基于PLC 的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

邵春雨，李春輝

（1.遼寧省送變電工程有限公司，遼寧 沈陽 100020；2.沈陽工學(xué)院 信息與控制學(xué)院，遼寧 撫順 113122）

智能家居控制系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)主頁面、房間控制中心、安全保護(hù)系統(tǒng)人臉檢測(cè)、人臉識(shí)別系統(tǒng)、手機(jī)控制系統(tǒng)等，如圖1 所示。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。本文通過安全和環(huán)保兩個(gè)方面來介紹及闡述。

圖1 智能家居控制系統(tǒng)

安全方面：在門口處安裝攝像頭，開啟時(shí)會(huì)抓拍人臉，并把圖片存在數(shù)據(jù)庫中；在廚房當(dāng)打開點(diǎn)火器時(shí)，可能會(huì)有煤氣漏出，為了保證不會(huì)有意外情況發(fā)生，吸油煙機(jī)自動(dòng)開啟；當(dāng)浴室中熱水器的溫度超過設(shè)定值，廚房側(cè)漏的煤氣值過大或某個(gè)房間起火時(shí)，報(bào)警器會(huì)進(jìn)行報(bào)警，并切斷家庭電源。環(huán)保方面：當(dāng)進(jìn)入屋內(nèi)時(shí)，燈就會(huì)通過光敏傳感器自動(dòng)打開。

1 西門子WinCC軟件的設(shè)計(jì)

軟件適用于WIN10 的專業(yè)版及以上版本，家庭版不推薦安裝。在安裝過程中，博圖V14的安裝較為簡(jiǎn)單一點(diǎn)，西門子WinCC 的安裝較為復(fù)雜，安裝流程按照軟件的安裝提示一步一步進(jìn)行即可。在安裝時(shí)使用默認(rèn)方式，這樣會(huì)使功能更齊全。利用WinCC 虛擬組態(tài)環(huán)境展示幾個(gè)主要部分的控制畫面。

1）智能家居控制系統(tǒng)的主界面

圖2 為智能家居控制系統(tǒng)的登錄界面，通過該界面可以清晰看到運(yùn)用智能算法可以模擬出傳感器的功能，以及舵機(jī)的運(yùn)行、熱水器自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、保持恒溫的狀態(tài)，而且最后設(shè)置了安全防護(hù)系統(tǒng)。

圖2 智能家居控制系統(tǒng)組態(tài)主頁面

2）安全保護(hù)控制畫面

圖3 為房間安全保護(hù)系統(tǒng)開啟的畫面，在檢測(cè)到有危險(xiǎn)出現(xiàn)時(shí)，可以直接切斷房間內(nèi)的水和電，然后降水，實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)的功能。

圖3 安全保護(hù)控制組態(tài)畫面

3）房間控制中心畫面

圖4 是一個(gè)縱覽全過程的畫面，把房屋中需要控制的參數(shù)全部都表示了出來，可以在家通過控制來進(jìn)行直接的體驗(yàn)。

圖4 房間控制中心

2 人臉識(shí)別系統(tǒng)

在安全方面實(shí)現(xiàn)了在門口處安裝攝像頭，開啟時(shí)會(huì)抓拍人臉，并把圖片存在數(shù)據(jù)庫中，可以結(jié)合以下兩個(gè)C++程序完成此功能。

1）調(diào)用攝像頭，并且直接識(shí)別的程序

2）通過計(jì)算人臉來識(shí)別的程序

人臉識(shí)別系統(tǒng)的使用：OpenCV 應(yīng)用的領(lǐng)域很多，本文運(yùn)用在人臉識(shí)別方面，其所提供的視覺處理算法非常豐富，并且部分用C 語言編寫，加上其開源的特性，處理得當(dāng)，不需要添加新的外部支持也可以完整地編譯鏈接生成執(zhí)行程序。因此，很多人以此來做算法的移植。通過把人臉卷積，進(jìn)行計(jì)算，將數(shù)據(jù)庫里面的人臉進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)模糊化。只要把攝像頭采集到的人臉進(jìn)行比對(duì)的模糊化，在模糊化的范圍內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)人臉的識(shí)別。檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 人臉檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)

3 控制環(huán)節(jié)及圖示

通過TIA 博圖軟件編寫控制程序，并結(jié)合SIM仿真完善功能，如圖6～圖8所示。安全保護(hù)系統(tǒng)開啟，在檢測(cè)到有危險(xiǎn)的時(shí)候，可以直接切斷房間內(nèi)的水和電，然后降水，實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)的功能。智能熱水器控制功能是通過對(duì)溫度的控制來實(shí)現(xiàn)的；智能車庫的功能是根據(jù)車距控制門的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。安全防護(hù)檢測(cè)控制程序如圖6所示。

圖6 安全防護(hù)檢測(cè)控制程序

智能熱水器控制程序如圖7所示。

圖7 智能熱水器控制程序

智能車庫控制程序如圖8所示。

圖8 車庫控制程序

4 結(jié)論

基于本文設(shè)計(jì)的模擬平臺(tái)還可以利用大數(shù)據(jù)來分析實(shí)現(xiàn)，結(jié)合人們的移動(dòng)軌跡和習(xí)慣，實(shí)施光線的調(diào)節(jié)，家中所有的家電都可以經(jīng)過系統(tǒng)的平臺(tái)實(shí)施移動(dòng)操控，并且根據(jù)數(shù)據(jù)分析，為智能家居提供完善的智能服務(wù)。如果想要達(dá)到優(yōu)化控制，可以利用硬件構(gòu)成一個(gè)封閉的環(huán)網(wǎng)，通過手機(jī)端來控制。