基于plc的智能家居系统设计

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1、基于 PLC 的智能家居系统设计基于 PLC 的智能家居系统设计自动化 1205 傅建忠 1070412505摘要自动化 1205 傅建忠 1070412505摘要随着人们生活水平提高和科技水平的进步，人们对于家居的要求越来越高， 日常生活的各方面都朝着数字化、网络化、智能化、人性化的目标发，智能家居正好满足人们这些方面的要求，因此受到极大的关注。 本文设计的智能家居系统不同于一般的自动化产品，从技术层面深刻解读智能化的家居系统，打造真正的安全、舒适、便捷的家居 PLC 控制系统。用 GSM 作为网络媒介和联通个人和家庭网的工具， 通过短信等方式进行远程检测和控制。本文主要基于 PLC 技术对

2、智能家居控制系统进行设计， 主要涉及到的技术有自动控制技术、 通信技术、 计算机技术等， 优化算法， 实现高效率、低成本、易操作的系统。关键字PLC；家庭内组网；GSM 模块；可编程控制器江南大学 傅建忠目录第 1 章 绪论.11.1 概述.11.2 智能家居的研究意义.11.3 智能家居的国内外研究现状 .1第 2 章 系统的总体设计方案.22.1 设计思路.22.2 功能介绍.32.3 主要模块介绍.3第 3 章 硬件设计.33.1智能网关.33.2 PLC 通信模块.43.3 GSM 模块.4第 4 章 软件设计.54.1通信协议.54.2 远程控制软件设计.5参考文献.6江南大学 傅建

3、忠1第 1 章 绪 论第 1 章 绪 论1.1 概述1.1 概述智能家居（英文：smart home, home automation）是以住宅为平台，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、音视频技术将家居生活有关的设施集成， 构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统， 提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境1。智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。物联网（Internet of Things，IoT）被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮2。智能家居就是利用物联网技术把家用电器、照明设备、冰箱空调、防盗系统、消防系统、报警系统

4、、水电系统等通过传感器等联通起来，实现更加安全、高效、便捷。传统的家居，在新时代和新技术的帮助下，仿佛一个活生生的动物一样，不仅能够感知外界的变化，还能“思考”，根据设定的规范或者基于大数据从，自己给出最优的解决方案，极大地改善人们的居住条件，并且还赋予了除了居住之外的其他功能和体验。本文主要基于 PLC 技术对智能家居控制系统进行设计， 主要涉及到的技术有自动控制技术、通信技术、计算机技术等，优化算法，实现高效率、低成本、易操作的系统。 1.2 智能家居的研究意义1.2 智能家居的研究意义随着现代社会的发展，人们的物质水平和精神水平得到了极大的提升。人们的要求也越来越高，尤其是对于科技的普遍

5、使用和科技水平进步的速率加快， 人们对于科技的要求和预期也随之大增，互联网日益普遍，尤其是智能手机的使用，人们将很多功能搬到手机上，终端操作非常方便，人们也非常习惯便捷、简易的操作。同时，随着生活压力和生活节奏的加快，对于精神方面的要求也越来高， 家庭逐渐变成了一个集居住、休闲、办公、娱乐等多功能的处所。日常生活的各方面都朝着数字化、网络化、智能化、人性化的目标发展2。智能家居正好满足人们这些方面的要求，因此受到极大的关注。近年来，主打智能家居的产品很多，可是从总体上来看，行业发展缺少统一标准，产品质量也参差不齐，并且倾向家居自动化，而非智能化3。本文超越一般的自动化产品，从技术层面深刻解读智

6、能化的家居系统， 打造真正的安全、 舒适、 便捷的家居PLC控制系统。 PLC， 即可编程序控制器(Programmable LogicController，GSM(全称为 Global System for Mobile communication)。用 GSM 作为网络媒介和联通个人和家庭网的工具。 1.3 智能家居的国内外研究现状1.3 智能家居的国内外研究现状在很早很早以前，人们就幻想能有一个智能化的建筑，但是囿于当时的生产力和科技水平，这也只能成为一个幻想。1884 年，美国是第一个真正将这一个幻想付诸实践的国家。一直到二十世纪八十年代美国联合科技公司才将这一概念付诸行动。江南大学

7、傅建忠21998 年 5 月份在新加坡举办的“98 亚洲家电与电子消费品国际展览“上推出了 “新加坡模式”的家庭智能化系统4。到 2000 年为止，在新加坡有近三十个社区大约五千户的家庭安装了“家庭智能系统”，美国已有近四万户家庭采用了这一类的“家庭智能系统”5。从 2003 年春节后，韩国三星公司在中韩两国开始同时推出其智能家居系统，通过网络和机顶盒，将家居自动控制、信息家电、安防设备和娱乐信息中心这四部分集合成一个全方位的、面向互联网的家居智能控制网络。我国在2000 年小康型城乡住宅科技产业工程项目实施方案中，将建设智能化小康型示范小区列为国家着重发展项目， 国家投资了十五个亿来支持该项

