基于力控的智能自動(dòng)化家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析

王娜

摘要：隨著人們的生活水平的顯著提高，對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高，已經(jīng)不僅僅局限于傳統(tǒng)的“窗明幾凈”簡(jiǎn)單的享受了，對(duì)自動(dòng)服務(wù)型功能有了很大的需求。由此，借助大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景，智能家居系統(tǒng)便悄然的誕生，給人們的生活帶來(lái)了前所未有的便利，開(kāi)啟了現(xiàn)代家居的新體驗(yàn)?zāi)Ｊ?。智能家居系統(tǒng)的自動(dòng)化有兩部分組成，即自動(dòng)化管理系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)。本文將對(duì)力控的智能自動(dòng)化家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。

Abstract： With the significant improvement of people's living standards， the requirements for living environment have become higher and higher. It is no longer limited to traditional simple enjoyment， and there is a great demand for automatic service-type functions. As a result， with the background of the era of big data， the smart home system was quietly born， bringing unprecedented convenience to people's lives and opening up a new experience mode for modern homes. The automation of the smart home system consists of two parts， namely the automation management system and the automation control system. This article will analyze the design and implementation of intelligent automated home system based on force control.

關(guān)鍵詞：力控;自動(dòng)化;智能家居系統(tǒng);設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Key words： force control;automation;smart home system;design and implementation

中圖分類號(hào)：TU855? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）36-0218-02

0? 引言

隨著大數(shù)據(jù)發(fā)展的速度，人工智能成為社會(huì)生活的寵兒，各行各業(yè)對(duì)人工智能的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，在這樣的背景下智能家居系統(tǒng)自動(dòng)化誕生，在家居行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)一場(chǎng)技術(shù)的革命。智能家居系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)是目前當(dāng)前家居行業(yè)最前沿的技術(shù)，與人們的生活現(xiàn)代化相匹配的。尤其是力控軟件下的智能家居系統(tǒng)自動(dòng)化功能更具有獨(dú)特的功能，能夠自動(dòng)完成應(yīng)用數(shù)據(jù)的采集、家居相關(guān)設(shè)備控制以及完成一些基礎(chǔ)的智能家居控制功能，能讓人真正享受到現(xiàn)代化生活的完美感受。

1? 力控的智能自動(dòng)化家居系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

1.1 智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人們生活的不斷提高和數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能自動(dòng)化家居的模式受到人們的歡迎。為了讓這樣的科技成果服務(wù)于人們的生活，國(guó)家出臺(tái)了許多發(fā)展智能家居的政策，讓這個(gè)利民的新技術(shù)有了法規(guī)的支持。2006年召開(kāi)的“國(guó)際智能家居高峰論壇”上，各路的學(xué)者對(duì)智能家居進(jìn)行了全面深刻的研討，確立了智能家居的核心理念：以住宅為平臺(tái)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，通過(guò)通訊技術(shù)的支撐，對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行一體化管理的發(fā)展方向。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的樓市的不斷飆升也促進(jìn)了智能家居行業(yè)的發(fā)展。目前房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商在力圖打造高端樓盤(pán)和精品樓盤(pán)的策略，而“全屋智能家居系統(tǒng)”的配置就成了房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商最具科技感的亮點(diǎn)，吸引了年輕的購(gòu)房者和富人的注意力。可見(jiàn)，智能家居對(duì)現(xiàn)代人的吸引力是極大的，也將成為現(xiàn)代化生活不可或缺的元素。

