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1、学科代码： 学 号：XXX大学（本 科）毕 业 论 文题 目：基于PLC的智能家居远程监控系统实现 学 院：专 业：年 级：姓 名： 指导教师：完成时间：20 年 月 日基于PLC的智能家居远程监控系统实现摘要：21世纪信息技术的发展对人们的生产与生活产生了巨大的改变，尤其是智能家居的开发使用，使人们的生活进入了科学智能的时代。人们的生活的水平得到普遍的提升后，对于智能家居的需求也不断的增强，智能家居的系统是以家庭住宅为平台，综合利用了多种信息技术打造的智能家居平台。它主要是利用了布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音频技术为一体的智能化技术。构建了高效住宅设施，并对家庭住在日
2、常的事务进行了良好的管理。致力于打造集安全、便利、舒适、艺术的家居环境。智能家居系统是以IT技术、互联网技术为核心的控制技术，它是传统家居系统向现代化、智能化家居系统发展的重要过渡。随着当前信息技术的不断的深入，智能家居的设计也呈现了多样化的表现形式。它为人们日常的繁忙的事务，而缺乏对家庭的管理，提供了智能化的保障。本文正是基于上述背景，提出了以PLC技术为主体的智能家居远程监控系统的设计，主要是利用当前成熟的网络信息技术的环境和移动智能发达的技术，实现了用户智能家居系统的与手机客户端的平台的开发与实现。关键词：智能家居; 远程监控系统;PLC; 远程终端AbstractThe 21st ce
3、ntury, the development of information technology on peoples production and life had a tremendous change, especially the development of smart home use, so that peoples lives into the era of scientific intelligence. Peoples living standards have been generally improved, the demand for smart home has a
4、lso been continuously enhanced, intelligent home system is based on family housing as a platform, the comprehensive use of a variety of information technology to create a smart home platform. It is mainly the use of wiring technology, network communications technology, security technology, automatic
5、 control technology, audio technology as one of the intelligent technology. Built efficient housing facilities, and the family live in the daily affairs of a good management. Committed to creating a safe, convenient, comfortable, artistic home environment. Intelligent home system is based on IT tech
6、nology, Internet technology as the core of control technology, it is the traditional home system to modern, intelligent home system development of an important transition. With the current deepening of information technology, intelligent home design also presents a variety of forms of expression. It
