plc的家庭环境监测智能家居系统
【 key words 】PLC,c#,man-machine interface, family environment monitoring 目录
引言 1
一 、智能家居系统的背景及课题意义 2
（一）智能家居的背景 2
（二）智能家居系统的必要性 2
（三）本课题研究意义 2
二 、智能家居系统整体设计 2
（一）智能家居系统设计要求 2
（二）方案设计 2
（三）方案总结 3
（四）智能家居系统控制方案确定 3
三 、智能家居系统架构与设计 3
（一）PLC控制方式的选择 3
（二）OPC服务器的选择 4
（三）C#编程与上位机界面概述 5
（四）传感器的选择 9
（五）系统架构与设计 11
（六）PLC与传感器交互 13
（七） PLC编程 13
（八）传感器通信编程 15
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录： 20
引言
本文主要介绍智能家居系统中基于PLC的家庭环境监测，通过对智能家居系统以及本文所用到的PLC进行简单的介绍，通过设计一款合理友好的上位机界面，通过PLC实现对家庭环境实时监测。
在完成本课题过程中，主要学习了PLC的使用原理，提供RS485接口传感器的使用，相关协议的学习，OPC服务器的使用，C#语言的学习以及上位机界面的设计等。
通过三年来对课程的认真学习，以及课余时间对本文涉及到其他知识的学习。通过与老师同学的交流学习，认真完成了本课题的研究。在完成本课题过程中，既完成了学校毕业综合实践任务，又提高了自身综合能力与素养。
一 、智能家居系统的背景及课题意义
（一）智能家居的背景
近些年来，随着互联网技术的快速发展，物联网产业的兴起；作为物联网产业的代表，智能家居目前正进行快速长足的发展。智能家居系统通过物联网技术实现对家庭各个设备（如家庭影院，空调，洗衣机以及灯光设备和灯光照强度，温湿度等）进行监控，让
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过程中，既完成了学校毕业综合实践任务，又提高了自身综合能力与素养。
一 、智能家居系统的背景及课题意义
（一）智能家居的背景
近些年来，随着互联网技术的快速发展，物联网产业的兴起；作为物联网产业的代表，智能家居目前正进行快速长足的发展。智能家居系统通过物联网技术实现对家庭各个设备（如家庭影院，空调，洗衣机以及灯光设备和灯光照强度，温湿度等）进行监控，让用户随时随地对自己的家庭状态进行了解，达到整个家庭系统的自动化，网络化，信息化。
（二）智能家居系统的必要性
对于家庭环境的监测是智能家居至关重要的环节，是智能家居系统的基础，只有精确地实现对家庭环境的监测，才能进一步实现对家庭设备的控制。随着近年来城市化的快速发展，商品房的大量建造以及近年来大气环境的污染，人们对自身环境的关心不再是简单的温湿度监测，更加关注对自身健康的影响，比如甲醛的测量，PM2.5的监测；从而保证自己生活的环境安全健康。
（三）本课题研究意义
本文采用基于C#编写的上位机界面，易于编程，方便扩展，能够达到分布式网络测控，可以随时随地监控处于不同地理位置上家庭环境，并且可以直接嵌入到智能家居系统中，为以后整个智能家居系统的实现提供基础。同时C#编写的上位机界面更加美观，友好，更加适用于用户的使用，提高了系统的工作效率。
二、 智能家居系统整体设计
（一） 智能家居系统设计要求
本论文主要针对智能家居的电气控制部分的电路设计。通过智能家居系统对环境进行监测，从而保证自己生活的环境安全健康。
（二） 方案设计
方案一：单片机控制系统
方案分析：单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、控制灵活和使用方便等优点，可编写复杂的控制程序，但是单片机的程序开发周期长，自身保护能力弱，而且抗干扰性能差，在干扰强的环境下很容易发生死机，稳定性弱，不适合高频放电的场合。
方案二：PLC控制系统
