智能家居中PLC控制系统的设计与实现

武艳

【摘 要】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.%在互联网+和工业4.0不断碰撞融合的大环境下,智能家居产业俨然成为了当前的热门话题,企业也更加关注如何提升产品的服务质量,以更好的适应用户的多元化需求.本文设计了基于 PLC 技术和 GSM 技术的智能家居中 PLC 控制系统,实现了PLC对家居智能终端的自动控制、家居环境监测以及远程预警报告等功能,有效提升了家居系统的稳定性和扩展性.

【期刊名称】《电子测试》 【年(卷),期】2015(000)024 【总页数】3页(P9-10,44)

【关键词】智能家居;PLC控制系统;软硬件设计 【作 者】武艳

【作者单位】苏州经贸职业技术学院,江苏苏州,215009

【正文语种】中 文 【中图分类】TP273

进入互联网+时代，人们的家居生活也进入智能时代，智能化家居就是在互联网的影响下出现的物联化的产物，以住宅为平台将家中的各种家居设备通过物联网技术连接到一起，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术进行高效集成，统一由一个终端或者感应系统来控制，构建高效的住宅设施与家庭日常事务的控制管理系统，能够带给人全新的家居生活喜爱，让人们感受最大化的舒适和便捷。当前，智能家居已经被国家作为一种战略新兴产业来培育发展，其未来发展之路，应该以用户需求为根本出发点，因此，为了推进智能家居更友好、安全、舒适发展，智能家居控制系统作为智能家居的核心，对于智能家居的优化发展具有关键影响，文章以PLC控制系统的总体设计为基点，并结合实际应用需求对智能家居PLC控制系统的软硬件设计进行了详细阐述，以使得智能家居设计更适应用户的生活习惯，能够主动去感知、适应并服务于用户。 1.1 系统总体框架

实用、多功能，是注重生活品质的人们的共同要求，也是智能家居系统决胜市场的关键，而PLC技术所呈现的优势性正好满足了这一需求，为此，本文设计了基于PLC的智能家居控制系统，主要涵盖了智能家居设备控制、家居环境的实时检测及安全防护的远程报警等基本功能。针对用户需求，将家电、门窗、窗帘、空调、供暖等家居设备整合为一体，提供一整套家居服务，当用户启动远程遥控时，家门会自动打开，窗帘会自动开合，空调会自动开启，空气湿度、温度自动调节，PM2.5会自动净化，且当发生煤气泄漏、非法侵入等情况时会自动发出预警报告，以此所设计的PLC控制系统如图1所示。 1.2 系统功能结构

本文拟构建的智能家居PLC控制系统是基于用户的实际需求，采用可编程控制器PLC技术和GSM 短信息技术，并运用SMS进行信息交互，可划分为自动控制模块、信息采集模块及远程控制模块等三部分。

（1）自动控制模块：主要是以智能防盗门的自动控制为例，将PLC作为主控制器，借助继电器的开合控制交流电动机的正反转和停止，当智能门处于关闭状态时，用户的开锁动作将产生开门信号，PLC在接受该信后，可依据程序执行开门动作并在触碰门框边沿时执行关门动作，为了避免电机堵转，设电流保护模块，检测关门过程中主干线路的电流，若超过交流电机的额定功率6-7倍时，该模块会输出一个 TTL信号给PLC 的一个输入端，PLC会通知交流电机执行开门动作，避免电机过载发生故障。

（2）传感器信息采集模块：该模块集成了温湿度传感器SHT11、烟雾传感器 MQ-2、煤气传感器 MQ-5 等，各传感器可采集空气中的温湿度、煤烟气以及PM2.5，并将这些数据信号传递给PLC并发送信息至移动终端设备，由用户根据具体情况作出合理判断，及时作出相关指令，保证空气温湿度的适宜，减少烟雾器过重，及时启动空气净化器进行净化处理，保证室内环境的舒适、安全。 （3）远程监测模块：用户以微信形式将监测指令传递至GSM信息模块，从而实现与主控制器OPLC之间信息交互，PLC经过指令的解读，将对家居状态进行查询，再经由信息中心传送至移动终端设备，当相关传感器检测到危险信号时，会立即传递给PLC主控制器，PLC接收到预警报告后，将迅速与GSM信息模块进行串口通讯，并经由GSM网络传递给用户的终端设备，实现家居环境的安全防护。 2.1 智能防盗门系统硬件设计