7、 is for peoples daily busy business, and the lack of family management, provides intelligent protection.Based on the above background, this paper puts forward the design of intelligent home remote monitoring system with PLC technology as the main body. It mainly uses the environment of mature networ
8、k information technology and mobile intelligent developed technology to realize the users intelligent home system and mobile phone The development and implementation of the client platform.Key Words: Intelligent home; remote monitoring system; PLC; remote terminal目 录Abstract3引言51智能家居基于PLC设计51.1智能家居P
9、LC51.2智能家居远程监控系统的主要构成及功能62智能家居远程监控系统的设计72.1本方案设计思想72.2智能家居远程监控系统72.2.1PLC 系统I /O 分配表82.2.2 PLC 接线图83智能家居远程监控系统构架83.1系统框架83.2智能家居远程监控模块103.2.1远程监测系统串口通讯103.2.2远程监测系统113.3远程报警实物连线图12结语13参考文献13第 12 页引言智能家居采用的技术标准与协议不同，当前，智能家居系统利用综合布线的技术来实现智能家居的控制。在智能家居系统中，部分系统不需要采用综合的布线的技术，譬如，电力载波，它不管在何种情况当中，都有对应的网络技术来
10、辅助系统完成信号传输的任务，作为智能家居系统关键之一的网络信息技术是必不可少的一种技术。除此之外，安防技术也是十分的重要，它能够对小区的用户提供了可使对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的一卡通等。另外，在智能家居系统中自动控制技术使用也是十分的频繁，它主要是对智能家居系统核心的控制模块进行科学化的管理。它对家庭日常设备的管理具有明显的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。传统的智能家居系统主要是通过有线线路的布线方式对楼宇设施进行控制和通信，在一定程度上很难脱离线缆的束缚，同时它的安装成本高，它系统扩展性也不是十分的好。利
11、用PLC技术来实现智能家居系统降低了安装费用的同时还提高了系统的扩展的性能。1智能家居基于PLC设计1.1智能家居PLC本文设计的智能家居系统是以智能化的家居为前提，创造了一个安全、舒适、便利、高效的家居环境。这对智能家居的发展来说意义十分的重大，它主要是以实现科学、智能的家居系统为目标。利用先进的互联网技术来实现产品的创新和人性化的设计。本系统将建立一个基于 PLC 的智能家居控制系统，主要包含 PLC 对终端设备的自动控制以及对家居情况的实时监测以及安全防护远程报警等功能。依据用户对智能家居功能的需要，整合了如下最基本的智能家居功能：家用自动门自动开启、运行、上锁，非法入侵发送报警短信，煤
12、气泄露监测并自动发送报警短信，家电起火监测并自动发送报警短信等。PLC 控制系统平台如图 1-1 所示。图 1-1 PLC 控制系统平台智能家居 PLC 控制系统主要分为自动控制部分、信息采集部分和远程监测部分。智能家居自动控制部分主要以对自动门的控制为例，采用 PLC 作为主控器，通过继电器的开合控制交流电动机的正转、反转和停止，而交流电动机与机械装置相连接，从而控制自动门的开启、闭合和停止。家用自动门关闭时，用户在门外用钥匙将门锁开启或者用户在门里将门锁开启时，都会产生一个开门信号。PLC 收到开门信号后，根据程序执行开门动作，当门运行至开门极限位置碰触门框边沿的行程开关时会停止运行。延时
