基于PLC智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1智能家居系統(tǒng)采用電子傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，對(duì)用戶提供全方位的服務(wù)，同時(shí)對(duì)住房?jī)?nèi)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。它包括家庭內(nèi)部信息傳輸系統(tǒng)、家庭報(bào)警、顯示系統(tǒng)及智能傳感/執(zhí)行設(shè)備等幾個(gè)部分。本文所做的智能家居控制系統(tǒng)包括室內(nèi)信息智能監(jiān)控功能、輸入與實(shí)時(shí)顯示功能、智能報(bào)警和通訊報(bào)警等。本文將整個(gè)系統(tǒng)分為主機(jī)部分和分機(jī)部分，以PLC可編程控制器為主控器件，兩部分之間通過無(wú)線通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，本系統(tǒng)主要包括智能照明模塊、溫濕度傳感器、窗簾控制模塊、危險(xiǎn)煙霧氣體傳感器、報(bào)警模塊。主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：智能照明、溫度濕度的監(jiān)控、窗簾的控制以及危險(xiǎn)煙霧和氣體的報(bào)警。溫濕度過高時(shí)系統(tǒng)反饋到窗簾控制模塊，打開窗簾通風(fēng)降溫排濕。檢查到危險(xiǎn)煙霧和氣體時(shí)系統(tǒng)報(bào)警提醒室內(nèi)人員并開窗通風(fēng)排除危險(xiǎn)煙霧和氣體。當(dāng)有人進(jìn)入家門，通過系統(tǒng)智能照明。整個(gè)系統(tǒng)將PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于智能家居中，能夠顯著提高控制的可靠性，簡(jiǎn)化外部線路和內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)控制功能的轉(zhuǎn)變和增加，同時(shí)能夠自動(dòng)完善故障的檢測(cè)和報(bào)警，有助于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2informationtransmissionTheintelligenthomecontrolsysteminthispaperincludesintefunctionofindoorinformaextensionpart,withPLCprogrammablecontrollerasexchangebetweenthetwopartsiscarriedoutthroughwirelesscommunicationmodsystemmainlyincludesintelligentlightingmodule,temperatureandh(1)Intelligentlighting,temperatureandhumiditymonitoring,willfeedbacktothecurtaincontrolmoduletoopenthecurtainfsmokeandgas.Whensomeoneentersthehouse,intelligentlighimprovethereliabilityofcontrol,simplifytheexternalcircuitandinternalcorealizethetransformationandincreaseofsystemcontrolfunctions,andautomaimprovefaultdetectionandalarm,whichis3Keywords:PLCprogrammablecontroller;Smarthome;TemperatureandhumidityRemotecontrol;Smokedete4 1 2第1章緒論 1 1 1 2 3 3 2.3上位機(jī) 62.4組態(tài)軟件 第3章智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 7 8 93.4聲光報(bào)警 第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.2液晶顯示 5 4.3組態(tài)仿真 4.3.1組態(tài)軟件概述 4.3.3組態(tài)畫面的建立 4.3.5建立主畫面 第6章結(jié)論 1第1章緒論1.1課題研究背景及意義隨著人們生活水平的不斷提高，人們不斷的對(duì)居住環(huán)境提出更高的要求，越來越注重家庭生活中每個(gè)成員的舒適、安全與便利，因此從市場(chǎng)需求的角度看，智能家居必然是前景廣闊1]。在我國(guó)的智能市場(chǎng)上，主要呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各大、中、小廠家各自為政，種類繁多且互不兼容的產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，形成春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代諸侯爭(zhēng)霸的分割局面。廠家多集中在東部沿海地區(qū)，且沒有形成規(guī)模化生產(chǎn)，產(chǎn)品銷量不大，與國(guó)外產(chǎn)品相比品沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和內(nèi)地大中城市的市場(chǎng)活躍，人們大多接受智能家居的概念；北方和西部地區(qū)則遜色許多，但是市場(chǎng)潛力巨大。實(shí)際生活當(dāng)中的家居智能化與理想的智能化差距甚大。