系统PLC智能家居设计.docx

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系统PLC智能家居设计

【关键字】系统

基于PLC的智能家居控制系统设计

摘要：

我们现在使用的家居设备大部分采用人工关闭方式，不具有自动防盗、防雨、防煤气中毒等人性化的功能；本设计采用三菱PLC和多种传感器实现对智能家居常规控制的基础上，利用PLC可编程控制器发出的脉冲信号构成全家的智能控制管理，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、方便、容易扩展的特点，能更加好的完成复杂的智能化控制任务。

这个设计理念为解决人民生活节奏加快，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

DesignaccordingtothePLCintelligencehomecontrolsystem

Summary:

Thehomeequipmentsthatweusenowheavypartadoptionartificialclosesaway,don'thaveautomaticallyguardagainsttheft,defendrain,keepgaspoisoningetc.fromhumanizingoffunction;Weusuallyforgottocloseawindowwhilegoingout,therainwaterwouldgetintotheindoorandbroughtotiosedamagetotheproducts,suchaselectricappliancesanddecoration...etc.oftheindoorwhilerunningintoraining.Weusuallychasewindowpassdeadwhilegoingtobedintheevening,oncegasoccurrenceleak,becauseoftheindoorairtightresultintosuffocatepoisonedtoremnants,causedeathofaffairshaveoccurrence.ThisdesignadoptsMitsubishiPLCandvarietytospreadthefeelingmachine'srealizationcontrolstotheintelligencehomenormalregulationsoffoundationup,makeuseoftheprogrammablecontrollerofPLCsendsoutofthepulsesignalconstitutetheintelligenceofwholefamilycontrolmanagementandcarryoutintelligencehome.ThethiskindofadoptionPLCandvarietyspreadsthesystemoffeelingmachinecomposingtohaveaccurate,convenience,easilyexpandofcharacteristics,canbettercompletionthecomplicatedintelligenceturntocontrolatask.

Keyword:

PLC;Spreadafeelingmachine;Theintelligenceishome

1引言………………………………………………………………………………

（1）

1.1可编程序控制器（PLC）概述…………………………………………………

（2）

2智能家居设备简介………………………………………………………………（8）

2.1智能家居的定义及发展………………………………………………………（8）2.2我国智能家居发展状况………………………………………………………（9）

2.3智能家居技术发展趋势………………………………………………………（14）

2.4智能家居的运行工作情况……………………………………………………（15）

2.5智能家居系统的组成…………………………………………………………（15）

2.6智能家居结构模拟图…………………………………………………………（16）

2.7智能家居系统原理图…………………………………………………………（17）

3方案选择………………………………………………………………………（17）

3.1智能家居控制系统主要的三种控制方式……………………………………（17）

3.2智能家居PLC控制系统的特点和优点………………………………………（18）

3.2.2PLC控制系统的优点………………………………………………………（19）

3.3智能家居系统各部分的选择…………………………………………………（19）

3.4方案的确定…………………………………………………………………（20）

4智能家居系统硬件设计………………………………………………………（21）

4.1控制系统结构框图……………………………………………………………（21）

4.2电机的选择……………………………………………………………………（21）

4.3无线收发套件选择……………………………………………………………（22）

4.4湿度传感器的选择……………………………………………………………（23）

4.5可燃性气体和烟雾检测传感器的选择………………………………………（23）

4.6可编程序控制器（PLC）选择…………………………………………………（24）

4.6.1FX系列PLC性能比较………………………………………………………（25）

4.6.2FX系列PLC的环境指标…………………………………………………（25）

X系列PLC的输入技术指标……………………………………………（25）

4.6.4FX系列PLC的选择………………………………………………………（26）

5控制系统主程序设计…………………………………………………………（27）

5.1智能家居系统的控制要求……………………………………………………（27）

5.2PLCI/O端口分配……………………………………………………………（27）

5.3系统程序流程图………………………………………………………………（29）

6智能家居控制系统软件程序…………………………………………………（30）6.1智能窗户程序…………………………………………………………………（30）

6.2智能室内系统程序……………………………………………………………（30）6.3安防系统程序…………………………………………………………………（31）6.4点动程序………………………………………………………………………（31）7主要功能模块设计……………………………………………………………（31）

7.1光敏电阻仿接线图……………………………………………………………（31）

7.2温度时间仿真仿接线图………………………………………………………（32）

7.3声控开门接线图………………………………………………………………（33）

7.4红外线接线图…………………………………………………………………（33）

7.5可燃性气体检测线图…………………………………………………………（34）

7.6晾衣服驱动简化图……………………………………………………………（35）

8结论……………………………………………………………………………（36）致谢………………………………………………………………………………（37）

参考文献…………………………………………………………………………（38）

基于PLC的智能家居控制系统设计

1引言

中国经济经过30年的高速发展，居民的生活水平和消费能力有了很大提高，新需求的增长以及信息化对人们传统生活的改变，让许多人尤其是先富起来的一部分人，对智能家居的需求日益强烈。

由此，智能化小区建设近年来也是如火如荼，“智能家居”更是被炒得炙手可热。

连续13年蝉联世界首富的微软创始人比尔?

