PLC智能家居设计32

{管理信息化物联网}PLC智能家居设计32基于PLC的智能家居监控系统设计摘要：现在使用的家居设备大部分采用手动操作方式，没有自动防盗门、防雨窗、防燃气PLC和各种种传感器来实现在对智能家居常规控PLC发出的脉冲信号构成家用设备的智能控制，从而实现智能家居。而且本着更容易普及这种技术，我们采用PLC、多种传感器构成的系统具准确、方活节奏加快，留下的家居安全问题和家居舒适度问题为重点。关键词：PLC；传感器；智能家居目录1引言………………（1）2智能家居设备简介………………（8）2.1智能家居的概念………（8）2.415）2.5智能家居监控系统组成……………………（15）2.6智能家居结构概图…………（16）2.717）3方案选择………………………（17）3.1智能家居监控系统的控制方式……（17）3.319）3.4方案的确定…………………（20）4智能家居系统硬件设计………（21）4.121）4.221）4.322）4.423）4.523）4.6可编程序控制器(PLC)选择…………………（24）5控制系统主程序设计…………（27）5.127）5.2PLCI/O端口分配……………（27）5.329）6智能家居控制系统软件程序…………………（30）6.130）6.230）6.331）6.431）7主要功能模块设计……………（31）7.131）7.232）7.333）7.433）7.534）7.635）8结论……………（36）参考文献…………（38）基于PLC的智能家居控制系统设计1引言蒸汽机的发明掀起了人类历史迈向工业的新篇章，方便的居住环境，先进的通信设施，完备高效的信息终端，自动、智能的家电，化已然成为一种趋势。展带来了契机，因此，PLC控制技术己成为现代智能家居行业的一个热点。可编程控制器(PLCProgrammableLogicController)是根据顺序逻辑控制的需要而发器都是以个体形式存在，没有系统的管理与控制，而可编程控制器(PLC：ProgrammableLogicController)舒适、方便的功能。由于可编程控制器(PLCProgrammableLogicController)控制系统与其他控制系统相比较具有以下特点(1)系统构成灵活，扩展容易(2)使用方便，编程简单，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。(3)能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强。所以是智能控制家居的首选，能为维护和改进服务提供很好的保障。2智能家居设备简介2.1智能家居的定义及发展智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司（UnitedTechno1ogiesBuildingSystem化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding[智能型建筑],从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。最著名的智能家居要算比尔﹒盖茨的豪宅。比尔﹒盖茨在他的“未来之路一书和软件建成的并且要“采纳不断变化的尖端技术71997年，一个高性能的服务器作为管理整个系统的后台。智能家居是IT的自由化与高层次化、业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、20世纪80年代初,随着大量采用电子技术的家用电器面市,住宅电子化出现。80/通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体后，80术对住宅中各种通信/家电/SmartHome,庭中各种与信息相关的通信设备/家用电器和家庭安防装置，通过家庭总线技术(HBS)/控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调．＂HBS是智能住宅的基本单元也是智能住宅的核心．世界上第一幢智能建筑1984年在美国康涅迪格州出现，当时只是对一座旧式大家居最早沿于英文SmartHomeHomeAutomation”(即智能家居SmartHome)的概念。其目标就是：“将家庭中各种与信息相关的通讯设备，家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术(HBS)连接到一个家庭智能施与住宅环境的和谐与协调。”智能家居(SmartHome)频繁出现在各大媒体上，成了人们耳熟能详的词汇。目前(ElectronicHome)、e-Home、数字家园(Digitalfamily)、家庭自动化(HomeAutomation)、家庭网络(Homenet/NetworksforHome)、网络家居(NetworkHome)、智能化家庭(Inte1ligenthome)等等几十种，尽管名称是五花八门，但它们的含义和所要完成的功能大体是相同的。