隨著未來幾十年的蓬勃發(fā)展，將使智能化家具系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)于智能化家具的研究，將在理論上推動(dòng)智能化技術(shù)在家具領(lǐng)域的縱深發(fā)展，并為各類智能化家具新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供一定理論依據(jù)，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，大大豐富并充實(shí)了家具系統(tǒng)理論。到目前為止，國(guó)內(nèi)外尚未有學(xué)者進(jìn)行智能化家具的系統(tǒng)研究，因此以此作為主要研究?jī)?nèi)容具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。1.2國(guó)內(nèi)外智能家居的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)人類在追求高度物質(zhì)文明的同時(shí)，更加追求環(huán)境綠色化、生活信息化。安全、舒適、方便、現(xiàn)代的家居環(huán)境已成為21世紀(jì)居家生活的象征。進(jìn)入21世紀(jì)，日新月異的現(xiàn)代科技的力量，打破了傳統(tǒng)的時(shí)空界限，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和層出不窮的信息技術(shù)，改變了人類的生產(chǎn)、生活方式，科技正以超乎想象的速度深刻地影響著人類的思維模式和生存狀態(tài)。住宅作為人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，必將受到信息技術(shù)的沖擊和影響，傳統(tǒng)住宅己不能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)其使用功能及其所能提供的環(huán)境的更高要求，未來住宅應(yīng)是高科技與傳統(tǒng)技術(shù)的有機(jī)融合體：不僅功能齊全、居住舒適、使用方便，而且安全節(jié)能，有益人類健康和自然生態(tài)環(huán)境21。目前，智能技術(shù)在家具行業(yè)中已經(jīng)得到初步應(yīng)用，一些智能化家具的雛形或前期產(chǎn)品己經(jīng)出現(xiàn)。國(guó)外，如愛爾蘭的蘭開斯特大學(xué)與蘇黎世、德國(guó)、瑞典及芬蘭等學(xué)府合作，開發(fā)了一系列“智能家具”。用“智能沙發(fā)”可以開啟電視機(jī)、激活電話錄音機(jī)，還可以認(rèn)出是誰(shuí)坐在沙發(fā)上，懂得說歡迎辭，甚至根據(jù)輸入的程序自動(dòng)喚醒躺在特定位置的病人。“智能書架”會(huì)在2負(fù)荷過重時(shí)做出投訴“智能藥品柜”會(huì)在藥物過期時(shí)發(fā)出警告。美國(guó)紐約現(xiàn)代博物館展館中央放著一張智能化桌子，里面裝了多個(gè)芯片及多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，通過感應(yīng)手的動(dòng)作，控制有信息裝置的特定物體。德國(guó)烏爾姆大學(xué)的一個(gè)研究小組研制出了一種智能輪椅，它是通過一個(gè)高度發(fā)達(dá)的導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，這一系統(tǒng)利用它的傳感器和激光儀連續(xù)不斷地搜索其周圍的障礙物，利用一個(gè)小型計(jì)算機(jī)分析出如何選擇穿過人群的路線。這種輪椅能自動(dòng)穿過擁擠的火車站大廳，我國(guó)在智能化家具方面也作了一些初步探索，有些先進(jìn)家具企業(yè)也開發(fā)了一些簡(jiǎn)單的智能化家具產(chǎn)品。智能化家具必然是世紀(jì)發(fā)展的趨勢(shì)。例如，深圳市大富豪實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，正報(bào)、能夠定時(shí)自動(dòng)彈起的懶漢床、能夠接受聲音指令的智能按摩床、能教人化妝的梳妝臺(tái)等等眾多新款智能家具。這些家具之所以具有智能，除了傳感器和硬件控制電路以外，PLC發(fā)揮了總之，我國(guó)的家具智能化水平還處在起步和嘗試階段，具體表現(xiàn)在基礎(chǔ)比較薄弱、技術(shù)含量低等方面。國(guó)內(nèi)家具智能化的研究?jī)H僅停留在概要性論述和一些簡(jiǎn)單產(chǎn)品開發(fā)的層面上，缺1.2.2智能家居的發(fā)展趨勢(shì)我們都知道，智能家居目前已取得了初步的成功，但是離“智能化”還有很長(zhǎng)的距離，智1.網(wǎng)絡(luò)化每一個(gè)大大小小的家電都有固定的網(wǎng)絡(luò)地址，可以隨時(shí)控制，網(wǎng)絡(luò)化是信息技術(shù)、通信技2.智能化、人性化發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，家居的智能化也必然向智能化方向發(fā)展；智能家居是IT技術(shù)(特別是計(jì)算機(jī)技術(shù))、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù))向傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)3.節(jié)能環(huán)保智能化的本質(zhì)之一是降低成本和提高效率，節(jié)能是降低4.一體化3未來的家居智能化將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理、安全防范監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、對(duì)講呼叫以及設(shè)備監(jiān)控等多種功能的集成，以降低成本并提升用戶體驗(yàn)。