内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

第二章 智能家居安防系统

2.1 智能家居安防系统的组成与工作原理

2.1.1 智能家居安防系统的组成

从工艺方面说，智能家居安防系统包括防盗报警系统和防火报警系统两个主要部分。家居安防系统框图如图2.1所示。

图2.1 小区家居安防系统框图

(1) 防盗报警系统

防盗报警系统是通过无线传感器对门窗进行检测，一旦有人非法通过门窗闯入，门磁和窗磁的传感器就会发出报警信息，通过S7-300和PROFIBUS-DP总线把报警信息传回小区报警中心，从而让小区报警中心的工作人员作出反应，由小区报警中心的工作人员派出保安人员对该住户进行检查和通知该住户的主人，这样既保证住户的财产安全，更重要的是比较有效的保障了住户的人身安全。 (2) 防火报警系统

防火报警系统是通过无线传感器对住户的厨房、客厅和卧室的烟气、燃气进行检测，

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如果客厅和卧室的烟感探测器检测到室内的烟气超标和厨房的燃气探测器检测到厨房的燃气超标就会发出报警信息，通过S7-300和PROFIBUS-DP总线把报警信息传回小区报警中心，从而让小区报警中心的工作人员作出反应，由小区报警中心的工作人员派出保安人员对该住户进行检查和通知该住户的主人，这样就能提前防止火灾的发生，保障了住户的利益。

2.1.2 智能家居安防系统的工作原理

用户通过无线遥控器设置主机的状态：

1. 有人在家时可设置为“撤防”状态。此时，主机对室内的门窗传感器信号不接收， 只接收室内的烟气、燃气和紧急报警信号，一旦室内的烟气、燃气和紧急报警信号发出，主机立即将报警信号传回小区报警中心。

2. 当用户离家时，可设置为“布防”状态。此时，主机接收所有传感器传来的信号， 如有非法闯入，主机将自动向外报警。小区物业管理中心在电子地图上自动显示出警情方位，便于让小区报警中心工作人员派出小区保安人员，以最快的速度赶往住户现场进行检查。

防盗报警系统满足以下条件，小区报警中心主机才能允许门磁和窗磁接通报警：房主将系统设为布防状态，报警复位按钮处于常开状态，门磁和窗磁开关有数字信号输出时，系统才能发出报警。如果房主将系统设为撤防状态，小区报警中心将不允许门磁和窗磁接通报警。无论房主将系统设为布防还是撤防状态，只要当烟气和燃气的浓度超过安全系数时和有紧急报警信号输入时，主机立即发出报警信号给小区报警中心。

如果报警复位按钮处于常闭状态，小区报警系统将不发生任何任何报警；报警复位按钮设在小区报警中心。小区报警中心在接到报警信息发出报警时，如果小区报警中心的工作人员没有按下报警复位按钮，报警系统就会一直处于报警状态，直到小区报警中心工作人员按下报警复位按钮才会消除报警。这样小区报警中心的工作人员才能及时知道和不会漏掉报警信息。小区报警的无线传输系统框图如图2.2所示。

2.2 智能家居安防系统的设计

2.2.1 系统的硬件设计

在PLC应用系统中，硬件是系统的基础。系统的硬件设计包括以下内容： 2.2.1.1 S7-300系列的PLC硬件系统

SIMATIC S7-300硬件系统的配置方式采用模块式，可以扩展各种功能模块。模块

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图2.2 无线传输系统框图

式PLC的电源、中央处理器（CPU）、输入/输出、通信等一般为独立模块。一个完整的PLC系统如图2.3所示。

图2.3 S7-300硬件系统组成

CPU模块又称为主机是系统的核心，主机I/O数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可扩展特殊功能模块，以完成某种特殊的控制任务。

利用网络接口，可以充分和方便地利用为SIMATICS7-300系统的硬件和软件资源

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而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。

所有以上这些硬件设备，都在一个统一的工业软件平台上编程和运行，为了更好地管理和使用这些设备，S7-300PLC配备了许多功能强大的专用功能指令，方便地实现各种控制目的。

1. 主机（CPU）模块

S7-300PLC产品的规格众多，而且还在不断扩充中，产品性能主要通过不同的CPU模块进行区分，I/O模块、电源模块、功能模块通用。最新S7-300CPU包括了标准型、紧凑型、故障安全性和技术功能型4大系列；而且同系列产品的性能与型号也有不同程度的变化。 （1） 标准型