盖茨，对智能家居情有独钟，从1990年开始，花了七年时间，耗资6000万美元，建造了一幢智能化豪宅。

但现实生活中，对大多数人来说，这种梦幻般的生活是触摸不到的。

但它向我们预示了一个令人向往的未来，那就是智能家居时代!

电力电子技术的发展、微电子技术的革新、控制理论的进步给智能家居的发展带来了契机，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（PLC：

ProgrammableLogicController）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。

传统的电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）控制系统，就像一张无形的网络，把所有能控制的电器以一定的结构有机的组合起来，形成了一个整体，通过这个管理系统，用户可以用遥控、场景、定时、远程、电脑等多种控制方式实现对电器的智能管理与控制。

以及实现电器的场景控制与管理，从而达到智能电器系统的节能、环保、舒适、方便的功能。

由于可编程控制器（PLC：

ProgrammableLogicController）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。

1.1可编程序控制器（PLC）概述

）的产生

PLC可编程序控制器

：

PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是；一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：

1.早期的PLC（60年代末—70年代中期）

早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。

这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。

它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。

装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。

另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。

在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。

因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。

其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

2.中期的PLC（70年代中期—80年代中，后期）

在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。

美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。

这样，使PLC得功能大大增强。

在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。

在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。

并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。

3.近期的PLC（80年代中、后期至今）

进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。

而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。

这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。

1.向高速度、大容量方向发展

为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。

目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。

PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。

2.向超大型、超小型两个方向发展

当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。

现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。

3.PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力

为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。

这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。

4.增强外部故障的检测与处理能力

根据统计资料表明：

在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。

前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。

因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。

5.编程语言多样化

在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。

除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。

多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。

PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

1.5可编程序控制器（PLC）的分类

根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。

1.整体式PLC

整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。

小型PLC一般采用这种整体式结构。

整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。

基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。

扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。

基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。

整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。

2.模块式PLC  

模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。

模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。

模块装在框架或基板的插座上。

这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。

大、中型PLC一般采用模块式结构。

还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。

叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。

这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。

根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。

1.低档PLC

具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。

主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

2.中档PLC  

除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。

有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。

3.高档PLC  

除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。

高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。

1.小型PLC——I/O点数<256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下4。

2.中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K。

3.大型PLC——I/O点数>2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K。

）的工作原理

可编程控制器（PLC）的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。

PLC与普通微机—样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。

）的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

（1）平均故障间隔时间长。

（2）故障修复时间（平均修复时间）短。

2.通用性强，控制程序可变，使用方便

PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。

用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。

因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

3.功能强，适应面广

现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。

既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

4.编程简单，容易掌握

目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。

既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。

梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。

通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。

同时还提供了功能图、语句表等编程语言。

PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。

与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。

5.减少了控制系统的设计及施工的工作量

由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。

同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。

并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。

6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便

PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。

并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

以三菱公司的F1-40M型PLC为例：

其外型尺寸仅为305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。

现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：

面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24～128点。

）控制智能家居的优点

1.智能家居控制中采用了PLC，系统开发周期短，现场调试容易，可靠性大大提高。

2.能适应各种的运行环境，抗干扰能力强，远高于其他各种机型。

3.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。

4.PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。

用于群控调配和管理，并提高智能家居运行效率。

5.更改控制方案时不需改动硬件接线。

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）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的[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”一书中以很大篇幅描绘他正在华盛顿湖建造的私人豪宅。

他描绘他的住宅是“由硅片和软件建成的”并且要“采纳不断变化的尖端技术”。

经过7年的建设，1997年，比尔﹒盖茨的豪宅终于建成。

他的这个豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速上网的专线，所有的门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制，而且有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技术（特别是计算机技术）、网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。

由社会背景之层面来看，近年来信息化的高度进展，通讯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、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大为增加﹔此外在科学技术方面，由于计算机控制技术的发展与电子信息通讯技术之成长，也促成了智能家居的诞生。

　　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年代中期，将家用电器/通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念。

80年代末，通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信/家电/安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国称为SmartHome,也就是现在智能家居的原型．智能家居最初的定义是这样的：

＂将家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）连接到一个家庭智能系统上，进行集中或异地监视/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楼进行了一定程度的改造，采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务。

智能家居最早沿于英文SmartHome，早先更多提法是HomeAutomation家庭自动化，因为早先涉及的产品都与家庭自动化产品和配件有关，自动化、智能化是其重要特点。

几年前，美国、欧洲和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了“智能住宅”（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化系统上进行集中的或异地的监视、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。

”

　　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。

目前关于智能家居的称谓多种多样，诸如：