這一趨勢(shì)將會(huì)成為未來家居智能化領(lǐng)域的主由于智能家居發(fā)展較晚，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還在制定之中，規(guī)范化、PLC是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)控制模式。它采用通用或?qū)Ｓ玫腃PU處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)基本的運(yùn)算和存儲(chǔ)功能。與傳統(tǒng)的連線元件和活動(dòng)元件控制方式相比，PLC的連線要求較低，使用的連線量少，維修簡(jiǎn)單快捷。在設(shè)計(jì)過程中，PLC采用了信息保護(hù)恢復(fù)、故障診斷、斷電保護(hù)、冗余設(shè)計(jì)等模式，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。此外，PLC操作和編程過程相對(duì)簡(jiǎn)單，編程語(yǔ)言發(fā)生錯(cuò)誤率較低，能夠?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)器內(nèi)容的可靠保護(hù)。這些優(yōu)點(diǎn)使得PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在軟件設(shè)計(jì)中采用了軟件自診斷、簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言、軟件慮波等編程處理方式，軟件系統(tǒng)可靠性強(qiáng)。PLC能夠進(jìn)行程序的輸入和更改，技術(shù)人員可以依據(jù)所需的地址依據(jù)節(jié)點(diǎn)及時(shí)尋找更改位置，能夠提高更改效率。利用系統(tǒng)的自診斷功能能夠在發(fā)生故障的情況下及時(shí)診斷，有助于控制人員確定故障位置，提高維修的效率。另外，PLC采用了信息保護(hù)恢復(fù)、故障診斷、斷電保護(hù)、冗余設(shè)計(jì)等模式，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。連線要求較本次設(shè)計(jì)研發(fā)的是一款方便、智能的家居系統(tǒng)，能夠連接網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)室內(nèi)氣溫、室內(nèi)濕度等，并在LCD液晶屏上實(shí)時(shí)顯示，根據(jù)不同的氣溫給出最優(yōu)搭配。第2章研究技術(shù)概述傳感器技術(shù)是一種將感知信號(hào)轉(zhuǎn)換為可讀取的電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的技和監(jiān)測(cè)物理量、化學(xué)量和生物量等不同類型的參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的4傳感器技術(shù)的主要組成部分包括傳感器元件、信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)輸是傳感器的核心部件，可以將被測(cè)量物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路可以對(duì)傳感器元件的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、線性化等處理，使得信號(hào)能夠更加穩(wěn)定和可靠。信號(hào)輸出電傳感器技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛。例如，溫度傳感器可以用于測(cè)量物體理、熱處理、醫(yī)療和食品加工等領(lǐng)域。濕度傳感器可以測(cè)量空氣器、干燥機(jī)等領(lǐng)域。壓力傳感器可以測(cè)量氣體或液體的壓力，應(yīng)汽車工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。光學(xué)傳感器可以測(cè)量光線的強(qiáng)度、顏色量、光學(xué)通信、醫(yī)療診斷和智能家居等領(lǐng)域。生物傳感器可以檢測(cè)生物總之，傳感器技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，對(duì)于推在20世紀(jì)60年代的汽車制造業(yè)，傳統(tǒng)繼電接觸器控制裝置廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。這套裝置設(shè)備體積龐大，可靠性差，同時(shí)維護(hù)不便，而且成，接線十分復(fù)雜。一旦生產(chǎn)過程某一環(huán)節(jié)發(fā)生改變，控制裝置就生產(chǎn)工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)于汽車型號(hào)頻繁改進(jìn)，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)捉襟PLC應(yīng)運(yùn)而生。它開創(chuàng)性地引入程序控制功能，使計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域應(yīng)功能第一代1位處理器邏輯控制功能第二代8位處理器及存儲(chǔ)器第三代高性能8位微處理器及位片式微處理器聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展第四代16位、32位微處理器及高性能位片式微處理器網(wǎng)功能的多功能早期PLC僅僅是替代繼電器控制裝置完成順序控制、定時(shí)等任務(wù)，但是其簡(jiǎn)單易懂、安裝方便、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復(fù)使用的特點(diǎn)，使得PLC很快就得到了推廣應(yīng)用。