基于 PLC的智能家居控制系统
漯河职业技术学院，河南 · 漯河 462222
摘要：随着建筑业的快速发展，智能化、自动化技术的应用也推动了智能建筑发展水平，其中智能家居控制系统较为突出，其通过PLC控制技术的应用丰富了家居使用环境，创造了更加高效的建筑空间。鉴于此，论文对PLC下智能家居控制系统进行分析与探讨。
Abstract:With the rapid development of the construction industry, the application of intelligent and automation technology has also promoted the development level of intelligent buildings. The intelligent home control system is more prominent. Its application through PLC control technology has enriched the home use environment and created more efficient building space. In view of this, the paper analyzes and discusses the intelligent home control system under PLC.
关键词：PLC；智能家居；智能控制；控制系统
Keywords: PLC; intelligent home; intelligent control; control system
1 引言
计算机网络技术的发展为实现智能家居奠定了技术基础，智能家居最初在美国出现，经过若干年发展，逐步将住宅作为平台，以建筑设备、智能家电等设备为控制对象，凭借网络通信技术和自动控制技术满足现代化居住需求。在目前的阶段，PLC技术应用在智能家居系统优化了设计思路，并产生巨大的影响，有利于人们准确把握作息时间规律，便利了生活与工作。
2 智能家居系统组成
该系统组成涉及硬件感知层、数据传输层、应用层等。关于硬件感知层来说，其包含环境参数检测、评估板、加点工作参数检测、人体生理检测以及家电控制等。数据传输层包含协调器、家庭/网络服务器以及终端。针对应用层来说，包括网页客户端、移动客户端以及家庭控制中心等。系统主要是应用包含麦克风设备的平台实现语音交互，并且采用带有安卓系统的开发板实现家庭控制与服务器。使用单片机和终端建立家庭无线局域网，由此建立云服务环境。通过PHP开发的服务端接口能够为不同用户提供网络服务，并且为其提供数据接口。智能家居系统的工作模式如下：基于家庭内部，利用麦克风阵列获取用户语音信号，之后将语言数据向语音云平台进行传输，以此实现识别。终端与AIUI模块相连接，可以将控制指令通过主节点发送给子节点实施控制。其次，主节点能够接收到家电电能、人体参数节点、环境参数节点以及采集节点等，将上述子节点发送至服务器平台，以此建立数据库。家庭用户可以获取所有的云服务器资源，能够通过不同权限将资源提供给社区医院、环保组织以及家电制造厂商等，以上组织机构可以利用该平台对相应信息进行反馈，以此建立闭环家庭和监护，之后利用手机客户端，网页进行访问，以此获取不同初始化指令。
3 PLC的智能家居控制系统分析
3.1网关控制器设计
网关控制器在智能家居系统中有重要地位，是连接家庭内部网络和外部网络的重要纽带，本文设计的网关控制器主要由GPRS模块、ZigBee模块及微控制器三部分构成。其中，GPRS模块实现与远程移动终端通信，ZigBee模块实现家庭内部网络通信，微控制器负责在GPRS模块和ZigBee模块之间通信并对信号做相应处理。ZigBee模块能够把各子系统的状态信息送到微控制器中，微控制器经过处理把相应的预定义码送到GPRS模块，GPRS模块将预定义码以短信的方式发送手机终端上，实现智能家居系统的远程查询功能；手机终端使用预定义码编辑短信发送到GPRS模块上，微控制器接收GPRS模块数据并解析出预定义码，然后把预定义码通过ZigBee模块发到指定子系统中实行控制动作，实现智能家居系统的远程控制功能[1]。
3.2系统硬件选材以及设计