（1）电源模块硬件设计。为保证供电电源的稳定性，需将单相交流进行降压、整流、滤波、稳压等处理。本文采用单相桥式整流电路，通过增加两个二极管连接成“桥”式结构，实现了交流电向直流电的转换，但尚包含部分波纹，需要进行滤波

处理。

（2）控制模块硬件设计。本文选用欧姆龙的CP1L系列PLC来操控电动机的运行，但PLC与电机直接相连时，需要进行静电接地和干扰隔离，在输出端以小型继电器接入控制电路，继电器选用欧姆龙MY2N-J，其线圈接点接PLC控制正反转的输出点，转换触点进行电机控制；同时，以70KTYG齿轮减速永磁同步交流电机作为智能门系统的动力，并依电机转矩T和转数n参数要求，技术参数设定为：额定功率20W，额定转速5r/min，输出转矩60kg·cm，且在控制智能门操作时运用行程开关和电磁锁。

（3）保护模块硬件设计：为避免智能门电机堵转并保护系统过电流，本文采用霍尔电流传感器WCS2702来检测电流，电流检测模块有两路信号输出端：采样电流信号转换电压输出端和TTL高低电平信号输出端，一旦发生电机堵转，该模块会将电压反馈给PLC输入端并据此采取相应策略，停止电机转动。 2.2 传感器系统硬件设计

该模块的硬件主要由PLC、温湿度传感器SHT11、煤雾气传感器MQ-5、烟雾传感器MQ-2、驱动执行部分等构成。各传感器多分为电源、接地、高低电平输出、模拟量输出等四个端口，当室内环境监测值超过设定值时，有这些端口执行电信号输出、接入PLC、执行终端程序及发送预警信息等任务，且鉴于输出电信号比较弱，需要经由前置电路对其进行放大、滤波和电平调整等处理。 2.3 远程监测系统硬件设计

PLC应用无协议串口通讯方式与GSM信息模块进行信息交互，并扩展一个CP1W-CIF01 RS-232 通讯板将CP1W-CIF01安装到CP1L的选件板槽位上，然后将PLC与GSM信息模块经由 RS-232 串口线连接；同时本系统采用TC35i 模块作为GSM的无线异步收发模块，能够更便捷的与PC 机、单片机或其他带有串行口的主控器相连。

3.1 智能防盗门系统软件设计

自动门系统实现的功能是：自动门根据用户要求自行开启、运行、关闭和上锁，同时运行过程中检测障碍物，自动门遇到障碍物自动反方向运转。同时，为防止突发状况发生，启用强制停止功能，自动门停止运转。 3.2 传感器系统软件设计

该部分主要是通过各类传感器来检测家居环境，当检测值超过限定值时，PLC 执行中断程序，进行串口通讯并传递预警信息，同时，PLC会持续检测GSM 信息模块是否接收到查询短信，当接收到查询家居状态的信息时，会主动获取传感器数值，将设计温湿度、PM2.5、煤雾气等数据信息传递给用户的移动终端设备。 3.3 远程监测系统软件设计

远程监测系统的软件设计主要涉及AT命令详解及PLC串口中断程序设计，AT 命令是用来配置 MODEM 和软件共同工作并实现和远端系统实施通信，发送AT来引起调制解调器构建上位机和短信模块的连接，发送AT+CMGF=0<回车>，设定PDU 发送模式，发送 AT+CMGS=25<回车>，设置数据包长度，接收，而后就可实现PDU数据包发送；在PLC串口中断程序设计中，先通过指令进行端口波特率设定，然后在通过指令予以禁止回波功能，减轻其对PLC编程的影响。 在移动互联网发展迅猛的今天，智能家居的出现影响着人们的生活方式和质量，越来越多的消费者对智能家居抱有极大的兴趣，也更加关注家居系统的稳定实用性，本文所设计的PLC控制系统正是基于用户需求而设计，其相对于单片机和 ARM而言，具有可靠性高、抗干扰性强，功能完备的特点，能够更好的完成复杂的智能化控制任务，进一步提升了系统的性能比，是未来家居系统发展的主流方向。

【相关文献】

[1]刘晶.智能家居中PLC控制系统的实现[D].哈尔滨理工大学,2014. [2]唐义权.基于PLC的智能家居网络研究[D].宁波大学,2012.

[3]李昊.智能家居PLC控制系统实现研究[J]. 科技创新与应用,2015,23:129. 武艳，女，1980，辽宁北镇人，讲师，研究方向：应用电子。