的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟信息，满足远程控制/监测和交换信息环境保护的需求。各技术基本介绍：1、总线型技术：所有设备通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智线上获得供电（24V/DC的互连和通信，信号传输速率和系统容量则分别为10KBPS和4G。用户。ABB公司的“I-BUS”、奇胜公司的“C-BUS”、“Lonworks”等等。2即利用各种无线标准，如射频（RFIrDA红外线技术、HomeRF协议、Zigbee技术、X2D技术等进行设备间的传输与控制。Zigbee技术和RF线方式实现的智能家居市场将越来越明确。典型厂家：波创公司的“射频（RF）技术、Control4公司的“Zigbee技术、达泰多公司的“X2D技术”等等。3、电力载波技术：即利用现有的电网，两端加以调制解调器，以50Hz或（60Hz120KHz的脉冲为调变波（ModulatingWave传输与控制。(传输一个指令需要0.883s)很大程度的制约了电力载波技术在智能家居行业的发展。典型厂家：上海索博公司的“X-10”技术和“PLCBUS”技术等等。各智能家居技术对比表比较项目总线类无线类电力载波典型技术C-Bus无线射频（RF）ZigbeePLCBUSx10典型厂家奇胜波创Control4上海索博上海索博应用范围主要应用于体育场等楼宇智能化主要应用于办公与小房型住宅适用于住宅与楼宇智能化同时适合于住宅与楼宇智能化在国外广泛应用，较多适用性只适用于未装修户同时适合于已装修与未装修户同时适合于已装修与未同时适合于已装修与未同时适合于已装修与未装修装修户户应用楼宇控制是否需布线需要另外布线无需重新布线无需重新布线无需重新布线无需重新布线双向通信双向通信，可反馈与查询灯或电器的状态与灯亮度单向通信双向通信反馈与查询灯或电器的状态与灯亮度单向通信技术难安装调试需要题专业人员能穿透墙体，无方向性，但因阻碍物材质与厚度的不一样，出现遥控无法控制的“控制死角别大房型或复杂结构房体Zigbee的低特性有效的解决了无线通信传输距离及信号衰减的问题通信传输是以电线为载定性有要求，同时其网络响应速度慢(传输一个指令0.883s)通信传输是以电网稳定性有络响应速度慢(传输一个指令0.883s)开关可选性只能用厂家的面板只能用厂家的面板只能用厂家的面板可选水晶面板或暗藏模块可选西蒙面板或暗藏模块安装调安装调试复杂，安装简单，周期试期周期较长短期短期短短调试要求需要专业人员安装调试一般技术人员一般技术人员一般技术人员一般技术人员技术优不能恢复传统/弱势控制方式移动级、移动级、移动移动售后服务较复杂，若中控主机出现问并不能用传统方法控制系统没有主机，就像替换普通开关，并可立即改用传统方式控制如果家庭主机出现问题，并不影响下层控制器直接对设备进行控制系统没有主可立即改用传统方式控制系统没有主机，就像替换普通改用传统方式控表2—12.4智能家居的运行工作情况有终点站。这些都是通过各种电子器件和传感器实现的。2.5智能家居系统的组成（1）家居布线系统：家庭智能化的实现，第一步就要进行家庭布线的基础控制系统的布线统一规划、布局，集中管理，为实现家居智能化提供网络平台，需一台影碟机、音响、卫星电视接收机就可以在家庭内部每一个房间观看电影、享受音乐，可以实现多台电脑联网，共享宽带服务，多路电话任意接听、转接。不同用户现在和未来的需求。（2）家居安防系统：人们对于安防系统的要求越来越高，家居安防系统可以有情况，可监听、监视或者监视听家庭内部情况。（3）家庭自动化系统：智能家居的主体在于家庭自动化，将来家庭自动化的主制家庭内部照明或者家电，住户可以通过网络或者电话远程控制家庭内部设备。家居自动化系统是将来智能家居的主要发展方向。（4）家庭体验系统：人们对生活体验的要求越来越高，对家庭内部影音系统、越来越高，将来的家居智能化也会更多的满足人们这些消费2.6智能家居结构模拟图智能家居结构模拟图图2—1智能家居控制系统原理图图2-23方案选择3.1PLC控制。（1）PLC智能化高，逻辑控制可靠度高，具有通讯功能，占体积小，功耗小，输入输出不具有隔离功能，一个部件损坏，影响整体功能。（2）继电器，动作有寿命限制，一个元件故障可能造成整个系统崩溃，会将本也低。（3PLC低,逻辑针对性高，所以要在对整个系统非常了解的时候才会使用，智能化比PLC高，专业应用的时候，实现的功能要比PLC多，如果不包括软件附加值，成本甚至比继电器控制还要低。