目前微控制器的选择有很多，而作为一个设计项目，只要微控制器的资源够设计者使用就行了，可以采用目前国产的增强型8051单片机，比如STC的15系列1T的单片机，价格低廉，并且资源完全够用。对于传感器方面，目前的传感器种类很多，要选择的器件一定要便于编程控制，并且数据转换速度适中就可以了，因为智能家居控制系统的实时性一般用户的要求都不会太高，这种延迟速度用户是感受不出来的，这样一来也能节约一部分设计的成本。最后，便是无线传输器件了，因为既然是要作为控制智能家居的控制平台，就需要通过无线传输器件来将这些数据处理了并将各种处理结果和数据发送到用户能够查询和控制的平台，这个平台可以是各种App、网页，或者独立的显示端口都可以。以智能家居为目标，在硬件系统中控制模块是核心，比如智能防盗门的开关控制，首先关闭防盗门，用户想开门时，出现一个开门的讯息，向PLC控制中心传递，PLC通过对比预设的程序逻辑，发送开门命令，向执行机构传递，顺利产生开门动作。同时向执行机构传输，如此完成防盗门智能开门动作。同时传感器对门的位置监测，向控制中心传输位置信号，经过逻辑分析，如符合设定位置，电机工作终止，反之则持续开门动作，达到规定要求为止。其次，如人们开门不正确，可立即发送报警信号，符合人们对居住环境的要求。要想达到这个要求需合理选择硬件。
3.3软件程序设计
第一，AIUI程序设计。该程序主要由AIUI服务器、AIUI产品应用以及中央服务器所构成。其中AIUI服务器包含理解语义、识别语音和唤醒语音。AIUI产品应用包含语言识别、处理、返回。中央服务器与协调器之间相连接，能够实现串口数据通信，从而控制其他模块、处理数据。AIUI服务器、AIUI产品应用以及中央服务器之间属于相辅相成关系，通过跨进程方式交换数据。第二，家庭服务器程序设计。家庭服务器在与医用户产生交互动作时主要利用界面方式实现，用户可以利用触摸板对家庭设备进行控制，还可以采用界面方式查看人体参数和家庭内部环境参数，通过图表方式将各项参数呈现给用户。第三，WORKERMAN框架程序设计。WORKERMAN框架能够对家庭服务器的心跳包以及链连接进行接收，好，这样能够对家庭服务掉线状态进行判断。在运行之后等待客户端连接之后，就能够通过客户端向家庭服务器发送命令指控，存储和转发数据。第四，服务端接口程序设计。利用客户端接口、网站接口以及微信接口可以获取到客户端数据，并且对数据进行解析和操作。可以对数据进行存储和转发，将其发送到WORKERMAN中，WORKERMAN将数据转发到家庭服务器当中[2]。
3.4 智能家居系统网络信息安全
智能家居系统设备直接或间接接入物联网或互联网，系统在运行时需要与各种设备的云服务端交换信息，设备和网络的信息安全就显得特别重要。因智能家居系统设备直接连接互联网，非法入侵将可能导致智能家居设备。更有甚者，利用设备漏洞控制其发起对网络的系统攻击，导致网络无法使用。家庭网络防病毒和防黑客的能力比较薄弱，一般也仅仅安装杀毒软件，很少进行网络分段隔离或防火墙设置，因此，要做好智能家居设备防病毒的能力和家庭网络设置防火墙，这也是智能家居系统信息安全很重要的一部分。
3.5 应用层功能
将PLC模块软件结构应用层划分七个部分，分配与获取EUI地址，控制端判断发出命令；应用层数据组帧；向NET层或PHY层发送数据；获取下端数据；处理应用层数据并向控制端传递数据。当系统运行后，应用层首先处理EUI地址分配与获得代码，之后转换至空闲操作状态，如控制端向电力线发送数据，则应用层对控制端命令实施解析；应用层数据组帧向NET层或PHY层发送数据；如发送数据成功或超时，则应用层重回空闲状态。应用层接收电力线传输的数据，首先对NET层或PHT层发送数据事件科学查询；其次是接收数据；在应用层对数据解析；向控制端上报数据，应用层跳转为空闲状态[3]。
4 智能家居系统的未来发展
与室内家居有关的物品都可以利用该系统实现控制，因此，在未来发展中需要注重技术研发。针对感知生活来说，其与日常生活的关联性比较高，例如，感知、感知养老以及感知物管等。相应子系统下存在多种层次，因此，需要进一步细化感知生活子系统，以此促进技术研发的创新。针对感知社区来说，由于社区属于人们居住的主要场所，所以系统划分必须按照社区热点关注话题为主，包含社区道路管理、公共安防以及社区服务等，以此实现社区生活的需求。基于物联网技术的智能家居系统软件设计必须注重分析和研究现实问题，不仅需要具备科学合理的设计方案，还必须对内容设计进行改进和创新，以此确保智能家居系统软件设计的先进性。
5 结语
综上所述，智能家居PLC控制系统可达到系统设计的实际要求，对有关人员来讲，在未来工作中需整体了解智能家居PLC控制系统的运行要求，从软硬件、安全等方面加强设计，以智能家居的实际需求为出发点，提升整体家居的应用水平。
参考文献
[1]孙晓叶,李攀,刘颖.基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J].电子技术与软件工程,2019(6).
[2]蒋开伟,孙凌杰.基于云平台的智能家居控制系统设计[J].电子世界,2018(79).
[3]查红胜,陈艳.基于云平台智能家居系统的设计[J].电子技术与软件工程,2018(12).