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC的正式定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)5制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”PLC(可編程邏輯控制器)的組成形式通常包括以下幾個(gè)方面：CPU(中央處理器):負(fù)責(zé)PLC系統(tǒng)的整體控制和運(yùn)算，以及對(duì)輸入輸出設(shè)備的控制和調(diào)內(nèi)存：用于存儲(chǔ)PLC程序和數(shù)據(jù)，包括RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)和ROM(只讀存儲(chǔ)輸入模塊：用于將外部傳感器、開關(guān)等裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到PLC中，通常包括數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊。輸出模塊：用于將PLC中處理的信號(hào)輸出到外部執(zhí)行元件，如電機(jī)、燈、氣缸等，通常包括數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸出模塊。編程器：用于編寫、修改、上傳和下載PLC程序，通常包括電源：為PLC提供電源供應(yīng)，通常為AC或DC電源。分組成。每個(gè)部分都起著重要的作用，共同協(xié)作完成PLC的功能。其構(gòu)成如圖2-1所示。接觸閥接觸閥按鈕存儲(chǔ)器輸入單元輸出單元電源圖2-1PLC的組成PLC(可編程邏輯控制器)技術(shù)自1970年代初問世以來，經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)公司開發(fā)，主要應(yīng)用于汽車和機(jī)床等領(lǐng)域。它們采用了離散元件技術(shù)，用電氣繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，具有簡(jiǎn)單、可靠、易維護(hù)等特點(diǎn)。6第二代PLC(1980年代):第二代PLC采用了LSI集成電路技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的控制第三代PLC(1990年代):第三代PLC在處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等方面實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的升級(jí)和改進(jìn)，同時(shí)支持了更多的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，第四代PLC(2000年代至今):第四代PLC主要以功能更加豐富、集成度更高、安全性更的PLC技術(shù)將更加智能、高效、安全，為工業(yè)控制和自動(dòng)化帶來更多的價(jià)值和機(jī)遇。2.3上位機(jī)即便遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，操作人員仍可以通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)一即上位機(jī)一直接向生產(chǎn)設(shè)備發(fā)出控制指令的。上位機(jī)屏幕上可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示各種信號(hào)變化(液壓，水位，溫度等),便是人機(jī)PLC或PLC。2.4組態(tài)軟件在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI(人機(jī)接口軟件)應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、可靠性差；或者購(gòu)買專用的工控系統(tǒng)，通余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無(wú)法滿足用統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，一旦工業(yè)被控對(duì)象有變動(dòng)，就必須發(fā)周期長(zhǎng)；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同7第3章智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)智能家居控制系統(tǒng)主要是在家居中起到智能控制的目的，本系統(tǒng)分為主機(jī)部分和分機(jī)部分。系統(tǒng)的整體框圖如圖3-1。