方案分析：plc具有很多的优点。安装搬运实训装置控制系统若采用plc控制，体积小、重量轻、控制方式灵活、可靠性高、操作简单、维修容易。由于plc所具有的灵活性、模块化、易于拓展等特点。可以根据现场要求安装搬运实训装置的不同工作要求。安装搬运实训装置采用plc控制技术。可以大大提高该系统的自动化程度，减少了大量中间继电器、时间继电器和硬件连接，提高了控制系统的可能性。同时，有plc控制系统可方便地更改生产流程，增强控制功能。综上所述，安装搬运实训装置控制系统的控制方式选择流程控制。故适用于在家庭生活中的长期稳定使用。
（三）方案总结
方案一采用单片机控制系统，具有价格上的优势，但是设备的稳定性无法保证，所以不是最佳的选择；方案二采用PLC控制系统，具有很强的稳定性适用于在家庭生活中的长期稳定使用。是本次设计较好的选择。
（四）智能家居系统控制方案确定
本文通过C#编写上位机界面，运用OPCAutomation组件，以及相关的编程实现C#上位机与OPC服务器相交互，通过向OPC特定的字节发送命令与数据，由OPC服务器转发上位机命令到PLC中，然后再由PLC进一步控制各个传感器；同时传感器通过发送当前监测到的数据，发送给PLC，由OPC服务器转发给上位机，达到上位机对各个环境参数的实时显示。本文选用VS2010实现C#上位机编写，PLC选用S7-200 SMART，OPC服务器选用与PLC型号匹配的S7-200 PC Access Smart实现上位机与PLC的交互。通过选择特定的传感器，以及相应的交互协议，实现上位机实时控制与显示当前家庭环境各个参数。从而达到环境的实时显示。
图2-1 系统工作原理
三 、智能家居系统架构与设计
（一）PLC控制方式的选择
PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如图3-1所示：
图3-1 PLC的基本结构
本次PLC控制方式选用S7-200 SMART。
图3-2 S7-200 SMART
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引言 1
一 、智能家居系统的背景及课题意义 2
（一）智能家居的背景 2
（二）智能家居系统的必要性 2
（三）本课题研究意义 2
二 、智能家居系统整体设计 2
（一）智能家居系统设计要求 2
（二）方案设计 2
（三）方案总结 3
（四）智能家居系统控制方案确定 3
三 、智能家居系统架构与设计 3
（一）PLC控制方式的选择 3
（二）OPC服务器的选择 4
（三）C#编程与上位机界面概述 5
（四）传感器的选择 9
（五）系统架构与设计 11
（六）PLC与传感器交互 13
（七） PLC编程 13
（八）传感器通信编程 15
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录： 20
引言
本文主要介绍智能家居系统中基于PLC的家庭环境监测，通过对智能家居系统以及本文所用到的PLC进行简单的介绍，通过设计一款合理友好的上位机界面，通过PLC实现对家庭环境实时监测。
在完成本课题过程中，主要学习了PLC的使用原理，提供RS485接口传感器的使用，相关协议的学习，OPC服务器的使用，C#语言的学习以及上位机界面的设计等。
通过三年来对课程的认真学习，以及课余时间对本文涉及到其他知识的学习。通过与老师同学的交流学习，认真完成了本课题的研究。在完成本课题过程中，既完成了学校毕业综合实践任务，又提高了自身综合能力与素养。
一 、智能家居系统的背景及课题意义
（一）智能家居的背景
近些年来，随着互联网技术的快速发展，物联网产业的兴起；作为物联网产业的代表，智能家居目前正进行快速长足的发展。智能家居系统通过物联网技术实现对家庭各个设备（如家庭影院，空调，洗衣机以及灯光设备和灯光照强度，温湿度等）进行监控，让
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过程中，既完成了学校毕业综合实践任务，又提高了自身综合能力与素养。