13、 5 毫秒后，执行关门动作。为了防止电机堵转现象，添加电流保护模块。关门过程中电流保护模块会检测主干线路上的电流，如果超过交流电机的额定功率 6-7 倍时，电流保护模块会输出一个 TTL 信号给 PLC 的一个输入端，PLC 通知交流电机执行开门动作，防止电机过载损坏。当门运行至关门极限时，碰触行程开关时，PLC 输出信号控制交流电机停转，同时输出信号通知电磁锁立即上锁。智能家居 PLC 控制系统远程监测部分是以手机短信形式实现用户与主控器PLC 之间的信息交互，实现对家居环境危险信号的远程监测。用户发送手机短信查询家居状态，即将家居状态查询指令加上目的号码发送出去，经由短消息中心转发给 GS
14、M 短信息模块，经过 GSM 短信息模块与 PLC 之间通信，PLC解读指令信息，然后发送相关指令查询家居状态信息，从而将获取的家居状态信息再由短消息中心发送至用户手机。用户也可以将家居控制指令加上目的号码经过短消息中心发送给 GSM 短信息模块，GSM 短信息模块与 PLC 通讯，PLC解析出指令信息后，再发送指令控制相关家居终端执行动作。当各类传感器检测到异常信号时，马上报送给可编程控制器 PLC，譬如，烟雾报警器检测到家电起火，煤气传感器检测到煤气泄漏，或者自动门遭到非法入侵时，PLC 收到异常信号警报，立即与 GSM 短信模块进行串口通讯，GSM 短信模块将报警短信经由 GSM 网络发
15、送至用户手机，从而实现家居安全防护。1.2智能家居远程监控系统的主要构成及功能远程监控是指远端的监控系统通过通信系统对现场的系统进行监测与控制，其目的在于突破地域和环境上的限制，实现集中和高层监控，最终实现生产资源和社会资源的优化配置。而智能家居远程监控系统主要是指以控制器为核心，将家居中的各种传感器、摄像头和控制器有效连接控制，并通过远程通信技术和远程终端对家居环境进行实时监测和控制的系统。智能家居远程监控系统主要包括: 控制主机、智能家居监控子系统和远程网络监控系统。其中智能家居监控子系统又包括: 智能照明系统、家电控制系统、智能窗帘控制系统、火灾监控系统、防盗报警系统、视频监控系统、暖通
16、空调系统和电锁门禁系统等。火灾监控系统、电锁门禁系统、视频监控系统和防盗报警系统共同组成了智能家居安防监控系统。智能家居远程监控系统主要实现以下功能:（1）家居安防报警:系统通过温湿度传感器、烟雾传感器、电子门禁系统，共同实现家居的安防功能。当家居中燃起泄漏、有外人入侵时，系统可通过远程终端快速向安全职能部门发送警报信号，避免形成重大损失。（2）家居状况实时监测:系统通过家中视频监控器、摄像头等装置对家居状况进行图像信息采集，通过网络或移动通信终端网上系统远程访问家居控制器，对其进行相应指令控制，实现家居状况的实时监控。（3）家电远程控制:系统通过家电控制模块对家居中各家电运行情况进行监控，根
17、据采集到的信息分析处理，并通过网络远程发送用户指令遥控家居中各种家用电器。2智能家居远程监控系统的设计2.1本方案设计思想伴随着信息化社会的快速发展，自动控制与信息家电已经越来越多地出现在我们的生活中，曾经概念化的智能家居也逐渐走向实物化。Smart Home 系统是一个智能化的集成型家居系统，它把家居自动化、家电信息化以及家庭安全防护有机地结合到一起。本课题搭建的智能家居 PLC 控制系统是综合考虑了家庭实用性、稳定性、可行性以及国内外发展现状和研究成果等而开发的。由主控器对家庭终端设备的自动控制，以及家居环境的实时监测，同时在家庭安全防护方面做到实时报警。该系统借助可编程控制器 PLC 的
18、控制技术和 GSM 短信息技术，采用 SMS进行信息交互，整个系统在稳定性、经济性以及实时性上都具有很大的优势，同时本系统又具有方便的可扩展性以及可移植性，从而满足不同用户的不同需求，因此具有广阔的市场前景和实际研究意义。 2.2智能家居远程监控系统可编程序控制器PLC是一类专门用于自动控制的计算机，它采用直面用户的可编程序存储器，用于其内部程序存储，顺序控制、逻辑运算执行、定时、计数以及算数运算操作等指令，并且通过模拟式或数字式输入、输出控制各种类型的机械生产过程。由于其具有性价比高、稳定性好、应用灵活、操作简便等优点，早期多用与工业控制领域，现已逐渐的应用与民用家居和公共场所等领域。本系统
