智能家居综合管理系统设计-图文

智能家居张路娟(1985,女,硕士研究生,研究方向为控制理论应用、智能楼宇。智能家居综合管理系统设计张路娟1,徐继宁2(1.北方工业大学控制理论与控制工程系,北京100144;2.北方工业大学自动化系,北京100144摘要:设计了一套基于主从站控制方式的智能家居综合管理系统。该系统以S7300PLC的控制器作为主站,分布式I/O设备ET200M作为从站,用WinCC作为上位平台管理软件。系统设计了不同的控制方案来满足不同用户的需求,并利用OPC技术实现了远程数据采集以及智能家居的综合管理,从而体现了该系统的完整性和互操作性。关键词:智能家居;综合管理系统;以太网;远程数据采集;主从控制方式中图分类号:TU855文献标志码:B文章编号:16748417(201104001704徐继宁(1970,女,副教授,研究方向为控制理论应用、信号控制分析和现场总线应用技术。0引言随着科学技术和人们生活水平的不断提高,对智能家居管理系统的发展也提出了更高的要求。智能家居集结构、系统、服务和管理及它们之间的最优化组合,为人们提供一个安全、高效、舒适、便利的生活环境。智能家居将室内的环境因素、照明、温湿度、防灾、安防等设备或系统,以集中监视、控制和管理为目的,将智能化子系统在物理上、逻辑上和功能上连接在一起,以实现信息综合、资源共享的功能[1]。针对家居系统监控点数量多和现场设备繁杂的控制特点,设计一个基于交互式操作系统的智能家居综合管理系统是必然的发展趋势。1智能家居综合管理系统的总体架构在实验楼内建立一个家居模拟环境,模拟家居控制系统的所有环境和应用设备,在该环境中搭建智能家居综合管理系统。根据控制对象和控制目标的不同,将室内各设备划分为多个子系统,分为环境监控子系统、安防控制子系统和供电控制子系统等。各子系统通过以太网集成到智能家居的综合管理平台[23],其系统结构图如图1所示。2智能家居综合管理系统的整体设计家居内各区域的信号分散且距离控制器较远,需要敷设很长的线缆,并且电磁干扰较大,所以该控制系统采用主从站控制方式,采用西门子公司的S7300PLC控制器作为主站,分布式I/O设备ET200M作为从站连接现场设备。S7300PLC控制器和STEP7编程软件以及上位机组态WinCC之间通过以太网TCP/IP进行通信[4]。由于家居内不同区域所需要的环境参数值不同,所以要分区、分模式控制,各区域的传感器的布置也不一样。在进行室内环境的调节时,需要有室外的环境参数作为参考量。2.1环境监控子系统环境监测的参数有温湿度值、光照度值和CO2含量。监测设备有温湿度传感器、光照度传感器、CO2探测器,控制设备为电动窗帘、加湿器、空调、LED冷光源、送风机等。17智能家居图1智能家居综合管理系统的结构图2.1.1环境参数设定为防止微小变化导致执行器频繁动作,把室内的环境参数控制在一个适当的范围内。具体的环境参数设定值如表1所示。表1环境参数的设定值房间光照度/lx温湿度(冬季温度/!湿度/(%温湿度(夏季温度/!湿度/(%CO2/∀10-6客厅150~35018~2030~5024~2630~50厨房500~70020~2230~5025~2735~551000~1500卧室100~30022~2450~6026~2840~50800~1200书房550~75021~2330~5023~2530~50卫生间100~30022~2545~6526~282.1.2控制流程为了满足不同的需求及节约能源,将家居内环境参数的调节分为不同的控制模式进行调节,不同区域的控制模式也不相同,以客厅的控制模式为例,如表2所示。表2客厅环境参数的控制模式模式光照度温湿度就餐模式普通模式回家模式会客模式影视模式睡眠模式普通模式离家模式预约模式关闭模式各区域不同控制模式的环境参数的控制流程类似,流程图如图2所示[6]。图2环境监控子系统的控制流程图2.1.3控制模式的判断使用OB1中的临时变量OB1_DATE_TIME18智能家居读取系统时钟,因为系统时钟占用8个连续字节,利用每个字节存放的不同内容来判断比较,即可知道当前具体的季节时间。回家模式和离家模式由门口处的红外探测器和进出门信号来判定,睡眠模式由床头处的按钮判定。系统时钟的8个字节存储的内容[5]如表3所示。表3系统时钟各字节存储内容字节01234567内容年月日小时分钟秒MSEC的后两位星期2.1.4环境参数的调节过程(1温湿度和CO2的调节。由于温湿度的调节需要一个过程才能达到设定的标准,所以通过预约模式在回家之前一段时间内就开始进行调节,各区域温湿度值的控制相互独立,也可以手动调节。处于离家模式时,各区域的温湿度值不进行调节;处于睡眠模式时,只调节卧室的温湿度值和CO2的含量。