主機(jī)部分首先可以通過鍵盤輸入模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；其次，通過通訊模塊實(shí)現(xiàn)與分機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；然后，主控元件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)通過LCD顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；8分機(jī)部分是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，其功能主要是對(duì)家居的溫濕度進(jìn)行控制，包括電機(jī)控制窗簾打開、檢查到危險(xiǎn)煙霧和氣體時(shí)系統(tǒng)報(bào)警提醒室內(nèi)人員并開窗通風(fēng)排除危險(xiǎn)煙霧和氣體等，然移動(dòng)端PLC后險(xiǎn)煙霧和氣體傳感圈一個(gè)正確可行的硬件設(shè)計(jì)是智能家居系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵部分，它應(yīng)該在系統(tǒng)分析階段能夠確定功能目標(biāo)。此外，硬件設(shè)計(jì)還應(yīng)該與軟件開發(fā)相協(xié)調(diào)，以確保軟件設(shè)計(jì)的正確性和簡(jiǎn)潔性，并考慮在該硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件開發(fā)的可行性和難度。表3.1展示了S7-200系列的基本單元。型號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)640862個(gè)擴(kuò)展模塊7個(gè)擴(kuò)展模塊7個(gè)擴(kuò)展模塊7個(gè)擴(kuò)展模塊9++dO+MI◎在本篇論文中，我們選擇采用CUP226作為控制器。該控制器具有24個(gè)輸入和16個(gè)輸出，共計(jì)40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。此外，該控制器還支持最多7個(gè)擴(kuò)展模塊，可以將數(shù)字量IO點(diǎn)擴(kuò)展至248個(gè)，或?qū)⒛M量IO點(diǎn)擴(kuò)展至35個(gè)。該控制器具有26K字節(jié)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。它還配備了6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2個(gè)獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出和PID控制器。此外，該控制器還具有兩個(gè)RS485通信/編程端口，支持PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議以及自由方式通信能力。該控制器的IO端子排易于整體拆卸。它適用于要求較高的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和內(nèi)部集成的特殊功能。它可以完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)的需求。61在本系統(tǒng)中，我們選擇使用LCM128645ZK液晶顯示模塊。它包含了8192個(gè)1616點(diǎn)的中文字型和128個(gè)168半寬的字母符號(hào)字型，可用于顯示中文和英文。此外，它還提供了一個(gè)64256點(diǎn)的繪圖區(qū)域GDRAM用于繪制圖像，以及4組軟件可編程的1616點(diǎn)陣造字功能。該模塊的電源操作范圍為2.7V-5.5V,采用了低功耗設(shè)計(jì)以滿足產(chǎn)品的省電要求。同時(shí)，該模塊與PLC等微控制器的接口界面靈活，可支持并行8位/4位和串行3線/2線等三種模式。中文液晶顯示模塊具有上/下/左/右移動(dòng)當(dāng)前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標(biāo)顯示/閃爍控制命令及關(guān)閉顯示命令。預(yù)留多種控制線(復(fù)位/串并選擇/亮度調(diào)整)供用戶靈活使用。LCM128645ZK的引腳說明如表3-2。引腳名稱方向說明1×地2××4I片選(串行)0:禁止1:允許5I讀寫控制腳(并行)0:寫入1:讀輸入串行數(shù)據(jù)(串行)6I7數(shù)據(jù)線08數(shù)據(jù)線19數(shù)據(jù)線2數(shù)據(jù)線3數(shù)據(jù)線5數(shù)據(jù)線6數(shù)據(jù)線7I×未用I復(fù)位信號(hào)，低有效××背光正極×背光負(fù)極當(dāng)PSB引腳接高電時(shí)(即短路電阻位于模塊背面的“P”側(cè)),液晶顯示模塊將會(huì)進(jìn)入并行使用RS、RW、E和DB0..DB7等接口來完成傳輸動(dòng)作。在4位傳輸模式下，每一個(gè)8位的指令或數(shù)據(jù)都將被分為兩組：較高4位(DB7DB4)的數(shù)據(jù)將會(huì)被放在第一組的(DB7DB4)部分，而較低4位(DB3DBO)的數(shù)據(jù)則會(huì)被放在第二組的(DB7DB4)部分。需要注意的是，在4位在“S”側(cè)),模塊將進(jìn)入串行傳輸模式。在串行傳輸模式下，可以選擇3線或2線接口，3線接口包括RS、R/W、和單個(gè)數(shù)據(jù)線(SDA),而2線接口只有SDA和時(shí)鐘線(SCL)。具體來說，在3線接口下，主控制器通過RS和R/W位選擇讀或?qū)懖僮鳎⒃赟DA線上傳輸數(shù)據(jù)；而在2線接口下，主控制器通過SCL時(shí)鐘線控制數(shù)據(jù)傳輸，SDA線用于傳輸數(shù)據(jù)。在串行傳輸模式下，每個(gè)字節(jié)的傳輸分為兩部分，先傳輸高4位(D7-D4),然后再傳輸?shù)?位(D3-DO),同時(shí)在傳輸每個(gè)字節(jié)之前需要發(fā)送起始位和結(jié)束位。字節(jié)間的傳輸需要在起始3.4聲光報(bào)警該系統(tǒng)的聲光報(bào)警電路由蜂鳴器和四個(gè)不同顏色的小燈組成。