編程簡單、抗干擾能力強、可靠性高、適應(yīng)面廣、使用方便、通用性強等的特點。

2 系統(tǒng)設(shè)計原理

本設(shè)計為PLC 控制下的智能家居安全防護系統(tǒng)，主要由PLC 控制器、實時時鐘模塊、傳感器模塊、鍵盤、GSM 模塊、液晶顯示模塊組成，能有效實現(xiàn)及時接受警情信息，立即報警，并發(fā)出報警短信、記時等。其系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 智能家居安全防護系統(tǒng)框圖

3 總體設(shè)計

關(guān)注生活質(zhì)量的人們對實用性以及多功能性的要求是比較高的，這一點屬于共同的要求，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：安全保護的遠程報警以及家庭環(huán)境的實時檢測等。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行整合，這樣可以保障家居服務(wù)的全套性。當用戶實施遙控的時候，門將會自動打開以及關(guān)閉，窗簾將會自動打開以及關(guān)閉，空調(diào)將會自動打開以及關(guān)閉，如果出現(xiàn)一些氣體泄漏或者非法侵入的情況，其會發(fā)出警報進行報警。

4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

4.1 傳感器模塊

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

本報警系統(tǒng)采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，包括門磁開關(guān)、玻璃破碎報警器、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，并以無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)連接形成一個無線傳感器報警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中以一個與計算機相連、可與任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行通信的無線通信模塊為系統(tǒng)的中心節(jié)點。其余各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將對家居環(huán)境的各種參數(shù)進行采樣和測量，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，并接受中心節(jié)點發(fā)送的命令及數(shù)據(jù)，然后對信息進行分析處理并執(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)點進行收發(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)消耗的能量在整個無線報警網(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)芯片時應(yīng)重點考慮芯片成本、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)處理單元是無線報警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部件，也是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的計算核心，負責控制整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要一個功能強大且低能耗的處理器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采收與處理，使每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都能與無線通信單元進行數(shù)據(jù)交流，管理整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的檢測與運行狀態(tài)。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在智能家居安全報警系統(tǒng)中，主要采取突出事件報告和網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點輪巡機制。中心節(jié)點向每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點每隔一定時間發(fā)送命令，而后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接受信息，向中心節(jié)點回遞信息。如果發(fā)生緊急警情，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點會主動向中心節(jié)點發(fā)送報警報告，再由中心節(jié)點進行信息分析處理并發(fā)出報警信息。

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

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

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

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

6 結(jié)語

本智能家居安全報警系統(tǒng)可以對整個家庭的安全環(huán)境進行實時監(jiān)控，可有效防控煤氣泄漏、火災(zāi)報警、室內(nèi)防盜等問題，利用高科技和自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能的自動化與智能化，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。當然，本設(shè)計也存在著一些不足，還需改進，如可以通過添加新斷電保護電路以提高系統(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)上加入自動關(guān)閉和開啟系統(tǒng)的功能等。