(物联网)PLC智能家居设计

（物联网）PLC智能家居

设计

南通大学

传感检测课程设计计划实验报告

课题名称：智能家居监控系统设计 姓 名：曹飞 学 号：1012002090

指导教师：王胜锋

实验时间：2013年6月24日至6月27日

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

泄露等具有人性化的功能；本设计利用三菱PLC和各种种传感器来实现在对智能家居常规控制的基础上，利用可编程控制器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

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） 2.4智能家居的运行工作情况……………………………………………………（15） 2.5智能家居监控系统组成……………………………………………………（15） 2.6智能家居结构概图…………………………………………………………（16）

2.7智能家居监控系统原理图……………………………………………………（17） 3 方案选择…………………………………………………………… …………（17） 3.1智能家居监控系统的控制方式……………………………………（17） 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） 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） 5.2 PLC I/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）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，

而网络的出现无疑将信息化深深的烙印在了人类文明的璀璨长卷上。电子信息技术，控制技术的日益提升，社会信息化的逐步加快，促使人们的生活、工作、学习以及通讯的关系日渐紧密，信息化社会在改变人们生活习惯和工作方式的同时，也对我们的传统住宅提出了挑战。环视周遭，我们很容易的发现，人们对家居的要求早已不再只是简单的物质空间，更为关注的是一个高度安全、舒适以及美观方便的居住环境，先进的通信设施，完备高效的信息终端，自动、智能的家电，网络化的资源管理及购物方式等等。现今社会人们日益膨胀的需求使得家居智能化已然成为一种趋势。

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：Programmable LogicController)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：Programmable LogicController)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：Programmable LogicController)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（United Techno1ogies Building System）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Smart Home，早先更多提法是Home Automation 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Smart Home)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(Smart Home)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：电子家庭(Electronic Home)、e-Home、数字家园(Digital family)、家庭自动化(Home Automation)、家庭网络(Home net/Networks for Home)、网络家居(Network Home)、智能化家庭(Inte1ligent home)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。

目前通常把智能家居被定义为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。也就是说，首先，它们都要在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。其次，它们都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟信息，满足远程控制/监测和交换信息的需求。最后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。 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，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电（24V/DC），亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信，信号传输速率和系统容量则分别为10KBPS和4G。

总线型技术比较适合于楼宇和小区智能化等大区域范围的控制，现开始部分

应用于别墅智能化，但一般设置安装比较复杂，造价较高，工期较长，只适用新装修用户。

典型厂家：ABB公司的“I-BUS”、奇胜公司的“C-BUS”、“Lonworks”等等。

2、无线技术：即利用各种无线标准，如射频（RF）技术、IrDA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。 无线技术无需重新布线，安装方便灵活，而且根据需求可以随时扩展或改装，适用于新装修用户和已装用户。随着目前Zigbee技术和RF技术的快速发展，以无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（60Hz）为载波，再以120KHz的脉冲为调变波（Modulating Wave），进行信号的传输与控制。

电力载波技术最大的优势是利用现有的电网，便能简单的实现家居智能化的改造，但是由于其通信传输是以电线为载体，因此对电网稳定性有要求，在国内此电网干扰的问题尤为严重，同时其网络响应速度慢(传输一个指令需要0.883s)，这也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

比较项总线类 无线类 电力载波

目 典型技C-Bus 术 典型厂奇胜 家 主要应用于体应用范育场等楼宇智围 能化 与小房型住宅 化 智能化 同时适合于同时适合于只适用于未装适用性 修户 修与未装修户 装修户 应用楼宇控制 是否需需要另外布线 无需重新布线 布线 线 线 双向通信，可双向通信，可反馈与查询双向通信 反馈与查询灯单向通信 或电器的状态状态与灯亮与灯亮度 度 技术难题 安装调试需要专业人员 能穿透墙体，无方向性，但因阻Zigbee的低功耗、自组网通信传输是以电线为载通信传输是以电线为载体，对双向通信 灯或电器的单向通信 无需重新布无需重新布无需重新布线 户 同时适合于已装已装修与未装修户，并可装修与未装修已装修与未同时适合于已主要应用于办公与楼宇智能住宅与楼宇用，较多 适用于住宅同时适合于在国外广泛应波创 Control4 上海索博 上海索博 无线射频（RF） Zigbee PLCBUS x10