3.2.2智能家居PLC控制系统的优点在智能家居控制中采用PLC，用软件实现了对智能家居运行的自动控制，可靠性大大提高；去掉了大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化；PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能；PLC可以进行故障自动检接线。最为重要的是随着智能家居的发展，更新添加设备不需要过多费用。3.4方案的确定PLC（PLC）负责处理各种信号的逻辑关系。从而向各个无线收发套件发出起，停等信号。同时传感器也将工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系。它是系统核行自锁和反馈，更加适合设计的理念。4智能家居控制系统硬件设计4.1控制系统结构框图图4—14.2电机的选择电机按电源供电方式可分为四种：1、交流供电式电机。能，只能用于直轨道。主要应用于工程。2、直流供电式电机。应用于家庭和宾馆。3、电池供电式电机。机的1/20008节普通电池可以用1-2年得到大量的推广。4、太阳能供电式电机。的能量。充一天电，没太阳也能用一个月，寿命10年以上。是世界上最新的电机。目前在欧洲、美洲、澳洲得到很大的应用。它体积小，振动小，噪音小，耗电小。在直流电机仲我们选择直流减速电机ZJ20087-05,直流减速电机即齿轮减速电机,是在普通直流电机的基础上,加上配套齿轮减速箱.齿轮减速箱的作用是,提供较低的转速,较大的力矩.同时,齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩.这大大提高了。表4—1性能参数表空载Noload负载Load制动Break额定电压电流型号TypeVoltVCurent≤A转速Speedr/min转向Rotation电流转矩CurentTorque≤ANm转速Speedr/min电流Curent≤A转矩TorqueNmZJ20087-CCW8.5384～96

123100～12016030

02CW8.5384～100ZJ20087-241.5160～1844.43143～160903003ZJ20087-360.450CW11.54604ZJ20087-24151～56CW2.9347～5105ZJ20087-241.5151～179CW53147～173064.3无线收发套件的选择无线收发套件中的接收模块有两种输出方式，锁存（L4）和非锁存（M4)。止发射后，接收端没有数据输出。技术指标1、工作电压：5VDC2、工作电流：<5mA3、接收频率：315MHz4、接收方式：超再生5、接收灵敏度：-103dBm6、解码芯片：PT2272-M4（L47、解码有效时输出TTL高电平8、输出方式：有两种，一种为非锁（M互锁（L）方式（即信号锁存方式）9、接收模块外形尺寸：49×20×7mm满足我们的要求。4.4湿度传感器的选择Honeywell公司的HIH3610湿度传感器是为大批量OEM设计，具有湿度仪表级测量性能，低成本，SIP封装。线形放大电压输出，驱动电流200微安，器件一致性好[3]。特点：湿度传感器HIH3610主要性能：（1）热固性聚合物电容湿度传感器，带集成信号处理电路（2）3针可焊塑封（3）宽量程：0～100％RH非凝结，宽工作温度范围–40～85℃（4）高精度：±2％RH，极好的线形输出（5）5VDC恒压供电，0.8-3.9VDC放大线形电压输出（6）低功耗设计200微安驱动电流（7）激光修正互换性（8）快速响应15秒（9）稳定性好，低温漂，抗化学腐蚀性能其引脚如图3-2所示：HIH3610引脚图图4-24.5可燃性气体和烟雾检测传感器的选择图4-3MQ-2气敏元件的结构和外形如图1所示(结构AorB),由微型AL2O3SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有６只针状管脚，其中４个用于信号取出，２个用于提供加热电流。MQ-2型传感器的特性及主要技术指标(1)MQ-2型传感器的一般特点(a)MQ-2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感。(b)MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好。©MQ-2型传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息，例如酒精和烟雾等。(d)电路设计电压范围宽，24V以下均可；加热电压5±0.2V。