1.2 力控智能家居系統(tǒng)的總體構(gòu)架

智能家居的概念是明確的，就是以住宅以及相關(guān)的生活設(shè)施為依托，利用新興的數(shù)據(jù)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、安全防護(hù)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，將家居生活電器設(shè)備、安全防護(hù)設(shè)備以及通信設(shè)備實(shí)行集成，進(jìn)行本地或者異地遠(yuǎn)程監(jiān)控和有效控制的智能化系統(tǒng)。智能家居的所要達(dá)到的目的就是現(xiàn)代家庭生活的自動(dòng)化和智能化。智能家居自動(dòng)系統(tǒng)有多種模式，用戶可以選擇其中的情景式模式，對(duì)居室里的燈光照明進(jìn)行一鍵控制，對(duì)音樂(lè)設(shè)備和各種傳感器進(jìn)行有效監(jiān)控。例如：在家里沒(méi)人的時(shí)候開(kāi)啟離家模式，便可以自動(dòng)控制家中的安防系統(tǒng)。其中最典型的就是遠(yuǎn)程控制的功能，人不管離家多遠(yuǎn)都可以用手機(jī)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)了解家里的情況，可以對(duì)家里的各種電器進(jìn)行控制。另外還有一個(gè)更實(shí)用的功能，例如：自動(dòng)門(mén)窗的開(kāi)合、溫濕度的掌握、火警和煤氣隱患的監(jiān)測(cè)等功能。整個(gè)系統(tǒng)的核心軟件是PLC控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，擴(kuò)展能力極強(qiáng)，編程卻是異常的簡(jiǎn)單，更具備在線修改程序以及極強(qiáng)的抗干擾能力，這些科技含量高又操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，成為和智能家居行業(yè)首選的系統(tǒng)。其中可編程控制器就像一只巧手編制成一張無(wú)形的網(wǎng)，把家里所有可控制的電器進(jìn)行鏈接組成一個(gè)整體，通過(guò)這個(gè)功能強(qiáng)大的管理系統(tǒng)，用戶可以實(shí)時(shí)掌握家里的情況，對(duì)家里的電器進(jìn)行有效的控制。而力控軟件下的智能自動(dòng)化家居更顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。組態(tài)軟件有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和圖表顯示能力，與PLC有機(jī)結(jié)合就是強(qiáng)強(qiáng)的聯(lián)合，具有無(wú)以比擬的優(yōu)勢(shì)。例如：傳感器可以實(shí)時(shí)對(duì)門(mén)窗以及家用電器等家用設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，可以得出動(dòng)態(tài)的狀況和濕度溫度等數(shù)據(jù)狀況，把這些數(shù)據(jù)信息送到PLC系統(tǒng)中，而組態(tài)軟件可將PLC中的數(shù)據(jù)信息隨時(shí)收集到電腦上，而且可以用圖形的動(dòng)態(tài)顯示出來(lái)，用戶可以查看。同時(shí)組態(tài)軟件可以把電腦中的按鈕數(shù)值傳輸給 PLC，開(kāi)啟控制數(shù)據(jù)的收集分析。智能家居最強(qiáng)大的功能在于遠(yuǎn)在外地的用戶可以通過(guò)手機(jī)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)查看家里的情況。

2? 基于力控的智能自動(dòng)化家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件是為自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)的平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境，而且會(huì)把各種信息采集過(guò)來(lái)，把數(shù)據(jù)信息以最容易理解的方式發(fā)布，最主要的方式是把信息轉(zhuǎn)化為圖形，以此實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和控制的終極目標(biāo)。 本文中所要分析的組態(tài)軟件為組態(tài)王。 組態(tài)王軟件由三個(gè)部分組成，即工程管理器、工程瀏覽器、畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)是整個(gè)監(jiān)控的平臺(tái)，智能家居各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控都要在這上面完成。整個(gè)設(shè)計(jì)方案很清晰明了：首先PLC 系統(tǒng)把現(xiàn)場(chǎng)收集來(lái)的信息和信號(hào)傳遞給組態(tài)王，組態(tài)王把信息生成數(shù)據(jù)和畫(huà)面在 PC 控制界面清晰顯示，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然，然后通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的控制與監(jiān)控，如果被監(jiān)控的對(duì)象有異常，就可以做出故障報(bào)警、報(bào)表和曲線。智能自動(dòng)家居系統(tǒng)與力控軟件結(jié)合，目標(biāo)功能有以下幾個(gè)。第一點(diǎn)，實(shí)時(shí)顯示功能，采集歸納用戶輸入的需要服務(wù)的設(shè)備的數(shù)據(jù)，比如燈光、家用電器、窗簾、房間以及電器的溫度和濕度的信息，通過(guò)對(duì)信息的分析實(shí)時(shí)顯示燈光明暗開(kāi)關(guān)、窗簾是拉是合、溫度濕度的數(shù)據(jù)等。第二點(diǎn)，故障報(bào)警功能，當(dāng)家居的某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)顯示運(yùn)行的異常，開(kāi)始啟動(dòng)報(bào)警功能，引起用戶的注意。第三點(diǎn)，數(shù)據(jù)報(bào)表查詢以及打印功能，實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析，準(zhǔn)確顯示目前的設(shè)備狀態(tài)。第四點(diǎn)，實(shí)時(shí)的歷史曲線生成功能，可以顯示實(shí)時(shí)的家居狀態(tài)，并且可以一目了然不同時(shí)間室內(nèi)溫度和濕度的不同變化。