19、中的核心控制器采用三菱公司生产的三菱FX2N系列微型可编程控制器。其基本单位有16/32/48/65/80/128点，每个单元通过I/O扩展单元扩充为256I/O点。其具备丰富的元件资源，多种串行通信模块，支持网络通信功能FX2N32MR001控制器的输入/输出总点数为32点。2.2.1PLC 系统I /O 分配表表2-1 PLC 系统I /O 分配表输入输出SB1X0防盗Y0SB2X1照明Y1照明检测X2家电Y2家电检测X3窗帘Y3窗帘检测X4视频Y4视频检测X5门禁Y5门禁检测X6防盗Y6防盗检测X10空调Y10空调检测X11烟雾烟雾检测X122.2.2 PLC 接线图图2-1 PLC 接
20、线图3智能家居远程监控系统构架3.1系统框架本文基于可编程序控制器（ PLC） 设计了一套智能家居远程控制系统。该系统整体框架如图3-1所示。图3-1基于PLC 的智能家居远程监控系统框架该系统涉及三个主要模块，分别是智能家居监控子系统模块、控制主机模块和远程网络监控模块。智能家居监控子系统模块包括智能照明、家电控制、窗帘控制、视频监控、电锁门禁、防盗报警、空调控制、烟雾监控等。其中智能照明主要为控制家居中灯具的不同开关组合来实现多种灯光场景和氛围功能; 窗帘控制主要是控制开关窗命令来实现防雨或通风功能; 烟雾监控主要通过读取烟雾传感器产生的模拟信号，来分析室内的空气环境，防止火灾发生。防盗监
21、测主要是通过读取人体传感器的数据来分析家居中是否有外人进入室内，达到预警功能。空调控制主要是通过PLC 控制主机下达空调控制命令，通过红外遥控器转发给空调机，实现室内温度调节。视频监控和电锁门禁主要是根据摄像头所采集的图像信息，分析家庭中老人儿童的生活状况，客人的访问状况等，实现远程监控人员的安全功能。在此模块中有众多传感器、摄像头和控制器的应用，将其输出端与PLC 输入端相连，通过编写PLC 程序可实现众多子系统的信息传输、分析，下达指令等控制功能，实现家居智能化。控制主机采用上述可编程序控制器（ PLC） ，其是智能家居系统的控制核心，担任着信息收集、分析、处理，指令控制的任务。远程网络模
22、块主要为实现用户远程监控自身家居的环境状况功能，这将在下文中陈述。依据系统框架图可以看出，首先家居中监控采集到的各个子系统的信息传输到控制主机PLC 中。之后控制主机PLC 依据采集到的信息，通过程序的分析处理，得出家居中各种环境的状况信息。在此过程中，用户可对主机进行控制，实现自己对家居中环境、设施所想传达的指令。最后主机中得出的信息可以通过网络或移动通信（ GSM） 远程传达到用户面前，用户可通过远程终端实时得到家居中的信息，通过网上系统可对家居中控制主机下达指令，实现远程监控目的。图3-2给出了防盗报警系统模块电路图，其他系统电路连接可以此为例。图3-2防盗报警系统电路3.2智能家居远程
23、监控模块智能家居远程监控模块主要有两部分构成:第一，以手机移动通信（ GSM） 形式达到远程监控功能。本系统主要应用GSM 网络中的短消息服务业务（ SBS） 实现智能家居的远程控制和状态管理的目的。GSM 短消息模块采用西门子TC35i 短信息模块，其与可编程序控制器（ PLC）采用异步传输串口通讯方式进行数据传输。PLC 可将家居系统的信息通过短信息的形式发送到用户手机; 与此同时，用户也可通过手机短信息将指令传输到PLC，PLC 通过短信息内容控制各个智能家居子系统模块，实现远程监控功能。第二，以计算机通过TCP /IP 协议与PLC 控制器相连，通过计算机应用软件以web 形式操控PL
24、C 控制器。在此过程中，用户通过网络系统访问自身家居的IP 地址，得到家居中采集的各项数据，得出家居中各个子系统的运行情况，输入命令控制PLC 控制器实现远程访问和监控智能家居系统功能的目的。3.2.1远程监测系统串口通讯远程监测系统以手机短信形式借助GSM网络实现GSM短信息模块与可编程控制器PLC进行信息交互，从而对家庭设备、家居环境状况实现远程监测。可编程控制器PLC采用了无协议串口通讯方式与GSM短信模块之间进行信息传输。CP1L-L20DT-D没有串行口，需要扩展一个CP1W-CIF01RS-232通讯板，将CP1W-CIF01安装到CP1L的选件板槽位上，然后将PLC与GSM短信模