(2)MQ-2型传感器的特性参数(a)回路电压：(Vc)5~24V(b)取样电阻：(RL)0.1~20K(c)加热电压：(VH)5±0.2V(d)加热功率：(P)约750mW(e)灵敏度：以甲烷为例R0(air)/RS(0.1%CH4)＞5(f)响应时间：Tres＜10秒(g)恢复时间：Trec＜30秒4.6可编程序控制器(PLC)的选择4.6.1FX系列PLC性能比较FX系列PLC性能比较如表4—2所示表4—2FX系列PLC主要产品的性能比较型号I/0点数基本指令执行时间功能指令模拟模块量通信FX0S10～301.6～3.6μs50无无FX0N24～1281.6～3.6μs55有较强FX1N14～1280.55～0.7μs177有较强FX2N16～2560.08μs298有强4.6.2FX系列PLC的环境指标FX系列PLC的环境指标如表4—3所示表4—3FX系列PLC的环境指标环境温度使用温度0～550C，储存温度-20～700C环境湿度使用时35%～85%RH（无凝露）防震性能JISC0911标准，10～55HZ，0.5㎜(最大2G),3轴方向各2次(但用DIN导轨安装时为0.5G)抗冲击性能JISC0912标准,10G,3轴方向各3次抗噪声能力用噪声模拟器产生电压为1000伏(峰－峰值)1цs30～100Hz的噪声绝缘耐压AC1500V,1min(接地端与其他端子间)绝缘电阻5MΏ以上（DC500V兆欧表测量，接地端与其他端子间）接地电阻第三种接地，如接地有困难，可以不接使用环境无腐蚀性气体，无尘埃4.6.3FX系列PLC的输入技术指标FX系列PLC的输入技术指标如表4—4所示表4—4FX系列PLC的输入技术指标输入端X0~X3X4~X17（FX0S）X10~X0~X3X4~X17项目（FX0S）X0~X7（FX0N、1S、（FX0N、1S、（FX0S）（FX0S1N、2N）1N、2N）输入电压DC24V±10%DC12V±10%输入电流8.5mA7mA5mA9mA10mA输入阻抗2.7kΩ3.3kΩ4.3kΩ1kΩ1.2kΩ输入ON电1.5mA以1.5mA以下3.5mA以上4.5mA以上4.5mA以上流下输入OFF电1.5mA以1.5mA以下100W30W1.5W/DC24流下V开路漏电流1mA/AC100V0.1mA以下2mA/AC200v响应时间约10msON：1ms，OFF：10msON：<0.2ms、OFF：<0.2ms大电流OFF为0.4ms以下电路隔离继电器隔光电晶闸管隔离光电耦合器离隔离输出动作显输出ON时LED亮示5控制系统主程序设计5.1智能家居系统的控制要求1、智能窗户在其他传感器传送信号到来时候能够自动的开关窗。2、可燃性气体和烟雾检测在检测到可燃性气体和烟雾达到一定浓度时开启排气扇并响警报3、自动晾嗮衣服4、自动开关灯根据设定的亮度，当天色暗到设定的亮度时自动开启电灯。5、红外线感应在夜晚睡觉时开动防盗，红外线感知开启，当有人经过中断就会发出警报。6、声控开门通过声音来控制门的开启，拍一下掌门就开了，之后自动关上。7、点停功能。每个电器可以手动控制关闭一些不使用的功能。8、急停功能整个系统能通过一个按键来实现急停，停止整个系统的运作。5.2PLCI/O端口分配PLCI/O端口分配如表5—1所示表5—1系统I/O接口资源配置表元件名作用元件名作用X000系统启动信号Y000窗户开关电机正转X001窗台光敏信号输入Y001窗户开关电机反转X002窗台湿度信号输入Y002晾衣电机正转X003窗台左限位开关输入Y003晾衣电机反转X004窗台右限位开关输入Y004排气扇启动X005晾衣外限位开关输入Y005警报启动X006晾衣内限位开关输入Y006X007窗户红外线输入Y007X010客厅光敏信号输入Y010客厅电灯启动X011声控门信号输入Y011门电子锁输出X012门口红外线输入Y012除湿器启动X013厨房危险气体信号输入Y013冷气启动X014客厅湿度信号输入Y014X015红外线信号启动输入Y015X016电灯关闭Y016X017温度信号输入Y017X020点动窗户开关电机正转Y020X021点动窗户开关电机反转Y021X022点动晾衣电机正转Y022X023点动晾衣电机反转Y023X024系统中断Y024X025Y025X026Y026以上的信号输出皆由无线模块完成，便于接线。5.3系统程序流程图窗户系统安防系统6智能家居控制系统软件程序1智能窗户程序危险气体超亮度是否标充足在按下启动按钮后，窗户自动控制当感开窗户5是否阳光知为开启电灯充足上窗户，如果没有5秒后自动关窗。图6—1是否有阻6.2智能室内系统程序是否潮湿该系统在主要通过电子器件的检测来完成的相应的电子传感器送过来的信号来实现对其他器件的启动。图6—2安防启6.3安防系统程序是否有雨当主人开门或者开窗就会发出警报。图6—3是否开门7.4点动程序图6—关闭窗口7、主要功能模块设计7.1光敏电阻仿接线图原理图如图3-3所示。图7-1光照检测电路原理图工作原理：光敏电阻在有光照的情况下，呈现极小的的电阻，可以看做没有电阻。电路在白天工作的时候，光照在光敏电阻上，如图所示比较器的－端的电压会是５V，而＋端显示固定的2.5V，故比较器输出低电平。