2.1 智能自動(dòng)化家居系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程

開(kāi)發(fā)工程并不復(fù)雜，第一步是打開(kāi)“組態(tài)王”工程管理器，對(duì)工程進(jìn)行構(gòu)建，選擇需要的工程路徑，把工程的名稱輸進(jìn)去同時(shí)進(jìn)行任務(wù)的描述，點(diǎn)擊“完成”;第二步是進(jìn)入“組態(tài)王”工程瀏覽器，對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體步驟是這樣：首先對(duì)新畫(huà)面進(jìn)行定義，然后根據(jù)定義創(chuàng)建新畫(huà)面，緊接著是定義變量，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行構(gòu)造、鏈接動(dòng)畫(huà)以及設(shè)置通信，最后調(diào)試運(yùn)行功能。

2.2 智能自動(dòng)化家居系統(tǒng)運(yùn)行工程

把系統(tǒng)運(yùn)行的界面打開(kāi)，再進(jìn)入登錄界面，只有登錄成功后才可以下一步的操作，而系統(tǒng)的核心功能就是監(jiān)控的主界面，家居系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示作用、參數(shù)的設(shè)定過(guò)程都必須通過(guò)主畫(huà)面來(lái)顯示的。系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)都是通過(guò)一個(gè)指示燈來(lái)顯示的，通過(guò)這個(gè)燈顯示的顏色判斷設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。設(shè)備被打開(kāi)就顯示綠燈，紅燈是表示設(shè)備已經(jīng)關(guān)閉了。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，報(bào)警指示燈馬上就會(huì)從綠色變成紅色;在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查維護(hù)的時(shí)候，就必須將設(shè)備的自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換到手動(dòng)控制。系統(tǒng)里有條實(shí)時(shí)趨勢(shì)線，這個(gè)功能是對(duì)室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)控的，系統(tǒng)有設(shè)定值，當(dāng)溫度和濕度超出這個(gè)數(shù)值，就要及時(shí)啟動(dòng)空調(diào)、加濕器或者空氣烘干器對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。

2.3 智能自動(dòng)化家居系統(tǒng)通信設(shè)置

通信運(yùn)行的協(xié)調(diào)性是智能自動(dòng)化系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。具體要求是上位機(jī)的組態(tài)王要通過(guò)與下位機(jī) PLC進(jìn)行有效溝通才能完成任務(wù)，這個(gè)任務(wù)就是互相通信才可以采集參數(shù)并進(jìn)行顯示，并且要把用戶的需求信息輸?shù)?PLC系統(tǒng)，然后進(jìn)行自動(dòng)控制。 力控的組態(tài)王不僅要與 PLC 進(jìn)行通訊，關(guān)鍵點(diǎn)是設(shè)置組態(tài)王的參數(shù)，使組態(tài)王通信參數(shù)與 PLC 的訊參數(shù)沒(méi)有任何差異。

