基于PLC和GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

夏晶晶 劉麗靜

【摘要】? ? 根據(jù)人們?nèi)粘＜揖由钪械膶?shí)際需求，設(shè)計(jì)一種基于PLC和GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。主要對GSM短信收發(fā)模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、遠(yuǎn)程控制窗及遠(yuǎn)程報警器進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。采用PLC編寫了控制和通信程序，并在Android手機(jī)平臺上，利用Eclipse軟件開發(fā)了手機(jī)APP界面，用于用戶與智能家居系統(tǒng)進(jìn)行通信。通過硬件實(shí)驗(yàn)平臺調(diào)試，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的可行性。

【關(guān)鍵詞】? ? GSM無線通信技術(shù)? ? 智能家居? ? PLC? ? Android系統(tǒng)

隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對家居生活環(huán)境要求也越來越高[1-2]。這促使家庭日常生活的各個方面都朝著安全化、智能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的目標(biāo)發(fā)展。智能家居就是在這種大形勢下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居是計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)以及通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，能夠自動控制、管理、監(jiān)測家電設(shè)備，與用戶實(shí)現(xiàn)即時通信。智能家居不僅具備傳統(tǒng)家居的居住功能，還提供了高效安全、溫馨舒適的高品質(zhì)生活環(huán)境，把人們從日常生活的“勞動者”角色中解放出來，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芗揖由畹摹肮芾碚摺保瑑?yōu)化住戶的生活質(zhì)量。

一、系統(tǒng)介紹

本文設(shè)計(jì)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)綜合考慮了日常家庭生活中的實(shí)用性、安全性和可行性等方面，借助PLC技術(shù)、GSM短信技術(shù)和Android技術(shù)搭建而成。控制系統(tǒng)由PLC處理器、GSM短信收發(fā)模塊、移動手機(jī)終端APP和串口通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊四部分構(gòu)成。PLC處理器與GSM信息收發(fā)單元通過串口通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行通信，GSM信息收發(fā)單元與移動手機(jī)終端APP通過GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，各自動化設(shè)備接受PLC處理器控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)工作時，PLC負(fù)責(zé)采集環(huán)境信息、控制自動化設(shè)備，GSM短信收發(fā)單元負(fù)責(zé)發(fā)送和接收監(jiān)控信息，移動手機(jī)終端APP負(fù)責(zé)顯示和發(fā)送監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動。用戶需要向系統(tǒng)發(fā)送控制命令（如開關(guān)窗戶命令）時，只需在移動手機(jī)終端APP中選擇想要控制的自動化設(shè)備和動作，并生成指令、發(fā)送信息即可。終端APP會根據(jù)用戶的選擇自動生成命令代碼，并通過用戶手機(jī)以GSM短消息的形式發(fā)送到GSM短信收發(fā)單元上，再經(jīng)由PLC核心處理器處理命令代碼，最后控制自動化設(shè)備完成業(yè)主的控制命令。PLC核心處理器時刻采集家居環(huán)境信息，而在系統(tǒng)向用戶報警（如火災(zāi)報警）時，通過GSM信息收發(fā)單元向用戶的手機(jī)發(fā)送短信報警。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件由工作部分和調(diào)試部分組成。工作部分即為本系統(tǒng)正常工作時的結(jié)構(gòu)，包括PLC核心處理器、GSM短信收發(fā)模塊、移動手機(jī)控制終端以及串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊和各個家居自動化設(shè)備。

在本設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行時，系統(tǒng)的硬件連接圖如圖2所示。

2.1 GSM短信收發(fā)模塊的硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用ALIENTEK公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款GSM/GPRS開發(fā)板ATK-SIM900A作為智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的GSM短信收發(fā)模塊，該模塊板載了SIMCom公司生產(chǎn)的雙頻GSM/GPRS芯片SIM900A，可以實(shí)現(xiàn)短信息收發(fā)、語音對話等信息傳輸功能[3]。

2.2串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的硬件設(shè)計(jì)

由于PLC自由口通訊是RS-485協(xié)議，而GSM模塊SIM900A通訊協(xié)議是RS-232協(xié)議，因此需使用RS-485與RS-232通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊才能使PLC與GSM模塊通過串口進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)選用較為常用的MAX485芯片搭建RS-485與RS-232通訊轉(zhuǎn)換模塊。

2.3遠(yuǎn)程報警器的硬件設(shè)計(jì)

PLC選用西門子S7-1200，通過PLC的I/O口與各監(jiān)測傳感器連接，通過PLC串口通訊端口發(fā)送家居監(jiān)測狀態(tài)，同時接收遠(yuǎn)程手機(jī)APP的控制命令。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1手機(jī)終端的軟件設(shè)計(jì)

移動設(shè)備手機(jī)終端主要實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的通信和交互等功能，用戶可以通過移動設(shè)備終端實(shí)時接收家居報警信息，同時用戶也可以使用移動設(shè)備終端APP遠(yuǎn)程控制家居自動化設(shè)備，如門窗、空調(diào)等。

本設(shè)計(jì)選擇Android手機(jī)作為智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的終端設(shè)備[4]，使用Eclipse軟件開發(fā)平臺設(shè)計(jì)并制作了一個手機(jī)APP，用來方便用戶與智能家居系統(tǒng)進(jìn)行通信（圖3）。

手機(jī)終端APP程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。程序開始運(yùn)行時，先進(jìn)行初始化操作，主要包括導(dǎo)入程序包、定義變量、尋找組件ID等操作。再讀取用戶選擇的被控家用電器、指令動作、設(shè)定參數(shù)和目標(biāo)號碼等參數(shù)。用戶在點(diǎn)擊“生成短信內(nèi)容”按鈕后，會根據(jù)其各項(xiàng)選擇在界面上顯示生成的指令代碼，再點(diǎn)擊“發(fā)送短信”按鈕后，即向目標(biāo)號碼發(fā)送短信?？刂葡到y(tǒng)在收到短信指令后，立即做出相應(yīng)動作。

3.2 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，控制程序完成遠(yuǎn)程報警器由煙霧報警器、煤氣報警器等各種事故報警器的信號采集，實(shí)時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境信息，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)或煤氣泄漏等安全隱患時，PLC收到報警器發(fā)出的信號，隨后通過GSM模塊給用戶手機(jī)發(fā)送報警短信。

四、結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC和GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及硬件連接圖，并對GSM短信收發(fā)模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、遠(yuǎn)程控制窗和遠(yuǎn)程報警器進(jìn)行了相關(guān)硬件設(shè)計(jì)。利用PLC作為控制器，實(shí)現(xiàn)了PLC與GSM模塊之間的通信，并編寫了PLC控制程序;同時，選擇Android手機(jī)作為智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的終端設(shè)備，并使用Eclipse軟件平臺設(shè)開發(fā)了一個手機(jī)APP軟件，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程控制窗和遠(yuǎn)程報警器的控制界面。通過硬件實(shí)驗(yàn)平臺調(diào)試，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的可行性，有效地解決了傳統(tǒng)以單片機(jī)作為主控器的穩(wěn)定性差、故障率高等問題，為智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用起到一定的促進(jìn)作用。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]康澤威，張曉亞，陳元威.基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2020，20.061：138-139

[2]孫曉葉，李攀，劉穎.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程.2019，⑾：33

[3]甘振華.基于SIM900A的GPRS電能表遠(yuǎn)程采集模塊設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2018，47⑷：32-36

[4]耿祥義，張躍平.Android手機(jī)程序設(shè)計(jì)使用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013