引言

智能家居控制系統(tǒng)就是將用戶家里的電器設(shè)備、門窗、安防系統(tǒng)等整合為一體,通過遠(yuǎn)程遙控家用電器、門窗,在發(fā)生危險時能自動響應(yīng)報警的系統(tǒng)。采用PLC實(shí)現(xiàn)智能家居控制,運(yùn)行安全性高,便于檢修,可靠性強(qiáng):PLC可方便增加或改變控制功能:可實(shí)現(xiàn)故障自動檢測與報警提示。利用PLC實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)控制不僅能降低安裝費(fèi)用,還能提高系統(tǒng)擴(kuò)展性。

1PLC智能家居控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計了一個一體式智能家居控制箱,里面由S7-200PLC、無線路由器、鑲嵌式的海為觸摸屏、模擬量擴(kuò)展模塊EM235、接觸器、配置好的開關(guān)量和模擬量接線端子等部分組成。本系統(tǒng)采用PLCCPU226作為控制器,利用開關(guān)、溫濕度傳感器、煙霧傳感器、天然氣濃度傳感器進(jìn)行信息采集,并將采集的信息傳遞給PLC,PLC根據(jù)室內(nèi)實(shí)際情況,分析處理數(shù)據(jù)傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu),控制房間內(nèi)的電器、插座、門、窗簾和天然氣閥門等設(shè)備狀態(tài)以及反饋運(yùn)行情況,以保證室內(nèi)合適的溫濕度,提高家居的安全性和舒適度。

利用海為觸摸屏畫出房屋布置圖以及相應(yīng)用電設(shè)備的地址,用戶發(fā)出相應(yīng)的指令傳給海為觸摸屏云平臺,通過開關(guān)控制觸摸屏,實(shí)現(xiàn)與PLC通信。PLC接收用戶發(fā)出的指令,進(jìn)行分析處理后傳送給手機(jī)。若檢測到報警信號,會馬上把報警信息傳送給PLC,PLC接到信息,迅速傳送給手機(jī),手機(jī)在線報警并通過連鎖系統(tǒng)切斷相應(yīng)電源,提高家居生活的安全系數(shù),實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控。PLC智能家居控制系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖1所示。

根據(jù)用戶具體需要,本文基于PLC設(shè)計的智能家居控制系統(tǒng)包含以下功能和模塊:

(1）房間照明。對房間的光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時采集,將采集信息發(fā)送給PLC進(jìn)行處理分析,處理后的信息傳遞到相應(yīng)照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以此實(shí)現(xiàn)各房間內(nèi)照明的智能控制,使燈光滿足用戶要求。(2）家居環(huán)境監(jiān)測及安防系統(tǒng)。家居環(huán)境的監(jiān)測主要包括:溫度、濕度、煙霧以及煤氣濃度等。在系統(tǒng)中,通過各種環(huán)境信息的傳感器收集相關(guān)室內(nèi)信息,并傳遞給PLC系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)對收集的信息經(jīng)過處理后,可以完成相應(yīng)的操作和控制。尤其對煤氣及危險氣體超標(biāo)報警進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)控。(3）窗戶控制。通過對房間有無住人、天氣晴雨狀況信息進(jìn)行實(shí)時采集,并將采集到的信息發(fā)送給PLC進(jìn)行處理,然后傳遞到相應(yīng)的窗戶控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)智能窗戶的打開和關(guān)閉,完成窗戶的自動控制。(4）遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測模塊是借助APP海為云平臺實(shí)現(xiàn)移動終端與PLC之間的通信。通過該平臺,用戶可以遠(yuǎn)程隨時監(jiān)控家里家居及環(huán)境實(shí)時狀態(tài)。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1PLC的1/o口分配和硬件接線

系統(tǒng)I/o分配表如表1所示,PLC有6個輸入信號,6個輸出信號,所以選用西門子CPU226系列PLC。I/o分配后進(jìn)行相應(yīng)的硬件接線。

2.2觸摸屏組態(tài)

對觸摸屏進(jìn)行組態(tài),本系統(tǒng)的海為觸摸屏支持以太網(wǎng)通信,只需要把PC端和觸摸屏的IP地址對應(yīng)起來就可以了。通信完后就可以對觸摸屏進(jìn)行組態(tài)了,畫出想要控制的按鈕及控制設(shè)備,定義好在PLC里面已經(jīng)設(shè)好的變量,一一對應(yīng)起來就可以實(shí)現(xiàn)觸摸屏組態(tài)。

2.3PLC與觸摸屏的通信

西門子CPU226這款PLC不支持以太網(wǎng)通信,所以選擇RS-485通信,用選好的串口進(jìn)行對接就可以實(shí)現(xiàn)。PLC與觸摸屏通信采用PPI編程電纜實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對PLC的通信,從而實(shí)現(xiàn)PLC的輸出,以便控制家居設(shè)備。觸摸屏通過TCP/IP協(xié)議與PLC控制器相連,通過觸摸屏操控PLC控制器。在此過程中,用戶通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)訪問自己家居的IP地址,查看家居中采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù),掌握家居中各子系統(tǒng)的運(yùn)行情況,輸入命令控制PLC控制器,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控智能家居系統(tǒng)功能的目的。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖

軟件設(shè)計中主要對窗戶系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和安防系統(tǒng)進(jìn)行了程序設(shè)計,系統(tǒng)程序設(shè)計流程如圖2所示。

3.2軟件編程

以空調(diào)的模擬量溫度PLC控制程序?yàn)槔?編寫溫度控制程序,圖3為空調(diào)的模擬量溫度控制程序。

4網(wǎng)絡(luò)連接

PLC與觸摸屏實(shí)現(xiàn)通信后,就可以用觸摸屏來控制PLC的輸入與輸出了。平臺搭建完畢后,采用家用無線路由器與觸摸屏進(jìn)行通信,只需在PC端對無線路由器1P地址進(jìn)行修改,保證1P地址在同一個網(wǎng)段上,然后手機(jī)下載對應(yīng)的APP海為云就可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)和觸摸屏通信,達(dá)到理想的監(jiān)測控制和在線反饋。

5結(jié)語

本文設(shè)計的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子PLC、海為觸摸屏云平臺和手機(jī)移動通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)了家居的智能化監(jiān)控管理。通過此系統(tǒng),用戶可靈活方便、可靠穩(wěn)定、集中快捷地監(jiān)控管理家居環(huán)境,構(gòu)建一個安全舒適的生活環(huán)境。設(shè)計的系統(tǒng)具有方便的可擴(kuò)展性和可移植性,可以根據(jù)家庭控制點(diǎn)數(shù)不同、客戶需求價位不同來選擇不同品牌與不同型號的PLC和觸摸屏,實(shí)現(xiàn)家居的獨(dú)特定制方案。