碍物材质与厚度的不一样，出现遥控无法控制的“控制死角”，特别大房型或复杂结构房体 特性有效的解决了无线通信传输距离及信号衰减的问题 体，对电网稳电网稳定性有定性有要求，要求，同时其网同时其网络响应速度慢(传输一个指令0.883s) 可选水晶面络响应速度慢(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 只能用厂家板或暗藏模的面板 块 可选西蒙面板或暗藏模块 安装调试期 调试要求 技术优/弱势 安装调试复安装简单，周期安装简单，周期短 一般技术人安装简单，周期短 一般技术人安装简单，周期短 杂，周期较长 短 需要专业人员一般技术人员 安装调试 不能恢复传统控制方式 一般技术人员 员 员 随意选配、升级、移动 系统没有主系统没有主机，随意选配、升级、移动 随意选配、升级、随意选配、升移动 级、移动 如果家庭主较复杂，若中系统没有主机，控主机出现问售后服题，系统瘫痪，务 并不能用传统用传统方式控制 方法控制 行控制 表2—1

制 接对设备进传统方式控关，并可立即改层控制器直可立即改用就像替换普通开并不影响下普通开关，并机出现问题，机，就像替换就像替换普通开关，并可立即改用传统方式控

2.4智能家居的运行工作情况

智能家居系统通过把各种传感器和遥控传送过来的信息进行分析，按照程序设计的规律，对全家电器进行控制。智能家居系统在运行的过程中，有起点站也有终点站。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设施建设，家居布线系统把电话、有线电视、电脑网络、影音系统、家庭自动化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，通过家居综合布线既可以实现自动化的控制，又可以做到资源共享，家庭内部只需一台影碟机、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。而且采用综合布线，使得家庭内部布线系统具有良好的扩展性和可升级性，满足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效的利用技防手段来实现安全防范。家居安防系统包括防盗、防燃气泄漏、防火等功能，同时可远程监控，便得住户可以远程通过网络或电话随时了解家庭内部情况，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体是家电、照明等电气设备的控制。家庭自动化系统能够通过集中或者分布式控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、家庭内部环境、网络虚拟环境等的需求也越来越高，用在这方面的消费支出也将越来越高，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2-2

3 方案选择

3.1智能家居控制系统主要有三种控制方式：继电器控制；微机控制；PLC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，会将故障扩大化，成本最低，也最容易被伪劣产品冒充，可维修度最高，同时维修成本也低。

（3）微机控制，成本比PLC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，具有安全性可靠性最高的特点，输入输出信号还可以实现一体化隔离，通讯组态模式最多。开发周期最长，一旦要有变化修改比较麻烦。一旦实现自有批量生产，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测与报警显示。提高运行安全性，并便于检修；更改控制方案时不需要改动硬件接线。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

通过比较取舍，本设计采用PLC和多种其他设备组成的控制系统，可编程控制器（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。它是系统核心。无线收发套件实现各个电电路通断及实现平稳操作和精确控制，使环境达到理想状态。部分器件需要通过与电动机同轴连接的完成操作。各种传感器传来信息，具体精确度通过对可调电阻的调节实现。通过各种传感器的信息，对系统进行自锁和反馈，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—1

4.2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。

普通窗帘电机，特点是功率大，马力大。缺点是耗电大、噪音大、震动大、不节能，只能用于直轨道。主要应用于工程。 2、直流供电式电机。

相对交流电机，优点是体积小，振动小，噪音小，耗电小。缺点是马力小。主要应用于家庭和宾馆。 3、电池供电式电机。

近几年发展起来的一种新型电机，优点是：采用普通干电池供电，耗电是普通电机的1/2000，节能环保，8节普通电池可以用1-2年，在欧洲、美洲、澳洲这几年得到大量的推广。 4、太阳能供电式电机。

完全采用太阳能电池供电，完全绿色产品，更加节能环保，电力完全来自于太阳的能量。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。

综合上面的电机类型和我们的设计概念我们最终选择使用直流供电式电机，因为它体积小，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 No load

