智能家居中PLC控制系統的設計與實現

武 艷（蘇州經貿職業技術學院，江蘇蘇州，215009）

智能家居中PLC控制系統的設計與實現

武 艷
（蘇州經貿職業技術學院，江蘇蘇州，215009）

在互聯網+和工業4.0不斷碰撞融合的大環境下，智能家居產業儼然成為了當前的熱門話題，企業也更加關注如何提升產品的服務質量，以更好的適應用戶的多元化需求。本文設計了基于 PLC 技術和 GSM 技術的智能家居中 PLC 控制系統，實現了PLC對家居智能終端的自動控制、家居環境監測以及遠程預警報告等功能，有效提升了家居系統的穩定性和擴展性。

智能家居；PLC控制系統；軟硬件設計

0 引言

進入互聯網+時代，人們的家居生活也進入智能時代，智能化家居就是在互聯網的影響下出現的物聯化的產物，以住宅為平臺將家中的各種家居設備通過物聯網技術連接到一起，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術進行高效集成，統一由一個終端或者感應系統來控制，構建高效的住宅設施與家庭日常事務的控制管理系統，能夠帶給人全新的家居生活喜愛，讓人們感受最大化的舒適和便捷。當前，智能家居已經被國家作為一種戰略新興產業來培育發展，其未來發展之路，應該以用戶需求為根本出發點，因此，為了推進智能家居更友好、安全、舒適發展，智能家居控制系統作為智能家居的核心，對于智能家居的優化發展具有關鍵影響，文章以PLC控制系統的總體設計為基點，并結合實際應用需求對智能家居PLC控制系統的軟硬件設計進行了詳細闡述，以使得智能家居設計更適應用戶的生活習慣，能夠主動去感知、適應并服務于用戶。

1 智能家居控制系統的總體設計

1.1 系統總體框架

實用、多功能，是注重生活品質的人們的共同要求，也是智能家居系統決勝市場的關鍵，而PLC技術所呈現的優勢性正好滿足了這一需求，為此，本文設計了基于PLC的智能家居控制系統，主要涵蓋了智能家居設備控制、家居環境的實時檢測及安全防護的遠程報警等基本功能。針對用戶需求，將家電、門窗、窗簾、空調、供暖等家居設備整合為一體，提供一整套家居服務，當用戶啟動遠程遙控時，家門會自動打開，窗簾會自動開合，空調會自動開啟，空氣濕度、溫度自動調節，PM2.5會自動凈化，且當發生煤氣泄漏、非法侵入等情況時會自動發出預警報告，以此所設計的PLC控制系統如圖1所示。

1.2 系統功能結構

本文擬構建的智能家居PLC控制系統是基于用戶的實際需求，采用可編程控制器PLC技術和GSM 短信息技術，并運用SMS進行信息交互，可劃分為自動控制模塊、信息采集模塊及遠程控制模塊等三部分。

圖1 PLC控制系統平臺

（1）自動控制模塊：主要是以智能防盜門的自動控制為例，將PLC作為主控制器，借助繼電器的開合控制交流電動機的正反轉和停止，當智能門處于關閉狀態時，用戶的開鎖動作將產生開門信號，PLC在接受該信后，可依據程序執行開門動作并在觸碰門框邊沿時執行關門動作，為了避免電機堵轉，設電流保護模塊，檢測關門過程中主干線路的電流，若超過交流電機的額定功率6-7倍時，該模塊會輸出一個 TTL信號給PLC 的一個輸入端，PLC會通知交流電機執行開門動作，避免電機過載發生故障。

（2）傳感器信息采集模塊：該模塊集成了溫濕度傳感器SHT11、煙霧傳感器 MQ-2、煤氣傳感器 MQ-5 等，各傳感器可采集空氣中的溫濕度、煤煙氣以及PM2.5，并將這些數據信號傳遞給PLC并發送信息至移動終端設備，由用戶根據具體情況作出合理判斷，及時作出相關指令，保證空氣溫濕度的適宜，減少煙霧器過重，及時啟動空氣凈化器進行凈化處理，保證室內環境的舒適、安全。

（3）遠程監測模塊：用戶以微信形式將監測指令傳遞至GSM信息模塊，從而實現與主控制器OPLC之間信息交互，PLC經過指令的解讀，將對家居狀態進行查詢，再經由信息中心傳送至移動終端設備，當相關傳感器檢測到危險信號時，會立即傳遞給PLC主控制器，PLC接收到預警報告后，將迅速與GSM信息模塊進行串口通訊，并經由GSM網絡傳遞給用戶的終端設備，實現家居環境的安全防護。

2 系統硬件設計

2.1 智能防盜門系統硬件設計

（1）電源模塊硬件設計。為保證供電電源的穩定性，需將單相交流進行降壓、整流、濾波、穩壓等處理。本文采用單相橋式整流電路，通過增加兩個二極管連接成“橋”式結構，實現了交流電向直流電的轉換，但尚包含部分波紋，需要進行濾波處理。

