PLC控制下的智能家居安全报警系统设计

青岛恒星科技学院 徐少俊 刘美玲 李月振

随着人民生活水平的不断增强，人们对安全防护意识也在逐渐提高。1984 年“智能建筑”的概念由美国首次提出，自此全世界拉开了争相设计智能家居的序幕。2006 年，“国际智能家居高峰论坛”上相关专家对智能家居做出介绍，它是以现代化住宅为平台，是控制技术、网络技术和计算机技术向传统家居渗透发展的必然产物。其中，报警系统是智能家居安全系统的一个重要组成部分，其安全性直接关系整个智能家居安全系统的安全性。在PLC 控制下应用智能家居安全报警系统可通过各种传感器对家居环境信息进行实时采集，然后将信息传递给家居控制中心，可以为用户提供安全、舒适、便利和高效的工作环境与居住环境。

1 智能家居安全报警系统

智能家居安全报警系统是智能家居系统的一个重要组成部分，可以对煤气泄漏、陌生人闯入和住宅火灾的发生等危险实现自动报警，可以有效提高人民的生活质量和居住安全。报警系统的主要包括：可以准确无误地检测出警情情况；当警情发生时，可以及时发送警情信号，并引起蜂鸣器声响；在报警同时，可以通过GSM模块为房子主人发送警情信息，从而使主人有时间及时采取有效的防护措施，降低自己的损失，保护自己的权益；并且，还可以通过在系统中加入实时时钟芯片记录当时时间。

PLC 控制系统是在传统顺序控制器的基础上，引入通信技术、自动控制技术、计算机技术、微电子技术等形成的一种新型工业控制装置，其可以用来取代计数、记时、继电器、执行逻辑等的顺序控制功能，建立起柔性的远程控制系统。其具有编程简单、抗干扰能力强、可靠性高、适应面广、使用方便、通用性强等的特点。

2 系统设计原理

本设计为PLC 控制下的智能家居安全防护系统，主要由PLC 控制器、实时时钟模块、传感器模块、键盘、GSM 模块、液晶显示模块组成，能有效实现及时接受警情信息，立即报警，并发出报警短信、记时等。其系统如图1 所示。

图1 智能家居安全防护系统框图

3 总体设计

关注生活质量的人们对实用性以及多功能性的要求是比较高的，这一点属于共同的要求，也是智能家居系统可以赢得广大市场的关键之处。PLC 技术具备很大的优越性，这点正好和人们的需求之间相一致。因此，本文主要讲述的是PLC 基础上的智能家居。控制系统主要包含了智能家居设备控制的一些基本性的功能，主要为：安全保护的远程报警以及家庭环境的实时检测等。按照用户的具体需要，可以把家用电器、窗帘、门窗、空调以及暖气等家用电器进行整合，这样可以保障家居服务的全套性。当用户实施遥控的时候，门将会自动打开以及关闭，窗帘将会自动打开以及关闭，空调将会自动打开以及关闭，如果出现一些气体泄漏或者非法侵入的情况，其会发出警报进行报警。

4 系统的硬件设计

4.1 传感器模块

无线传感器系统是由大量传感器节点通过无线通信技术组成的传感器网络。每个测量点的传感器节点都测量此处的参数，而后组成一个无线网络，再以无线方式将测量信息传输给监控中心，其中每个传感器节点都具有无线通信的功能。

本报警系统采用星型拓扑结构，包括门磁开关、玻璃破碎报警器、煤气泄漏传感器、火灾烟感传感器、红外线传感器等传感器网络节点，并以无线网络技术连接形成一个无线传感器报警网络系统。其中以一个与计算机相连、可与任一网络节点进行通信的无线通信模块为系统的中心节点。其余各个网络节点将对家居环境的各种参数进行采样和测量，并通过无线网络将采集的数据传输到中心节点，并接受中心节点发送的命令及数据，然后对信息进行分析处理并执行操作。

4.2 数据传输单元

数据传输单元的工作任务是与其他节点进行收发采集数据、交换控制信息的无线通信，其中无线通信系统消耗的能量在整个无线报警网络中的能耗占据主要部分，因此该单元的选择是低功耗设计的关键。其中，无线收发部件采用的操作周期、发射功率、数据率、调制模式等数据都是影响通信系统能耗的关键因素，因此，选择无线收发芯片时应重点考虑芯片成本、收发芯片所需的外围元件数量、接收灵敏度、发射功率、能耗等因素。

4.3 数据处理单元

数据处理单元是无线报警网络系统的核心部件，也是整个网络系统的计算核心，负责控制整个网络节点的信息。网络节点需要一个功能强大且低能耗的处理器来实现数据的采收与处理，使每个网络节点都能与无线通信单元进行数据交流，管理整个网络系统的检测与运行状态。

5 系统软件设计

在智能家居安全报警系统中，主要采取突出事件报告和网络中心节点轮巡机制。中心节点向每个网络节点每隔一定时间发送命令，而后网络节点接受信息，向中心节点回递信息。如果发生紧急警情，网络节点会主动向中心节点发送报警报告，再由中心节点进行信息分析处理并发出报警信息。

本设计采用许可证技术，智能家居安全报警系统网络中报警信息传递过程如下。

（1）网络节点向中心节点传递警情信息，并附加本设备信息。

（2）中心节点接受信息后，先将网络节点设备信息与接收的信息存储在缓冲区内，再将节点设备信息与本地存储器中的访问权限相比较，以确定该网络节点是否有权力发送信息给中心节点。

（3）如果该网络节点有权限，则中心节点可以接受该网络节点的信息，并反馈“正确接受”的信息；如果该网络节点未授权，则中心节点拒绝接收信息，并清空缓存区。

6 结语

本智能家居安全报警系统可以对整个家庭的安全环境进行实时监控，可有效防控煤气泄漏、火灾报警、室内防盗等问题，利用高科技和自动控制系统实现报警功能的自动化与智能化，可有效降低甚至避免家庭的损失。结果表明，PLC 控制下的家居安全报警系统具有优良的稳定性、可靠性和较高的通信效率。当然，本设计也存在着一些不足，还需改进，如可以通过添加新断电保护电路以提高系统安全可靠性；还可以通过添加家居门的密码锁，并在此基础上加入自动关闭和开启系统的功能等。