基于PLC和GSM技术的智能家居远程控制系统

夏晶晶 刘丽静

【摘要】    根据人们日常家居生活中的实际需求，设计一种基于PLC和GSM技术的智能家居远程控制系统。主要对GSM短信收发模块、串口协议转换模块、远程控制窗及远程报警器进行了硬件设计。采用PLC编写了控制和通信程序，并在Android手机平台上，利用Eclipse软件开发了手机APP界面，用于用户与智能家居系统进行通信。通过硬件实验平台调试，验证了所设计智能家居远程控制系统的可行性。

【关键词】    GSM无线通信技术    智能家居    PLC    Android系统

随着国民经济和科学技术的不断提高，特别是计算机技术、控制技术、通信技术和网络技术等现代化技术的迅猛发展，人们对家居生活环境要求也越来越高[1-2]。这促使家庭日常生活的各个方面都朝着安全化、智能化、人性化、网络化、数字化的目标发展。智能家居就是在这种大形势下应运而生的。智能家居是计算机技术、自动化技术以及通信技术相结合的产物，能够自动控制、管理、监测家电设备，与用户实现即时通信。智能家居不仅具备传统家居的居住功能，还提供了高效安全、温馨舒适的高品质生活环境，把人们从日常生活的“劳动者”角色中解放出来，转变为智能家居生活的“管理者”，优化住户的生活质量。

一、系统介绍

本文设计的智能家居远程控制系统综合考虑了日常家庭生活中的实用性、安全性和可行性等方面，借助PLC技术、GSM短信技术和Android技术搭建而成。控制系统由PLC处理器、GSM短信收发模块、移动手机终端APP和串口通讯协议转换模块四部分构成。PLC处理器与GSM信息收发单元通过串口通讯协议转换模块进行通信，GSM信息收发单元与移动手机终端APP通过GSM网络进行通信，各自动化设备接受PLC处理器控制。系统结构图如图1所示。

系统工作时，PLC负责采集环境信息、控制自动化设备，GSM短信收发单元负责发送和接收监控信息，移动手机终端APP负责显示和发送监控信息，实现人机互动。用户需要向系统发送控制命令（如开关窗户命令）时，只需在移动手机终端APP中选择想要控制的自动化设备和动作，并生成指令、发送信息即可。终端APP会根据用户的选择自动生成命令代码，并通过用户手机以GSM短消息的形式发送到GSM短信收发单元上，再经由PLC核心处理器处理命令代码，最后控制自动化设备完成业主的控制命令。PLC核心处理器时刻采集家居环境信息，而在系统向用户报警（如火灾报警）时，通过GSM信息收发单元向用户的手机发送短信报警。

二、系统硬件设计

本系统硬件由工作部分和调试部分组成。工作部分即为本系统正常工作时的结构，包括PLC核心处理器、GSM短信收发模块、移动手机控制终端以及串口协议转换模块和各个家居自动化设备。

在本设计智能家居远程控制系统调试和运行时，系统的硬件连接图如图2所示。

2.1 GSM短信收发模块的硬件设计

本设计选用ALIENTEK公司设计生产的一款GSM/GPRS开发板ATK-SIM900A作为智能家居远程控制系统的GSM短信收发模块，该模块板载了SIMCom公司生产的双频GSM/GPRS芯片SIM900A，可以实现短信息收发、语音对话等信息传输功能[3]。

2.2串口协议转换模块的硬件设计

由于PLC自由口通讯是RS-485协议，而GSM模块SIM900A通讯协议是RS-232协议，因此需使用RS-485与RS-232通讯协议转换模块才能使PLC与GSM模块通过串口进行通信。本设计选用较为常用的MAX485芯片搭建RS-485与RS-232通讯转换模块。

2.3远程报警器的硬件设计

PLC选用西门子S7-1200，通过PLC的I/O口与各监测传感器连接，通过PLC串口通讯端口发送家居监测状态，同时接收远程手机APP的控制命令。

三、系统软件设计

3.1手机终端的软件设计

移动设备手机终端主要实现用户与系统之间的通信和交互等功能，用户可以通过移动设备终端实时接收家居报警信息，同时用户也可以使用移动设备终端APP远程控制家居自动化设备，如門窗、空调等。

本设计选择Android手机作为智能家居远程控制系统的终端设备[4]，使用Eclipse软件开发平台设计并制作了一个手机APP，用来方便用户与智能家居系统进行通信（图3）。

手机终端APP程序设计流程图如图4所示。程序开始运行时，先进行初始化操作，主要包括导入程序包、定义变量、寻找组件ID等操作。再读取用户选择的被控家用电器、指令动作、设定参数和目标号码等参数。用户在点击“生成短信内容”按钮后，会根据其各项选择在界面上显示生成的指令代码，再点击“发送短信”按钮后，即向目标号码发送短信。控制系统在收到短信指令后，立即做出相应动作。

3.2 PLC控制系统的软件设计

本设计智能家居远程控制系统中，控制程序完成远程报警器由烟雾报警器、煤气报警器等各种事故报警器的信号采集，实时监测室内环境信息，当出现火灾或煤气泄漏等安全隐患时，PLC收到报警器发出的信号，随后通过GSM模块给用户手机发送报警短信。

四、结束语

本文设计了一种基于PLC和GSM技术的智能家居远程控制系统。给出了系统结构框图及硬件连接图，并对GSM短信收发模块、串口协议转换模块、远程控制窗和远程报警器进行了相关硬件设计。利用PLC作为控制器，实现了PLC与GSM模块之间的通信，并编写了PLC控制程序;同时，选择Android手机作为智能家居远程控制系统的终端设备，并使用Eclipse软件平台设开发了一个手机APP软件，设计了远程控制窗和远程报警器的控制界面。通过硬件实验平台调试，验证了所设计智能家居远程控制系统的可行性，有效地解决了传统以单片机作为主控器的稳定性差、故障率高等问题，为智能家居远程控制系统的实际应用起到一定的促进作用。

参  考  文  献

[1]康泽威，张晓亚，陈元威.基于GPRS无线网络的智能家居远程控制系统设计[J].电子世界，2020，20.061：138-139

[2]孙晓叶，李攀，刘颖.基于物联网的智能家居远程控制系统设计与实现[J].电子技术与软件工程.2019，⑾：33

[3]甘振华.基于SIM900A的GPRS电能表远程采集模块设计[J].电子技术，2018，47⑷：32-36

[4]耿祥义，张跃平.Android手机程序设计使用教程[M].北京：清华大学出版社，2013