蜂鳴器連接在擴(kuò)展I/O口的PA0位上，可以根據(jù)不同情況(如火災(zāi)或氣體泄漏等異常情況),從PA0位輸出不同頻率的電平信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警。另外，三個(gè)光報(bào)警小燈與PA口的PA1-PA4三位相示鍵盤設(shè)置指示，紅色小燈表示火災(zāi)報(bào)警，黃色小燈表示氣體泄漏報(bào)警。聲光報(bào)警電路與8255A煙霧報(bào)餐報(bào)警燈報(bào)警聲音圖3-3聲光報(bào)警連線圖本系統(tǒng)使用直流電動(dòng)機(jī)作為家居窗簾的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由3.6V電池供電。該電機(jī)具有雙穩(wěn)態(tài)高效節(jié)能的特點(diǎn)，在開啟或關(guān)閉后可自保持，無(wú)需持續(xù)供電。控制端接在8255A芯片的PC4位上，當(dāng)PC4輸出低電平時(shí)，電路關(guān)閉；當(dāng)PC4輸出高電平時(shí)，電路開啟。通過控制電路，PLC控制NNW9UW9M圖3-4電機(jī)控制電路3.6傳感器熱電偶是一種感溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。EM231是西門子公司推出的一款數(shù)字輸入/輸出模塊，其外形為一個(gè)小型插入式模塊，尺寸可獨(dú)立編址，用于連接開關(guān)、按鈕、傳感器、執(zhí)行器等數(shù)字設(shè)備。模塊的通訊接口為PROFIBUS-DP和MPI,可以方便地與西門子PLC進(jìn)行通訊。該模塊的輸入電壓范圍為DC24V,具有反接保護(hù)和過載保護(hù)等功能，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。EM231模塊廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、智能制造等領(lǐng)域。從1988年1月1日起，我國(guó)開始按照國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶和熱電阻，其中規(guī)定了7種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶類型：S、B、E、K、R、J、T。本系統(tǒng)采用K型熱電偶進(jìn)行溫度檢測(cè)，熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換為0~41mV的電壓信號(hào)。為了將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，系統(tǒng)采用西門子的EM2314TC模擬量輸入模塊進(jìn)行配置。用戶可以通過EM231模塊下部的DIP開關(guān)進(jìn)行熱電偶類型、斷線檢查、測(cè)量單位、冷端補(bǔ)償和開路故障方向等方面的選擇，非常方便。如圖3-5所示。見表3-4。為了使DIP開關(guān)設(shè)置起作用，用戶需要給PLC的電源斷電再通電表3-3熱電偶類型選擇熱電偶類型J(默認(rèn))000K001T010E011R100S101N110111表3-4熱電偶其他設(shè)置功能熔斷方向正向標(biāo)定0負(fù)定方向1斷線啟動(dòng)斷線測(cè)量電流01攝氏0華氏1冷端啟用冷端補(bǔ)償啟用01第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)“軟件”是系統(tǒng)控制的靈魂，靈活性很強(qiáng)，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求和功能而變化。在硬件結(jié)構(gòu)一定的情況下，智能性都是由軟件實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能程序分別編寫和調(diào)試。各模塊調(diào)試成功后，再將所有模塊連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)的軟件。這樣的設(shè)計(jì)有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于編程、調(diào)試、維護(hù)及協(xié)作。4.1軟件開發(fā)環(huán)境的介紹英語(yǔ)鷹樊莉AccessPointoftheApplication:InterfaceParameterAssicmmmNetwork)XX圖4-2通信設(shè)置界面如果您希望更改編程軟件的語(yǔ)言，您可以在軟件主界面的工具欄中選擇“tools”目錄下的“option”選項(xiàng)。在彈出的界面中，選擇“general”,然后在右下角可以選擇您希望使用的語(yǔ)言，如圖4-3所示。X-DefaultEditor-InternationlrProgringMode-圖4-3語(yǔ)言重設(shè)界面4.2液晶顯示LCD液晶顯示模塊的程序設(shè)計(jì)需要先進(jìn)行初始化設(shè)置，詳見附錄E程序1。串行接口傳輸時(shí)需要注意以下工作時(shí)序：在片選CS設(shè)為高電位時(shí)，才能接收到同步時(shí)鐘線SCLK輸入的信號(hào)。而當(dāng)片選CS設(shè)為低電位時(shí)，模塊的內(nèi)部串行傳輸計(jì)數(shù)和串行數(shù)據(jù)將被重置，同時(shí)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)計(jì)數(shù)也將被重設(shè)回第一位。模塊選擇腳CS可以被固定接到高電位。