（2）控制模塊硬件設計。本文選用歐姆龍的CP1L系列PLC來操控電動機的運行，但PLC與電機直接相連時，需要進行靜電接地和干擾隔離，在輸出端以小型繼電器接入控制電路，繼電器選用歐姆龍MY2N-J，其線圈接點接PLC控制正反轉的輸出點，轉換觸點進行電機控制；同時，以70KTYG齒輪減速永磁同步交流電機作為智能門系統的動力，并依電機轉矩T和轉數n參數要求，技術參數設定為：額定功率20W，額定轉速5r/min，輸出轉矩60kg·cm，且在控制智能門操作時運用行程開關和電磁鎖。

（3）保護模塊硬件設計：為避免智能門電機堵轉并保護系統過電流，本文采用霍爾電流傳感器WCS2702來檢測電流，電流檢測模塊有兩路信號輸出端：采樣電流信號轉換電壓輸出端和TTL高低電平信號輸出端，一旦發生電機堵轉，該模塊會將電壓反饋給PLC輸入端并據此采取相應策略，停止電機轉動。

2.2 傳感器系統硬件設計

該模塊的硬件主要由PLC、溫濕度傳感器SHT11、煤霧氣傳感器MQ-5、煙霧傳感器MQ-2、驅動執行部分等構成。各傳感器多分為電源、接地、高低電平輸出、模擬量輸出等四個端口，當室內環境監測值超過設定值時，有這些端口執行電信號輸出、接入PLC、執行終端程序及發送預警信息等任務，且鑒于輸出電信號比較弱，需要經由前置電路對其進行放大、濾波和電平調整等處理。

2.3 遠程監測系統硬件設計

PLC應用無協議串口通訊方式與GSM信息模塊進行信息交互，并擴展一個CP1W-CIF01 RS-232 通訊板將CP1W-CIF01安裝到CP1L的選件板槽位上，然后將PLC與GSM信息模塊經由 RS-232 串口線連接；同時本系統采用TC35i 模塊作為GSM的無線異步收發模塊，能夠更便捷的與PC 機、單片機或其他帶有串行口的主控器相連。

3 系統軟件設計

3.1 智能防盜門系統軟件設計

自動門系統實現的功能是：自動門根據用戶要求自行開啟、運行、關閉和上鎖，同時運行過程中檢測障礙物，自動門遇到障礙物自動反方向運轉。同時，為防止突發狀況發生，啟用強制停止功能，自動門停止運轉。

3.2 傳感器系統軟件設計

該部分主要是通過各類傳感器來檢測家居環境，當檢測值超過限定值時，PLC 執行中斷程序，進行串口通訊并傳遞預警信息，同時，PLC會持續檢測GSM 信息模塊是否接收到查詢短信，當接收到查詢家居狀態的信息時，會主動獲取傳感器數值，將設計溫濕度、PM2.5、煤霧氣等數據信息傳遞給用戶的移動終端設備。

3.3 遠程監測系統軟件設計

遠程監測系統的軟件設計主要涉及AT命令詳解及PLC串口中斷程序設計，AT 命令是用來配置 MODEM 和軟件共同工作并實現和遠端系統實施通信，發送AT來引起調制解調器構建上位機和短信模塊的連接，發送AT+CMGF=0<回車>，設定PDU 發送模式，發送 AT+CMGS=25<回車>，設置數據包長度，接收，而后就可實現PDU數據包發送；在PLC串口中斷程序設計中，先通過指令進行端口波特率設定，然后在通過指令予以禁止回波功能，減輕其對PLC編程的影響。

4 結語

在移動互聯網發展迅猛的今天，智能家居的出現影響著人們的生活方式和質量，越來越多的消費者對智能家居抱有極大的興趣，也更加關注家居系統的穩定實用性，本文所設計的PLC控制系統正是基于用戶需求而設計，其相對于單片機和 ARM而言，具有可靠性高、抗干擾性強，功能完備的特點，能夠更好的完成復雜的智能化控制任務，進一步提升了系統的性能比，是未來家居系統發展的主流方向。

[1]劉晶.智能家居中PLC控制系統的實現[D].哈爾濱理工大學,2014.

[2]唐義權.基于PLC的智能家居網絡研究[D].寧波大學,2012.

[3]李昊.智能家居PLC控制系統實現研究[J]. 科技創新與應用,2015,23:129.

武艷，女，1980，遼寧北鎮人，講師，研究方向：應用電子。

Design and implementation of PLC control system in smart home

Wu Yan
（Suzhou Institute of Trade and Commerce,Jiangsu Suzhou,215009）

In the Internet + and industry 4 continuous collision integration environment, smart home industry has become a hot topic of the current, companies are more concerned about how to improve the quality of service products, in order to better adapt to the diverse needs of users. This paper designs a PLC control system based on PLC technology and GSM technology to realize the automatic control of PLC, home environment monitoring and remote alarm reporting, and effectively improve the stability and scalability of the home system.

Smart home; PLC control system; Software and hardware design

TP273

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