一 、智能家居系统的背景及课题意义
（一）智能家居的背景
近些年来，随着互联网技术的快速发展，物联网产业的兴起；作为物联网产业的代表，智能家居目前正进行快速长足的发展。智能家居系统通过物联网技术实现对家庭各个设备（如家庭影院，空调，洗衣机以及灯光设备和灯光照强度，温湿度等）进行监控，让用户随时随地对自己的家庭状态进行了解，达到整个家庭系统的自动化，网络化，信息化。
（二）智能家居系统的必要性
对于家庭环境的监测是智能家居至关重要的环节，是智能家居系统的基础，只有精确地实现对家庭环境的监测，才能进一步实现对家庭设备的控制。随着近年来城市化的快速发展，商品房的大量建造以及近年来大气环境的污染，人们对自身环境的关心不再是简单的温湿度监测，更加关注对自身健康的影响，比如甲醛的测量，PM2.5的监测；从而保证自己生活的环境安全健康。
（三）本课题研究意义
本文采用基于C#编写的上位机界面，易于编程，方便扩展，能够达到分布式网络测控，可以随时随地监控处于不同地理位置上家庭环境，并且可以直接嵌入到智能家居系统中，为以后整个智能家居系统的实现提供基础。同时C#编写的上位机界面更加美观，友好，更加适用于用户的使用，提高了系统的工作效率。
二、 智能家居系统整体设计
（一） 智能家居系统设计要求
本论文主要针对智能家居的电气控制部分的电路设计。通过智能家居系统对环境进行监测，从而保证自己生活的环境安全健康。
（二） 方案设计
方案一：单片机控制系统
方案分析：单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、控制灵活和使用方便等优点，可编写复杂的控制程序，但是单片机的程序开发周期长，自身保护能力弱，而且抗干扰性能差，在干扰强的环境下很容易发生死机，稳定性弱，不适合高频放电的场合。
方案二：PLC控制系统
方案分析：plc具有很多的优点。安装搬运实训装置控制系统若采用plc控制，体积小、重量轻、控制方式灵活、可靠性高、操作简单、维修容易。由于plc所具有的灵活性、模块化、易于拓展等特点。可以根据现场要求安装搬运实训装置的不同工作要求。安装搬运实训装置采用plc控制技术。可以大大提高该系统的自动化程度，减少了大量中间继电器、时间继电器和硬件连接，提高了控制系统的可能性。同时，有plc控制系统可方便地更改生产流程，增强控制功能。综上所述，安装搬运实训装置控制系统的控制方式选择流程控制。故适用于在家庭生活中的长期稳定使用。
（三）方案总结
方案一采用单片机控制系统，具有价格上的优势，但是设备的稳定性无法保证，所以不是最佳的选择；方案二采用PLC控制系统，具有很强的稳定性适用于在家庭生活中的长期稳定使用。是本次设计较好的选择。
（四）智能家居系统控制方案确定
本文通过C#编写上位机界面，运用OPCAutomation组件，以及相关的编程实现C#上位机与OPC服务器相交互，通过向OPC特定的字节发送命令与数据，由OPC服务器转发上位机命令到PLC中，然后再由PLC进一步控制各个传感器；同时传感器通过发送当前监测到的数据，发送给PLC，由OPC服务器转发给上位机，达到上位机对各个环境参数的实时显示。本文选用VS2010实现C#上位机编写，PLC选用S7-200 SMART，OPC服务器选用与PLC型号匹配的S7-200 PC Access Smart实现上位机与PLC的交互。通过选择特定的传感器，以及相应的交互协议，实现上位机实时控制与显示当前家庭环境各个参数。从而达到环境的实时显示。
图2-1 系统工作原理
三 、智能家居系统架构与设计
（一）PLC控制方式的选择
PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如图3-1所示：
图3-1 PLC的基本结构
本次PLC控制方式选用S7-200 SMART。
图3-2 S7-200 SMART
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