型 号 Type

额定电压 Volt V

电流 Curent ≤A

ZJ20087-02 ZJ20087-03 ZJ20087-04 ZJ20087-05 ZJ20087-06

12 24 36 24 24

3 1.5 0.4 1 1.5

转速 Speed r/min 100～120 160～184 50 51～56 151～179

转向 Rotation CCW CW CW CW CW

负载 Load 电流 ≤A 8.5 8.5 4.4 1 2.9 5

转矩 Nm 3 3 3 1.5 3 3

转速 Speed r/min 84～96 84～100 143～160 46 47～51 147～173

制动Break 电流 ≤A 160 90

转矩 Nm 30 30

Curent Torque Curent Torque

4.3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)。锁存和非锁存的区别：锁存方式是发射器有发射时，接收端有数据输出，发射器停止发射后输出端数据仍然保持（锁存），直到下一次发射器发射时输出端数据被刷新并保持。非锁存方式则是发射器有发射时，接收端有数据输出，发射器停止发射后，接收端没有数据输出。 技术指标

1、工作电压：5VDC 2、工作电流：<5mA 3、接收频率：315MHz 4、接收方式：超再生 5、接收灵敏度：-103dBm

6、解码芯片：PT2272-M4（L4），有四路并行数据输出，一路解码有效指示输

出（非锁），八位三态地址码 7、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）方式（即点动或脉冲方式），另一种为互锁（L）方式（即信号锁存方式） 9、接收模块外形尺寸：49×20×7mm

综合我们的设计概念选择四路的非锁存的无线收发套件，因为其价格便宜，而且满足我们的要求。 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4-2

4.5可燃性气体和烟雾检测传感器的选择

图4-3

MQ-2 气敏元件的结构和外形如图1 所示(结构A orB),由微型AL2O3 陶瓷管、SnO2 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 4.6.1 FX系列PLC性能比较 FX系列PLC性能比较如表4—2所示

表4—2 FX系列PLC主要产品的性能比较

型号 FX0S FX0N FX1N FX2N I/0点数 10～30 24～128 14～128 16～256 基本指令执行时间 1.6～3.6μs 1.6～3.6μs 0.55～0.7μs 0.08μs 功能指令 50 55 177 298 模拟模块量 无 有 有 有 通信 无 较强 较强 强 4.6.2 FX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—3 F X系列PLC的环境指标

环境温度 环境湿度 防震性能 使用温度0～550C，储存温度-20～700C 使用时35%～85%RH（无凝露） 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 抗噪声能力

JISC0912标准,10G,3轴方向各3次 用噪声模拟器产生电压为1000伏(峰－峰值)、脉宽1цs、30～100Hz的

噪声 绝缘耐压 绝缘电阻 接地电阻 使用环境 AC1500V,1min(接地端与其他端子间) 5MΏ以上（DC500V兆欧表测量，接地端与其他端子间） 第三种接地，如接地有困难，可以不接 无腐蚀性气体，无尘埃 4.6.3F X系列PLC的输入技术指标

F X系列PLC的输入技术指标如表4—4所示

表4—4 F X系列PLC的输入技术指标

输入端 X0~X3 （FX0S） 1N、2N） 项目 输入电压 输入电流 输入阻抗 输入ON电流 输入OFF电流 开路漏电流 8.5mA 2.7kΩ 1.5mA以下 1.5mA以下 1mA/AC100V 0.1mA以下 1.5mA以下 100W DC24V±10% 7mA 3.3 kΩ 1.5mA以下 5mA 4.3 kΩ 3.5mA以上 DC12V±10% 9mA 1 kΩ 4.5mA以上 30W 10mA 1.2 kΩ 4.5mA以上 1.5W/DC24V 1N、2N） X0~X7（FX0N、1S、（FX0N、1S、X4~X17（FX0S） X10~ X0~X3（FX0S） X4~X17（FX0S 2mA/AC200v

响应时间 约10ms ON：1ms，OFF：10ms ON：<0.2ms、OFF：<0.2ms大电流OFF为0.4ms以下 电路隔离 继电器隔离 光电晶闸管隔离 光电耦合器隔离 输出动作显示 输出ON时LED亮 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