模塊的同步時(shí)鐘線SCLK具有獨(dú)立的操作，但是當(dāng)有連續(xù)多個(gè)指令需要傳輸時(shí)，必須確保等待一個(gè)從一個(gè)完整的串行傳輸流程來看，首先需要傳輸起始位，即五個(gè)連續(xù)的“1”(同步位串),在起始位元組時(shí)，傳輸計(jì)數(shù)將被重置并且串行傳輸將被同步。接下來的兩個(gè)BIT分別指定傳輸方向位RW及暫存器選擇位RS,最后一個(gè)BIT為“0”。在接收到起始位元組后，每個(gè)指令/數(shù)據(jù)將分為兩組接收：較高4位元(DB7DB4)的指令數(shù)據(jù)將被放在第一組的LSB部分，而較低4位元(DB3DBO)的指令數(shù)據(jù)則會(huì)被放在第二組的LSB部分，其余四位均為0。部分，其余四位均為0。圖4-4串行控制界面時(shí)序子程序入口子程序返回圖4-5液晶模塊顯示初始化流程圖4.2.1系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)塊用于設(shè)置S7-200CPU的系統(tǒng)選項(xiàng)和參數(shù)等。在更改系統(tǒng)塊后，需要將新的設(shè)置下載到CPU中才能生效。在本設(shè)計(jì)中，PL以通過系統(tǒng)塊進(jìn)行設(shè)置。另外，通信端口的設(shè)置也需要使用地址1,如圖4-7所示。以通過系統(tǒng)塊進(jìn)行設(shè)置。另外，通信端口的設(shè)置也需要使用地址1,如圖4-7所示。SystemBlockGapUpdateFactor:10田Conficurationpuretersmustbedownloadedbeforetheytakeeffect.口MichestAdress:31圖4-6“系統(tǒng)塊對(duì)話框”0X圖4-7通信端口設(shè)置4.3組態(tài)仿真組態(tài)軟件是專門用于數(shù)據(jù)采集和過程控制的軟件，提供了通自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能。這種軟件通常被稱為人機(jī)接口軟件(HMI)、人機(jī)界面軟件(MMI)或監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件(SCADA)。國(guó)內(nèi)外主要的組態(tài)軟件產(chǎn)品包括：公司的Wincc軟件、亞控公司的組態(tài)王、華富計(jì)算機(jī)公司的Controx軟件、力控公司的4.3.2組態(tài)王的介紹組態(tài)王是一種功能豐富的人機(jī)接口/監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件，屬于眾多組態(tài)軟件之一。它可用于工業(yè)自動(dòng)化過程控制和管理監(jiān)控，提供了廣泛的功能和工具采集方式。它提供了集成、靈活、易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，能夠自動(dòng)化應(yīng)用，來連接、傳遞和記錄實(shí)時(shí)信息。使本論文的組態(tài)軟件采用亞控公司的組態(tài)王6.53版本。組態(tài)軟件提供了可視化監(jiān)控畫面，包括動(dòng)畫，實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線，歷史趨勢(shì)曲線，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表，歷史數(shù)據(jù)報(bào)表報(bào)警窗口，配方管理等等的功能。可方便地監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行。并可在在線4.3.4創(chuàng)建項(xiàng)目雙擊組態(tài)王的快捷方式，出現(xiàn)組態(tài)王的工程管理器窗口，雙擊新建文件(E)視圖(V工具(I)幫助(H)YⅢ圖4-8新建工程畫面1)新建畫面在組態(tài)王的工程管理器中，您可以通過雙擊“新建”來創(chuàng)建新畫面括畫面名稱、注釋、位置、風(fēng)格、類型和背景顏色等，如圖4-9所示。設(shè)置完畢后，單擊“確定”按鈕即可創(chuàng)建畫面并自動(dòng)打開。在畫面工具欄中，您命令語(yǔ)言..命令語(yǔ)言..畫面寬度1024畫面高度692細(xì)邊框C粗邊框確定取消新畫面廠標(biāo)題桿區(qū)大小可變背景色類型C替換式彈出式顯示寬度|1019顯示高度|692頂邊后圖4-9新建畫面2)新建變量要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)S7-200進(jìn)行在線監(jiān)控，需要建立兩者之間的數(shù)據(jù)連接，并且需要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)據(jù)變量。數(shù)據(jù)變量分為兩類，一類是組態(tài)王內(nèi)部的內(nèi)存變量，另一類是與換的I/O變量。數(shù)據(jù)交換是雙向的，即一方數(shù)據(jù)發(fā)生變化，另一方的數(shù)據(jù)也會(huì)跟著變化。在創(chuàng)建數(shù)據(jù)連接前，需要先創(chuàng)建一些變量。例如，在本文中，PLC使用內(nèi)存VD30來存儲(chǔ)當(dāng)前實(shí)際溫在工程管理器中，可以點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)詞典”,然后雙擊右側(cè)窗口中的“新建”按鈕，填寫相應(yīng)的變量信息，并在“報(bào)警定義”中設(shè)置警報(bào)，如圖4-11所示。