S7-300系列标准型CPU包括CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU315-2PN/DP、 CPU317-2DP、CPU317-2PN/DP、CPU318-2DP七种规格。标准型CPU均为模块式结构，CPU无集成I/O点。

在标准型CPU中，CPU312不可以连接扩展机架，主机架上的最大安装模块为8个， 每一模块的最大I/O点数为32点，因此，PLC的最大输入/输出点数为256点。其余的CPU均可连接最多3个扩展机架，每一机架的安装模块均为8个，连同主机架PLC的最大安装模块数为32个，因此，PLC的最大输入/输出点数为1024点。 （2） 紧凑型

S7-300系列紧凑型CPU包括CPU312C、CPU313C、CPU313C-2PtP、CPU313C-2DP、CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP六种规格。紧凑型CPU与标准型CPU的主要区别是CPU本身带有数量不等的集成I/O点、集成计数、脉冲输出等功能，同样，它也可以根据需要选择不同的I/O模块进行扩展。与标准型一样，紧凑型的CPU312C同样不可以连续扩展机架，其余CPU均可以连接最多3个扩展机架。 （3） 故障安全型

S7-300系列故障安全型CPU包括CPU315F-2DP、CPU317F-2DP两种规格。故障安全型PLC内部安装有经德国技术监督委员会认可的基本功能块与安全型I/O模块参数化工具，可以用于锅炉、索道以及对安全性要求极高的特殊控制场合，它可以在系统出现故障时立即进入安全状态或安全模式，以确保人身和设备的安全。 （4） 技术功能型

S7-300系列技术功能型CPU目前只有CPU317T-2DP一种规格。技术功能型PLC

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是一种专门用于运动控制的PLC，最大可以控制16轴。CPU除可以控制轴定位外，还可以实现简单的插补与同步控制，可以用于需要进行坐标位置、速度等控制的场合。

2. 电源模块

S7-300PLC的CPU与其他模块一般需要DC24V电源供电，因此，在绝大多数场合，PLC都配套有S7-300PLC用的DC24V电源模块。

常用的S7-300PLC电源模块有PS305（直流输入型）与PS307（交流输入型）两种类型。输出容量有DC24V/2A、DC24V/5A、DC24V/10A三类；PS307输入为单相AC120V/230V，PS305输入为DC24~110V。电源模块的容量需要根据实际系统中需要选择，它与PLC需要模块供电的负载大小有关。

3. I/O扩展模块

输入和输出点是系统与被控制对象的连接点。当需要完成某些特殊功能的控制任务时，S7-300主机可以扩展特殊功能模块。所以S7-300扩展模块包括数字量输入、数字量输出、数字量输入/输出扩展模块；模拟量输入、模拟量输出、模拟量输入/输出扩展模块和功能扩展模块。

a) 数字量I/O扩展模块

输入扩展模块SM321共有十多种规格可供选择：按照不同的输入点数有8点输入，16点输入，32点输入；从输入电压上总体可以分为DC24V输入、DC24V~48V输入、DC48V~125V输入、AC120V输入和AC120V/230V输入；标准为“源输入”连接，但也可以选择“汇点输入”连接方式，单个模块最大输入点数为32点。

输出扩展模块SM322共有20多种规格可供选择：按照不同的输出点数有8点输出，16点输出，32点输出；从输出驱动类型上总体可以分为晶体管驱动（包括DC24V/0.5A、DC24V/2A、DC24~48V/0.5A、DC48~125V/1.5A）、双向晶闸管驱动（包括AC120V/1A、AC120~230V/1A、AC120~230V/2A）、继电器触点驱动（包括2A、5A、8A）三大类。

输入/输出混合扩展模块SM323有4种常用规格：可以根据控制系统的要求选用。数字量输入/输出模块的输入均为DC24V，输出均为DC24V晶体管驱动，单个模块最大输入/输出点数为16点。8点DC24V输入/8点DC24V/0.5A输出、8点DC24V输入/8点DC24V/0.5A输出（户外型）、16点DC24V输入/8点DC24V/0.5A输出、8点DC24V输入/8点DC24V/0.5A输出。

b) 模拟量I/O扩展模块

模拟量输入扩展模块SM331有8种：

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