在晚上自动把衣服收存起来，将窗户关上，要是天气下雨，自动把衣服收存

起来。 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。

5.2 PLC I/O端口分配

PLC I/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 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 作用 系统启动信号 窗台光敏信号输入 窗台湿度信号输入 窗台左限位开关输入 窗台右限位开关输入 晾衣外限位开关输入 晾衣内限位开关输入 窗户红外线输入 元件名 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 作用 窗户开关电机正转 窗户开关电机反转 晾衣电机正转 晾衣电机反转 排气扇启动 警报启动

X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 X017 客厅光敏信号输入 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 Y017 X020 X021 X022 X023 X024 X025 X026 点动窗户开关电机正转 点动窗户开关电机反转 点动晾衣电机正转 点动晾衣电机反转 系统中断 Y020 Y021 Y022 Y023 Y024 Y025 Y026 客厅电灯启动 门电子锁输出 除湿器启动 冷气启动 声控门信号输入 门口红外线输入 厨房危险气体信号输入 客厅湿度信号输入 红外线信号启动输入 电灯关闭 温度信号输入 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

开启电灯

是否有雨 亮度是否充足 安防系统 否 危险气体超标 否 是否潮湿 是否有阻断信号 否 否 安防启动 6 智能家居控制系统软件程序 6.1智能窗户程序

否 是否开门信号 在按下启动按钮后，窗户自动控制当感测判断是晴天、阳光好的时候，打开

关闭窗口 窗户让室内空气与外面对流，同时自动晾衣在开窗后5秒启动把衣服晾出去。当在感知为雨天或者阳光不好时，先判断是否晾了衣服，若果是就先在衣服收回来后关上窗户，如果没有5秒后自动关窗。

图6—1

6.2智能室内系统程序

该系统在主要通过电子器件的检测来完成的，通过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

6.3安防系统程序

当主人睡觉时按上红外线启动报警，当有人开门或者开窗时，打断红外线的接收就会发出警报。

图6—3

7.4点动程序

图6—4

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）DS 18B20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口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃ 。华氏相当于是-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DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的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2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器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

脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正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线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，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 7-2 DS18B20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 */

#pragma db code #include #include \"INTRINS.H\"

#define BUSY1 (DQ1==0) sbit LED_0=P1^0; sbit LED_1=P1^1;

//定义busy信号

//定义数码管控制脚为P1口的0-3脚

sbit LED_2=P1^2; sbit LED_3=P1^3; sbit sounder=P1^7; sbit DQ1=P3^5;

void display(unsigned char d1,unsigned char d2,unsigned char d3,unsigned char d4);//声明显示函数 void ds_reset_1(void);

//声明18B20复位函数 //声明18B20写入函数

//定义18B20单总线引脚

void wr_ds18_1(char dat);

void time_delay(unsigned char time);//声明延时函数 int get_temp_1(void);

//声明18B20读入温度函数 //声明延时函数

//声明18B20读ROM函数 //声明获取温度函数 //声明18B20初始化函数 //声明18B20获得温度显示值函数

void delay(unsigned int x); void read_ROM(void); int get_temp_d(void); void ds_init(void);

void ds_getT(void);

/*定义数码管段码=====0-9=====A-G=====*/

unsigned char a[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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

/****************以下定义各种变量********************/ unsigned char ResultSignal;

int ResultTemperatureLH,ResultTemperatureLL,ResultTemperatureH; unsigned char ROM[8]; unsigned char idata TMP; unsigned char idata TMP_d; unsigned char f;

unsigned char rd_ds18_1(); unsigned int TemH,TemL; unsigned int count;

void main() {

int aa=0; sounder = 1;

ds_init();

while(1) {

ds_getT();

小数部分存储到count的低8位 if(TemH>=50) aa++; if(aa>100)

{

//温度的整数部分和小数部分

//定义小数计算部分

//18B20初始化

//使用该函数获得温度，整数部分存储到TemH，

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FC52及其外围元件组成高增益音频放大器。由7MY23A双与