8、目的实施落实6。 国家非常重视， 胡锦涛在访美期间还参观了比尔盖茨的智能家庭， 感受颇深。社会各界空前关注智能化行业发展，与之相关产业也大力发展，如物联网、通信等，李克强总理 2015 年还点名中国网速太慢，网费太贵。我国智能家居的发展道路有一定的特殊性，其智能化是由智能小区和家庭安全防护系统逐步发展演变而来7。2000年， 我国在小康型城乡住宅项目实施方案中将建造智能化示范小区列入国家大力发展项目，这就促使我国的智能化建设的重点方向是从智能大厦建设向智能住宅小区、 智能化家居系统建设发展8。2006 年 8 月 25 日在北京召开的 “国际智能家居高峰论坛”上， 与会专家们共同讨论了中国智能

9、化家居未来的发展方向。 相关专家指出， 在中国，智能化家居也有了初步发展，但远不如想象中乐观， 虽然投资金额和数量有着惊人的增长，但是工程质量却名不副实，需要意识到我国智能家居还有很大的努力空间9。第 2 章 系统的总体设计方案第 2 章 系统的总体设计方案2.1 设计思路2.1 设计思路将智能家居分为三个层次，分别定义为感知层、 网络层和应用层三个层次，从物到人。2.1.1 感知层2.1.1 感知层感知层为家庭内各个需要观测的对象或者指标通过传感器来感知， 实现准确、 快读地采集各项需要的内容。 感知的内容送往网络层，感知层是对底层、最基本的层次。2.1.2 网络层2.1.2 网络层网络层集

10、成了来自感知层的数据、人们设置的参数和要求等，组成家庭网络，和感知层与应用层进行交互。可以通过 WEB 发布在网上或者输送到想要保存的位置。江南大学 傅建忠32.1.3 应用层2.1.3 应用层应用层包含从网络层运送到各种终端设备的传输设备和终端设备， 终端设备可以是手机、电脑，甚至可以是任何一个物体，即物联着人，还可以物联着物。系统地框图见图 1。2.2 智能家居内部组网方案2.2 智能家居内部组网方案网络技术的发展为人们提供了更多的网络传输方式，智能家居系统需要首先需要把感知的信息传送到一个网络层中，方式很多，最主要的组网方案有载波技术、无线技术和现场总线技术。2.2.1 载波技术2.2.

11、1 载波技术用电力线载波来传递信号， 有高压、 中压和低压电力线三种。显然，高压不适用于家居， 低压可以对于家居系统来说，可以采用低压电力线作为信号的传输介质。 稳定性高并且成本低。2.2.2 无线技术2.2.2 无线技术无线技术更加方便，可以绕过障碍物， 安装也十分简单方便，还避免了电线的危险性。目前技术较为成熟，主要有有 WiFi、蓝牙、Zigbee 等。尤其是 WiFi 技术，使用最为普遍，稳定强，速度快，所能覆盖的范围较广。2.2.3 现场总线技术2.2.3 现场总线技术现场总线技术目前应用最广泛，稳定相和抗干扰性非常强， 该总线技术上的每一个节点都是平等的，当一个节点失控，并不会影响

12、其它节点的正常运行，具有安全性能高、控制功能丰富的优点，但是其价格相对较高10。第 3 章 硬件设计第 3 章 硬件设计3.1 智能网关3.1 智能网关智能家居的硬件很多，电表、电线、插座、家用电器等。通过智能家庭网关来管理其他电器。PLC 是一种利用电力线传输数据的通信方式11。 . 以传输电流的电力线作为通信载体，PLC 具有极大的便利性，只要房间里有电源插座便可接入网络，从而江南大学 傅建忠4实现数据传输. 智能家庭网关主要实现网络接入， 实现互联网与室内电力线局域网的融合1213. 而且还有其他很多优点，比如带宽高、结构简单，互联性能好。智能网关硬件系统主要包括：主处理器模块、电力线载

13、波模块、调试接口模块、以太网模块和电源模块.主处理器模块主要负责数据存储、命令控制；电力线载波模块主要负责电力线载波的调制解调与收发；调试接口模块主要用于系统调试和参数设定； 以太网模块，主要负责互联网通信；电源模块负责供电和后备电池切换14。3.2 PLC 通信模块3.2 PLC 通信模块安装有通信设备整机内的通讯模块既负责与其对应的显示板进行通讯，也负责与终端网关进行通讯。 网络交换处理负责接收传来的数据并将数据转化后传给接口,如图 3。业务处理根据通讯协议解析接收到的数据， 并将数据通过接口或接口直接传送给家电板上的。同时将家电传来的数据打包后发送给15。PLC 通信模块放置于需要感知的

14、对象上，然后和网关相连,如图 4.图 3 PLC 通信模块图 4 PLC 模块和网关关系3.3 GSM 系统3.3 GSM 系统GSM 短信模块是一种基于无线 GSM 网络技术的工业级 MODEM(调制解调器)，它内嵌入GSM 无线通信模块、 集成卡槽、 天线及各种外围电路等。 卡槽内插入移动运营商的 SIM卡，就可以建立与移动运营商的短信中心的无线连接的装置。 通过 GSM 短信模块的连接就可以实现主控器与应用系统之间短信的自由收发16。 本系统采用的 GSM 短信模块是己取得国内无线电设备入网证的 SIEMENS 公司推出的 TC35i 模块17， 该模块性价比比较高，并且符合 ETSI 标准的 GSM707 和 GSM70518。TC35i 系列模块是 SIEMENS公