当电路在黑暗的情况下工作时，与上面相反，－端的电压这个时候由于光敏电阻的阻值近似无限大，所以输出近似0V的电压，＋端依旧是2.5V，所以电路的OUT端输出高电平，产生检测信号。正常工作的时候是在无光照的情况下产生并发送一个高电平7.2温度时间仿真仿接线图●家居温度检测模块（1）DS18B20简介利用DS-18B20数字温度传感器，对室内温度进行检测。该传感器独特的一线接用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源测量温度范围为-55°C至+125-67°F到257华氏度-10°C至+85°C范围内精度为±0.5°C。DS18B20引脚定义：(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20内部结构图数码管引脚图（2）测量原理：DS18B20的读写时序和测温原理与DS18202s减为750msDS18B20测温原理如脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器21和温度寄存器被预置在－55℃所对应1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的2计数到0测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B20测温原理框图在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时I/O线不需要以挂接任意多个DS18B20下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85℃。（3）仿真图图7-2DS18B20与单片机的连接当温度超过30℃时，蜂鸣器自动报警。（4）单片机C语言程序:/*必要操作：连接传感器DS18B20到U6*/#pragmadbcode#include<AT89X52.H>#include"INTRINS.H"#defineBUSY1(DQ1==0)//定义busy信号sbitLED_0=P1^0;//定义数码管控制脚为P1口的0-3脚sbitLED_1=P1^1;sbitLED_2=P1^2;sbitLED_3=P1^3;sbitsounder=P1^7;sbitDQ1=P3^5;//定义18B20单总线引脚voiddisplay(unsignedchard1,unsignedchard2,unsignedchard3,unsignedchard4);//声明显示函数voidds_reset_1(void);//声明18B20复位函数voidwr_ds18_1(chardat);//声明18B20写入函数voidtime_delay(unsignedchartime);//声明延时函数intget_temp_1(void);//声明18B20读入温度函数voiddelay(unsignedintx);//声明延时函数voidread_ROM(void);//声明18B20读ROM函数intget_temp_d(void);//声明获取温度函数voidds_init(void);//声明18B20初始化函数voidds_getT(void);//声明18B20获得温度显示值函数/*定义数码管段码=====0-9=====A-G=====*/unsignedchara[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};//共阳极数码管的段码789ABCDEF/****************以下定义各种变量********************/unsignedcharResultSignal;intResultTemperatureLH,ResultTemperatureLL,ResultTemperatureH;unsignedcharROM[8];unsignedcharidataTMP;unsignedcharidataTMP_d;unsignedcharf;unsignedcharrd_ds18_1();unsignedintTemH,TemL;//温度的整数部分和小数部分unsignedintcount;//定义小数计算部分voidmain(){intaa=0;sounder=1;ds_init();//18B20初始化while(1){ds_getT();//TemHcount的低8位if(TemH>=50)aa++;if(aa>100){sounder=0;}display((TemH/10)%10,TemH%10,((TemL/10)%10),(TemL%10));//温度发送到数码管显示}}7.3声控开门接线图集成运算块FC527MY23A中F