非门（图中F1、F2）等组成双稳态触发器。晶体管BG将触发器输出的脉冲进行放大，带动继电器J0工作，以便控制门的开关。图中压晶体扬声器Y能将声音信号转为电信号并加到运放块的反向输入端。R1、R2组成分压电路，因其阻值相同，所以FC52的同相输入端“3”脚就等于接在电源的1/2处，这久使得本在双电源状态下工作的集成电路也可以在单电源的电路中正常工作，同时使其输出端“6”脚也能工作在电源电压的1/2处。R3是反馈电阻，改变其阻值，可以改变运放声的放大倍数，R3增大，放大倍数增大，反之则减少。W1是调零电阻，用以调节输出直流电位，从而调节触发脉冲幅度。电容C1和电阻R4作为相位补偿用，防止自激。双与非门F1、F2组成的触发器是受FC52输出的触发脉冲控制的。触发电压经C2耦合到触发器输入端，每来一个脉冲，触发器就翻转一次，Q2的电位也就变换一次。在晶体管放大电路中，R8、DW组成稳压电路，给整个触发器们电路提供电源。具体工作过程如下：当拍一下手，声音信号由Y转成

电信号经FC52放大后触发F1、F2组成的触发器，于是Q2输出高电位，经R7加到BG输入端，BG导通，继电器J0释放，其常开触点接通门电源。

图7-3

7.4红外线接线图

3.1.1 红外检测模块

原理图如图3-1所示。

图7-4红外检测电路原理图

工作原理：

如图3-2所示，当红外对管发射并接收红外线的时候，电路接通，比

较器＋端相当于直接接地，即0V电压，－端输出为调整好的２.５V电压，故比较器OUT端输出低电平。当有物体阻隔红外线的时候，红外对管的接收管阻隔断开，比较器＋端接入VCC，即５V电压，故比较器OUT端输出高电平，产生检测信号 7.5可燃性气体检测线图

电路的测量元件采用旁热式烟雾传感器MQS2B在没有烟雾的情况下，烟雾传感器的阻值较高(10K左右)，烟雾进入传感器时其阻值急剧下降，A、B两端电压下降，通过LM324运放比较导通晶闸管，输出信号。

图7—5

7.6智能窗户晾衣服驱动简化图

智能开关窗设计 图7-6

直流电机

螺母由螺纹杆带动上下使得晾衣架张开和收缩，类似照相机的脚架方便收缩回收到室内。

8 结论

本设计采取了由PLC和多种其他设备组成的控制系统，可编程控制器（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。它是系统核心。无线收发套件实现各个电电路通断及实现平稳操作和精确控制，通过各种传感器的信息，对系统进行自锁和反馈，更加适合设计的理念。

但是还是又很多不足之处，又很多东西需要去改进和完善，特别是与上位机的通信，通过上位机的调控可以使得该系统更好的运行和更具人性化。还有一个特别重要的就是整个控制系统还有很多没有完善的地方，由于个人能力和对传感器件电路的不熟悉，对智能家居的想象性不足，和一些其他的原因没能实现高智能化智能家居，只能做到这个低端、方便、便宜的智能家居系统。

该系统的长处在于其方便，造价相对便宜，尽管功能不是很多，但是基本满足和能够保障一定的家居安全。而且不需要对已经装修好的家居做过多的改动，就可以实现相对的智能化，保障了家居的智能化合安全化。实现早上下午自动开关窗、自动防风、防雨、防盗等功能一定程度上解决了外界环境给人们日常生活中的很多烦恼。对于一些比较健忘的人能够提供一个不错的保障。

通过这次的毕业设计我学习到了很多的东西，也让我对发现了很多的不足，和很多的其他的知识。设计做完了我还会继续努力，去学习更多的东西

参考文献：

[1]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京:化学工业出版社,2003.12

[2]郝晓弘. FX2N系列PLC在电梯变频调速控制系统中的应用[J].兰州理工大学电气工程与信息工程学院,2005.12

[3] 王煜东. 《传感器应用电路400例》［M］. 北京：中国电力出版社，2008.

[4] 赵负图. 《新型传感器集成电路应用手册(下)》［M］. 北京：人民邮电出版社，2009.9. [5] 卿太全.《最新传感器选用手册》[M]. 北京：中国电力出版社，2009.7.

[6] 张毅刚，彭喜元. 《单片机原理及接口技术》[M]. 北京：人民邮电出版社，2008.11.