在組態(tài)王的數(shù)據(jù)詞典中創(chuàng)建好確定取消廠保存參數(shù)廠保存數(shù)值口成員類型：廠廠允許DDE訪問高級(jí)圖4-10定義畫面變量設(shè)置定義變量定義變量基本屬性報(bào)警定義|記錄和安全區(qū)|廠變化率5低低偏差□小偏差0廠大偏差口廠死區(qū)0C改變開->決開到關(guān)關(guān)->開關(guān)到開擴(kuò)展域2□界限值廠低低5C開通(1)開報(bào)警文本高0擴(kuò)展域1秒分時(shí)C圖4-11定義變量報(bào)警在該界面中，可以通過仿真實(shí)物設(shè)備的連接來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，具體操作是通過設(shè)置開關(guān)按扭和關(guān)閉按扭來實(shí)現(xiàn)的。在界面旁邊的指示燈上，綠色表示系統(tǒng)正在運(yùn)行，紅色表示系統(tǒng)已停止運(yùn)行，并且這些指示燈與Q0.0信號(hào)相對(duì)應(yīng)。智能家居展示圖智能家居展示圖參數(shù)區(qū)7圖4-12主畫面設(shè)置4.3.6建立數(shù)據(jù)報(bào)表在組態(tài)王中，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表是非常重要的，可以反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)的運(yùn)行情況，并監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)運(yùn)行狀況。要建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表，可以先選擇“報(bào)表工具”工具箱，在數(shù)據(jù)報(bào)表畫面中繪制報(bào)表，設(shè)置控件名為“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表”,并設(shè)定行數(shù)和列數(shù)。然后，要設(shè)置報(bào)表時(shí)間，可以在B4,C4單元中輸入“=Date($年，$月，$日)”和“=Time($時(shí)，$分，$秒)”,這樣B4就可以顯示當(dāng)前日期，C4中就可以顯示當(dāng)前時(shí)間。接著，要顯示變量的實(shí)際值，可以利用數(shù)據(jù)改變命令語(yǔ)言和報(bào)表函數(shù)，在A4單元中輸入ReportSetCellValue("實(shí)時(shí)報(bào)表",4,1,當(dāng)前實(shí)際溫度VD30)。這樣，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表就可以顯示當(dāng)前的實(shí)際溫度值。文件[E]編輥[E]字變量[.域]:本站點(diǎn)\當(dāng)前實(shí)際溫度VD30?全部函數(shù)系統(tǒng)...幫助..田報(bào)警組名稱田-關(guān)鍵字名稱()*/工業(yè)庫(kù)變量數(shù)學(xué)...控件...自定義...取消圖4-13命令語(yǔ)言設(shè)置第5章系統(tǒng)的抗干擾能力設(shè)計(jì)為確保智能家居控制系統(tǒng)在不同環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，采取了以下硬件抗干擾措施：安裝封閉盒子，使用鐵板來屏蔽外部電磁場(chǎng)的干擾。大量使用硬件電路來實(shí)現(xiàn)功能模塊，利用硬件電路的可靠性和穩(wěn)定性來提高整體電路的可布線合理，盡可能減少不利影響。加寬接地線以減少接地電阻。避免過長(zhǎng)的平行走線，減少布線的分布電容。元件排列有序、簡(jiǎn)潔，避免相鄰電路相互影響。利用RC電路吸收按鈕、機(jī)械開關(guān)等在操作時(shí)產(chǎn)生的火花。在主電源輸入端跨接電解電容和在集成電路電源引腳上并接高頻電容，以及在芯片的電源線(VCC)和地線(GND)間接入去藕電容，以提高系統(tǒng)的抗噪聲能力。[16]不使用的輸入端不允許懸空，應(yīng)將多余的輸入端與正電源或地相接。選擇正品元器件，使用前進(jìn)行必要的篩選，選擇抗震性能好、接合可靠、防松的接插件。在PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，程序及一些重要常數(shù)都存儲(chǔ)在ROM中，這為軟件抗干擾提供了良好的基礎(chǔ)。然而，控制系統(tǒng)受干擾后會(huì)導(dǎo)致PLC系統(tǒng)出現(xiàn)程序跑飛和非法死循環(huán)等問題，因此需要采取有效的措施進(jìn)行干擾防護(hù)。具體措施如下：1.為防止誤報(bào)警，對(duì)于報(bào)警開關(guān)信號(hào)，采取了多次讀取并進(jìn)行比較的方式，選擇占多數(shù)的狀態(tài)作為判定結(jié)果。對(duì)于機(jī)械開關(guān)抖動(dòng)而引起的干擾，采用了軟件延時(shí)的方法，在抖動(dòng)期間延時(shí)采樣以避免誤判。2.重要數(shù)據(jù)進(jìn)行程序復(fù)核，系統(tǒng)在程序執(zhí)行過程中對(duì)輸入的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，以確保數(shù)據(jù)的正確性。如果數(shù)據(jù)正確，則進(jìn)行相應(yīng)的處理，否則忽略該數(shù)據(jù)。3.指令冗余當(dāng)CPU受到干擾時(shí)，可能會(huì)將某些操作數(shù)誤認(rèn)為是指令碼而執(zhí)行，導(dǎo)致程序出現(xiàn)混亂。為避免這種情況，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中在一些對(duì)程序流程有重要決定作用的指令之間插入了兩條空指令，以確保任何不受控制的程序能夠迅速回到正確的執(zhí)行軌跡上。此外，對(duì)于那些對(duì)系