(2光照度的调节。当处于回家模式时,首先只要调节客厅的光照度,当需要进行做饭、阅读等活动时,再打开相应的按钮进行光照度调节。当处于离家模式或睡眠模式时,所有的LED灯、电动窗帘都关闭。用户还可根据自己的需要,通过用户窗口进行手动输入调节,以达到需要的效果。考虑到节能的设计,还要考虑窗帘和LED灯的先后执行顺序。光照度的调节涉及到LED灯的光照度的线性调节。2.1.5LED灯光照度线性调节的设计该系统中所用的LED灯管由288粒LED灯按照阵列形式(即6粒并联然后48串串联的矩阵形式进行布置。为实现灯光照度的线性调节,设计了专门的驱动控制器。该控制器用单片机实现,通过控制PWM波的占空比来调节LED的亮度。采用大功率LED驱动控制器SMD802作为PWM波的控制器。SM802可驱动上百个LED灯串联或数串LED。通过调节恒流值可以确保LED的亮度。SM802的调光原理:使能脚PWM_D采用脉宽调制的方法调节LED灯的亮度,同时兼作使能端,悬空时芯片无输出控制;引脚LD端可线性调压连续调节LED灯的输出电流,从而控制亮度。SM802的驱动电路原理图如图3所示。图3SM802驱动电路2.2安防控制子系统该控制子系统具有独立的数据库、操作台和服务器,由安防传感器、安防执行器、视频监控和门禁控制系统构成。控制模式分为布防和撤防。用门口处的红外探测器和进门信号来撤防,用门口处的红外探测和出门信号来布防。室内布置了红外探测、玻璃破碎、烟感和燃气泄漏传感器,各传感器的状态受室内主控制器的监控。当有人非法入侵,或发生火灾和燃气泄漏危险情况时,发出警报并作出相应的措施。如有火灾发生时,发出报警信号的同时触发喷淋系统进行灭火。当有燃气泄漏时,打开通风设施。室内的视频监控与门禁系统联动,当家庭成员回家后,监控设备自动断电;当家庭成员离家后,监控设备自动上电进行视频监控。安防系统各设备可以和家居系统总服务器实时通信,并接受其控制命令。2.3远程抄表子系统该控制系统使用了支持Modbus协议的DDS1366单相电子式电能表,利用OPC技术实现Modbus和OPC之间的转换,用WinCC作客户机实现远程电表的数据采集。下面介绍WinCC客户机和OPC服务器之间的配置[67]。(1WinCC客户机的必要配置:首先建立能相互识别的用户账号,再进行DCOM设置。(2OPC服务器的配置:一个账户没有密码,则不能建立通信,而且装有OPC服务器的计算机的用户名和密码与装有WinCC的计算机的19智能家居用户名和密码设置必须一致,否则无法建立正常的通信。利用WinCC中的条目管理器搜索OPC服务器(cycsOPCsystem1.00,然后浏览服务器就可以找该OPC服务器中的变量[8],从而可以采集远程电能表的数据。利用WinCC组态的效果图如图4所示。图4远程抄表子系统的组态图2.4供电控制子系统供电控制子系统由太阳能电池板方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜等设备组成。另外,该系统还有限荷保护和防雷装置,以保护系统设备的过负载运行,使其免遭雷击,维护系统设备的安全使用。系统结构图如图5所示。图5太阳能电源供电系统结构图该子系统的工作原理:白天,在光照条件下,通过太阳能板方阵形成方阵电压,使方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电。晚上,蓄电池组为逆变器提供输入电,通过逆变器的作用,将直流电转换成交流电,输送到配电柜,由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制,当蓄电池组馈电时,系统自动切换到市电,以保证室内各系统的正常供电。3结语该智能家居综合管理系统,能适应不同的环境变化,使控制软件和硬件设备之间进行高效的数据交换,提高系统的运行效率。该系统的特点主要集中在两点:#整体性,实现了家居环境各子系统独立的运行,又有机地集成在一个综合的管理平台上;∃异构性,利用OPC技术实现了远程数据采集。该系统不仅可应用于家居控制领域,在其他工业自动化领域也有一定的推广应用价值。[1]王波,卿晓霞.智能建筑导论[M].北京:高等教育出版社,2003.[2]李晓波.浅谈住宅小区智能化系统设计[J].山西建筑,2003,29(7:45.[3]侯海涛.国内外智能家居发展现状[J].建材发展导向,2004(5:9293.[4]刘锴,周海.深入浅出西门子S7300PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.[5]西门子(中国有限公司.A0019_TIME_DATE_STEP7[EB/OL].http:%/download/searchResult.aspx,2004.