3? 力控與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)合下的能節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

不管是組態(tài)系統(tǒng)還是其他系統(tǒng)，在應(yīng)用到家居自動(dòng)化系統(tǒng)的時(shí)候，都離不開(kāi)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的合作，這是家居自動(dòng)化系統(tǒng)客戶需求最大的亮點(diǎn)，就是客戶在外對(duì)家居的管控必須用手機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。移動(dòng)應(yīng)用戶端的設(shè)計(jì)載體如果是 Android 系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)是明顯的，會(huì)最大限度地提高移動(dòng)應(yīng)用端處理數(shù)據(jù)的能力，徹底改變傳統(tǒng)智能家居的缺陷，而且android asynce http 的模式，有效降低了數(shù)據(jù)壓縮的壓力。以節(jié)能提醒為例進(jìn)行說(shuō)明。在力控智能自動(dòng)化的系統(tǒng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的過(guò)程中，最節(jié)能的算法就是智能家居待機(jī)的規(guī)律掌握，也是在移動(dòng)應(yīng)用端和節(jié)能提醒系統(tǒng)算法的關(guān)鍵技術(shù)。也就是說(shuō)，制定待機(jī)時(shí)間的依據(jù)是 Android 系統(tǒng)客戶端傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息是經(jīng)過(guò)智能家電傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的，也就是所說(shuō)的待機(jī)時(shí)間，單位是小時(shí)/h。例如：倘若設(shè)置星期一零點(diǎn)到三點(diǎn)的待機(jī)時(shí)間，那么在 0 點(diǎn)到 9 點(diǎn)這段時(shí)間里智能家電都是處在待機(jī)狀態(tài)，這時(shí)候的功率消耗特別的低，可以在記錄表中記錄為8，也就是說(shuō)家電的待機(jī)時(shí)間是8個(gè)小時(shí)。以此類推，設(shè)立為1點(diǎn)開(kāi)始就有七個(gè)小時(shí)的待機(jī)時(shí)間。而想要求標(biāo)準(zhǔn)差和方差，必須根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)點(diǎn)的決策樹(shù)進(jìn)行演算，得出這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的 90% 置信區(qū)間為 Pr（c1≤μ≤c2）=1-α， 其詳細(xì)算法公式為：首先將決策樹(shù)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率（acc）標(biāo)準(zhǔn)化，可以得出公式1：Z=（acc-p）/（p*（1-p）/n）。另外，以時(shí)間的精準(zhǔn)度為根據(jù)選出置信水平的參考范圍，最后得出結(jié)論a/2和1-a/2的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)量為Za/2和Z1-a/2，這些都是常量，以此解決一下P的不等式。1點(diǎn)時(shí)候的待機(jī)功率置信區(qū)間是（5.93，16.34），這就表示這個(gè)禮拜中的時(shí)間在今后都會(huì)有 90% 以上的待機(jī)可能在（5.93，16.34）這兩個(gè)小時(shí)內(nèi)。如果用戶把待機(jī)長(zhǎng)度高于這個(gè)數(shù)值，那樣客戶端就能進(jìn)入最佳的待機(jī)時(shí)間，然后根據(jù)此狀態(tài)提醒用戶進(jìn)行斷電。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，力控下的自動(dòng)化智能家居系統(tǒng)，對(duì)居民的生活質(zhì)量提升、節(jié)約時(shí)間、提升工作效率有積極的促進(jìn)作用，是未來(lái)我國(guó)家居行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。但我國(guó)自動(dòng)化智能家居系統(tǒng)還在剛剛起步階段，與其他國(guó)家相比還有很大的差距，很多方面還需要完善和改進(jìn)，要求科技部門(mén)加大研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化的目標(biāo)，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)專業(yè)人員的培養(yǎng)，推動(dòng)我國(guó)家居智能化的健康發(fā)展。

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