25、块通过RS-232串口线连接。需要特别注意的地方是，选件板的装卸一定要在PLC的电源在OFF的状态下进行，否则可能损坏PLC。PLC与TC35i模块的串口连线如图3-3所示。图 3-3 PLC 与 TC35i 模块的串口连线3.2.2远程监测系统TC35i模块硬件设计移动通信技术正在以惊人的速度飞速发展，移动通信的发展方向是除了更好的语音通信之外，还提供给用户更加多元化的无线数据业务。SMS业务作为GSM网络的一项基础业务，已越来越多地引起系统开发商和系统运营商的重视。由于GSM网络可以在全国范围内联网和漫游，并且具有很强的网络能力和广泛的覆盖范围，同时用户不需要另外组网，对用户数量也没有特殊
26、限定，资费便宜，外加SMS业务的数据传输功能，都使得短信息远程监控成为智能家居系统监控的首选。TC35i模块是基于GSM标准的无线异步收发模块，它尺寸轻便、功耗很低、性能稳定。TC35i提供了RS232标准数据接口，可以方便的与PC机、单片机或其他带有串行口的主控器相连。采用AT指令控制，符合ETSI标准GSM07.07和GSM07.05。TC35i模块主要有GSM基带处理器、GSM射频模块、ASIC供电模块、FLASH、ZIF连接器和天线接口这六部分。作为TC35i的核心，基带处理器主要负责处理GSM终端内的数据和语音信号，并且涵盖了蜂窝射频设备中的所有数字和模拟功能。TC35i电源电压范围
27、为3.3V-5.5V，可传输数据和语音信号，消耗功率在GSM900和GSM1800分别是2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。通过AT指令，TC35i的数据接口可以双向传输数据和指令，还可以关断信号实现重启和故障恢复等。TC35i模块一共有四十个引脚，并且需要其相应的外围电路与之配合，经由ZIF连接器分别与电源电路、关机与启动电路、语音通信电路、数据通信电路、指示灯电路和SIM卡电路等相连接。TC35i原理图如图3-4所示。图3-4 TC35i 原理图3.3远程报警实物连线图远程报警实物连线图如图 3-5所示。PLC 输入端子 0.07 接烟雾报警信号，当有危险信
28、号时，引起 PLC 外部中断，发送内容为“烟雾报警!”的短信至用户手机。PLC 输入端子 0.08 接煤气报警信号，当有危险信号时，同样引起 PLC 外部中断，发送内容为“煤气报警!”的短信至用户手机。接收到的报警短信截图如图3-5所示。图3-5 远程报警实物连线图结语本文中设计的智能家居远程监控系统充分应用了时下成熟的PLC 技术、互联网通信技术和手机移动通信技术，结合家居中各个子系统项，实现了用户远程操控自身家居中各项应用功能，实现了家居的智能化、远程化、多元化的监控管理。互联网技术中的TCP /IP 协议和移动通信的短信息服务都是成熟的、稳定的服务协议，以这两项技术为基础，用户可灵活方便
29、、可靠稳定、集中快捷的监控管理家居环境，构建一个舒适安全的生活环境。本文仅给出了智能家居远程监控系统的框架，阐述了系统各模块的功能及联系，未对系统的计算机软件进行设计，此为本文的不足，也是下一步要进行研究的工作。参考文献1牟宏均.基于PLC的智能家居远程监控系统实现J.自动化与仪器仪表,2019,(07):266-267.2王洁锋.基于Android和WiFi技术的智能家居远程监控系统D.杭州电子科技大学,2019.3周祥.基于WiFi-PLC的智能家居控制系统的设计与实现D.扬州大学,2019.4孙永坚.基于无线传感器网络的智能家居远程监控系统研究与设计D.吉林大学,2019.5闫石.基于嵌入式B/S架构的智能家居远程监控系统开发D.南京理工大学,2019.6刘春春.基于ARM的智能家居远程监控系统的研究与实现D.西安建筑科技大学,2019.7柴政.基于嵌入式技术的智能家居远程监控系统D.南昌大学,2009.8张云.基于ARM的智能家居远程监控系统研究与实现D.辽宁工程技术大学,2009.9刘晓彤.嵌入式智能家居远程监控系统的设计与实现D.北京交通大学,2009.10马季.智能家居远程监控系统的研究与实现D.中国海洋大学,2009.