[6]西门子(中国有限公司.A0256如何配置OPCDcom[EB/OL].http:%/download/searchResult.aspx,2008.[7]西门子(中国有限公司.WinCC之OPC[EB/OL].http:%www.ad.siemens.co/download/searchResult.aspx,2009.[8]苏昆哲.深入浅出西门子WinCCV6[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.收稿日期:2010-11-03(下转第39页20供配电供消防电源,并能大大减少电缆投资。(3地埋变供电范围为1.2km时,埋地变及电缆综合投资最为合理。[1]王恒栋,王梅.综合管沟工程综述[J].上海建设科技,2004(3:3739.[2]胡敏华,蔺宏.市政共同沟规划原则及系统规划方法[J].深圳大学学报:理工版,2004,21(2:173176.[3]宋丽丽,张建强,秦淑辉.青岛河东路综合管沟工程设计[J].给水排水,2010,36(4:105110.[4]张红辉.上海市嘉定区安亭新镇共同沟工程设计[J].给水排水,2003,29(12:710.[5]高政.厦门市湖边水库市政共同沟设计[J].给水排水,2010,36(10:116119.[6]黄国庆.综合管沟电气设计[J].山西建筑,2007,33(3:172173.[7]杨莹.广州亚运城综合管沟电气工程设计[J].广东输电与变电技术,2009,11(4:6870.[8]孙磊,刘澄波.综合管廊的消防灭火系统比较与分析[J].地下空间与工程学报,2009,5(3:616620.[9]DL/T52212005城市电力电缆线路设计技术规定[S].[10]JGJ162008民用建筑电气设计规范[S].[11]GB500522009供配电系统设计规范[S].[12]任元会.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2005.收稿日期:2011-03-07DesignofPowerSupplyandDistributionSystemforPipeGalleryZHANGHao(ShanghaiMunicipalEngineeringDesignGeneralInstitute(GroupCo.,Ltd.,Shanghai200092,ChinaAbstract:Powersupplysystemwasimportantandessentialforsafeoperationofpipegallery.Buttherewasnouniformstandardforpowersupplysystemdesignofpipegallerycurrently.Thedesignmethodwasalsodifferentateverywhere.Throughanalysisofpipegalleryfunction,factorsthataffectthepipegallerysafeoperationandthetargetforpowersupplysystem,anewdesignprinciplethatpowersupplysystemdesignneedmeetreliableactionoffireequipmentineveryfirepreventiondistrictincaseoffirewereproposed.AndthisdesignprinciplewasalsoanalyzedwithpipegalleryofWuxiTaihuNewCity.Keywords:pipegallery;powersupplysystem;firefightingsystem;secondarysystem(上接第20页DesignofSmartHomeComprehensiveManagementSystemZHANGLujuan1,XUJining2(1.ControlTheoryandControlEngineering,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,China;2.AutomationDepartmen,tNorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,ChinaAbstract:Ansmarthomecomprehensivemanagementsystembasedonamasterslavecontrolmodewa