采用DTU與PLC進行家電聯合控制探討

朱集錦　陳宗榕　賴進權　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，本文通過將物聯網互聯手機控制等系統與傳統控制的PLC 控制器一起控制小型家電，采用聯合控制的取得的效果好，能比較準確的控制相關設備的電機輸出，同時能提供比較大功率的輸出動力，也達到控制家電、消防系統、防盜系統，最終達到比較好的效果。

引言：

進入21世紀后，家電聯合控制，走向智能控制成為主流的趨勢，而傳統的控制比較強大的工業控制器PLC，DCS等的進一步升級，將兩者的信息與物聯網互聯。家居的智能化、信息化成為了一種日常的生活，也是當今研究的一個熱點，智能聯合控制的目地是為人類的生活提供一個高效果、便利性強、安全和舒適的居住環境。

家電聯合智能控制技術不僅能給人們一種時代感，同時可以節省出一大部分的時間，這個設計的聯合互動采用了無線通訊技術，將傳統的控制器與現代的手機操作軟件相結合，通過移動的設備對家居中的控制器進行讀取數據和發送操作命令的方式，從而能控制家居的有效運行，實現實時的控制要求。

研究現狀分析：1、一類采用傳統的單一控制模塊進行控制與分析，通過對控制模塊的控制從而實現對家電設備的控制，馮儷元在家電控制中，采用SST86542R采用了傳統的控制模式 ，將采樣的結果輸入單片機里，然后再進行輸出控制，但是在采用和輸出方面都沒有詳細的介紹期過程。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、煙霧及可燃氣體傳感器和再采用液晶顯示器構成安防和家居的簡易家庭控制系統，通過各個模塊對一些環境的因素進行了適應和信號進行采集，從而得出相應的控制要求。

2、采用一些新的技術相關信息進行互聯控制，黃曉桃、黃科喬、朱齊媛等通過OneNET結合手機Android終端建立了智能家電的開關，從而通過手機對家中的電器進行監控和控制，但在控制端實現的智能控制與操作方面不能很好的解決一些需要強力操作的動力機構，比如強有力的消防系統，防盜系統，但控制輸出的功率并不理想。

歐美國家中，美國的X10及德國的EIB系統甚至包括新加坡的8X的系統都有比較成熟的操作系統，他們在開發智能家居方面都走在世界的前列，而我們的相關研究還處于開發進行階段，還步入比較成熟的控制系統開發運用中去。

本文以DTUE850-DTU（4440-4G）作為控制PLC的連接口，DTU是以串口通訊modbus協議作為基本的傳送協議。DTU支持485通訊，協議以MODBUS為基礎，各品牌PLC自有協議是不支持的， DTU基本是屬于透傳，利用了上位機機的系統來進行接收數據以及進行分析，傳送中因為沒有握手協議，受網絡干擾會很容易丟失數據。DTU采用了 modbus協議，先將 PLC協議轉為modbus協議，對技術人員要求高。采用的透傳協議，其中采用了輪詢的通訊方式，傳送有限數據，延遲比較大，傳送周期需要10S左右。DTU價格低廉，可以在家庭中進行使用。

串口設備可以通過DTU模塊發送數據到網絡上指定的服務器，服務器同時也可以通過DTU來發送數據給串口設備，比較方便的地方是，使用的時候，不需要關心串口設備和GPRS網絡之間的通訊過程，只需要簡單的參數設置，即可實現串口設備與網絡服務器之間的數據通訊，在實際的應用中是比較方便的。

而在家電控制方面則采用判斷的形式采用PLC的控制方式來進行，通過將人體的紅外傳感器模塊PIR來將數據傳入DTU，同時將測試的溫濕度DHT11的數據送入DTU，同時將測試的結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：

本設計中，DTU的串口與PLC互相之間進行數據的交換，同時，在PLC的控制中，將控制的信號分別轉化為繼電器的輸出，通過繼電器的輸出從而控制電機，進而能夠完成對家電的智能控制，通過對家電的溫濕度、窗簾、消防系統、防盜系統等都進行監視，將數據傳回手機監視視頻。

通過數據分析可以看到在控制方面，采用繼電器驅動的明顯高于數據驅動的效果。

結語：

本文通過將PLC的控制單元與物聯網控制軟件? 結合到一起，首先將接受到的采樣信號輸入PLC及手機的控制接收端同步進行接受。對接受到的信號，對于PLC一旦觸發設定的界限值，就會執行設定的動作。同時在手機端也接受到相同的輸入信息，手機端將PLC的輸入、輸出信息進行監控，并顯示出來，當顯示出來的信息與我們需要的數據不一致的時候，通過手機端的輸入，與PLC無線通訊模塊起作用，通過手機的wife系統將信號傳入手機里從而達到將手機與PLC的控制數據同步，實現手機的操作軟件控制家電的控制，在搭建實驗的過程中，發現信號存在一定的遲滯，這是PLC與接受信號及手機信號之間的延緩效應，通過縮短相關信號的傳遞，使信號更好的服務于我們的控制系統之中。

參考文獻：

[1] 黃曉桃、黃科喬、朱齊媛.基于OneNE的物聯網智能家電控制系統設計 無線互聯網科技.2019.12

[2]馮儷元.單片機在家電控制系統中的應用.互聯網+應用.2019

[3] 李博、尹禮鵬. 基于STM32的智能家居的電路與設計.電子設計工程.2020.04