【正文】 個重要特點?？梢詫⒓彝鹊亩嗯_計算機之間，計算機同打印機之間，計算機同掃描儀、數(shù)字傳真機、以及其他數(shù)字家電等設備通過電力線相連，組成家庭網(wǎng)絡，為用戶提供更舒適、方便的生活和工作環(huán)境。而且電力網(wǎng)絡具有無 處不在的優(yōu)點，采用電力網(wǎng)可以減少在網(wǎng)絡建設上的巨額投資，而這一點正是制約寬帶應用的重要因素。電力線通信網(wǎng)絡組網(wǎng)非常簡單，只需連接電源插座和必要的網(wǎng)絡通信設備，就可實現(xiàn)數(shù)字設備之間的相互通信。而且在房間任何有電源插座的地方都可連接互聯(lián)網(wǎng)，并永久在線。因此，電力線通信技術具有廣泛的應用前景。該項技術一旦進入商業(yè)化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。 表 各種通信技術比較 通信方式 速率（ bps） 可否同信傳輸語音 物理介質 評價 模擬調制解調器 56k 否 雙絞線 應用 廣泛、廉價但速度慢 ISDN 128k 是 雙絞線 應用不廣泛，較普通電話線稍貴 XDSL 8M 上行 2M 下行 是 雙絞線 不干擾普通電話線使用，頻寬受距離限制 有線電視網(wǎng) 10M（取決用戶數(shù)） 否 同軸電纜 必須擁有現(xiàn)成的網(wǎng)絡接入 ， 并改造為雙向傳輸；在新區(qū)域開辦服務和鋪設線路造價高；共享帶寬 ， 可組網(wǎng)網(wǎng) 高速 PLC 2M45M 是 電力線 無需新線，分布廣泛，接入方便 2 基于電力線通信技術的智能家居系統(tǒng)結構 4 系統(tǒng)結構 智能家居系統(tǒng)是一個基于計算機網(wǎng)絡的智能住宅管理控制系 統(tǒng)。鑒于我國家庭居住環(huán)境多以小區(qū)為單位，本文開發(fā)的智能家居系統(tǒng)主要是由數(shù)字家庭網(wǎng)絡、住宅接入網(wǎng)絡、小區(qū)管理中心控制平臺構成，如圖 所示。數(shù)字家庭網(wǎng)絡是基于網(wǎng)絡智能控制數(shù)據(jù)終端 (Intelligent Control Data Terminal on Network，以下簡稱 ICDT)的集中控制系統(tǒng)，通過它完成對家庭內部各種傳感器、表計及控制器的數(shù)據(jù)采集和控制，家庭內部網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸采用低壓電力線載波的通信方式。住宅接入網(wǎng)絡是小區(qū)局域網(wǎng)到住宅家庭網(wǎng)絡的延伸，可以穩(wěn)定運行在多種寬帶接入網(wǎng)絡上，如以太網(wǎng) LNA、高速 PCL 或 ADSL 接入網(wǎng)絡等。小區(qū)管理中心是基于以太網(wǎng)的信息平臺，采用 C/S 與 B/S 相結合的系統(tǒng)結構，主要由中心管理服務器、控制工作站及互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡路由器組成，完成對整個小區(qū)住宅的智能化控制和管理。 圖 智能家居管理控制系統(tǒng)示意圖 論文所設計的智能家居管理系統(tǒng)建立在小區(qū)局域網(wǎng)平臺上，利用電力線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€分布式組網(wǎng)結構。從系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖 中可以清晰地了解到整個智能家居系統(tǒng)的結構及其工作流程。 5 圖 基于 PLC 技術的智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖 在小區(qū)的每一住戶家中安裝一臺 ICDT，每臺分配固定的 IP 地址。家庭內部，所有輸出設備，如報警探測器、求助按鈕、電子式脈沖表，它們的信號 I/O 口均接有相同的電力線載波通信模塊 (即 EPLC 一 6005 載波模塊，以下簡稱為“從站”模塊 )，通過室內電力線，連接到 ICDT 的 I/0 口處內嵌的電力線通信模塊 (即EPLC600 載波模塊，以下簡稱為“主站”模塊 )，這樣 ICDT 便可采集到上傳信號。采用同樣連接方式，家中的輸入裝置，如警燈警號及各種家用電器等也連接到 ICDT，由 ICDT 的外設鍵盤進行開關控制，也可以通過電話或互聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制，實現(xiàn)布防、撤防、查詢 、家用電器控制等操作。在網(wǎng)絡接口的輸出端口連接 14MbpS 電力線調制解調器，同樣在小區(qū)管理中心的 PC 上也連接一臺 14MbPs電力線調制解調器，這樣通過小區(qū)的電力線網(wǎng)絡，即可實現(xiàn)各住戶的數(shù)字家庭網(wǎng)絡與小區(qū)管理中心的相互通信了。在小區(qū)管理中心，對配備的 PC 性能要求比較高，令其作為中心服務器，運行管理控制軟件，數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫服務器上，以實現(xiàn)小區(qū)對所有住戶家中的 ICDT 的配置和管理。 電力線載波通信模塊，即主從站，也是本系統(tǒng)開發(fā)的重點，它們承擔系統(tǒng)的模擬量采集、脈沖量采集和開關量采集任務。戶內的溫度控制器、水浸控 制器等設備中加裝的模塊進行模擬量采集 ,從站將控制器輸入的模擬量 (電流值 420mA)轉換為電平信號，以 0、 1 數(shù)字量通過單片機寫入數(shù)字幀，再經(jīng)調制解調芯片轉換為載波信號，通過電力線發(fā)送給主站，主站采用類似原理，將接收的載波信號解調出數(shù)字幀，解讀還原為數(shù)字量發(fā)給 ICDT。四表 (水電氣熱表 )抄送屬脈沖量采集，即從站采集脈沖量，轉換為載波信號發(fā)送給主站，主站還原脈沖量，上傳給 ICDT。其余設備，如門窗磁、緊急按鈕、家電控制器、警鈴警燈等，無論輸入輸出都屬開關量采集，工作原理與前兩者類似。 14Mbps 電力 線高速通信設備在智能家居系統(tǒng)中的應用 前文對基于電力線載波技術的智能家居系統(tǒng)的設計進行了整體分析，電力線載波技術起到了舉足輕重的作用。以傳統(tǒng)布線連接方式設計智能家居系統(tǒng)，是無法避免室內戶外重新布線所帶來的工程量繁重和二次投資的。電力線載波技術在該系統(tǒng)中的靈活應用，使智能家居系統(tǒng)以嶄新的方式呈現(xiàn)出來。于室內，采用低壓電力線低速載波技術，設計電力線載波通信模塊，完成智能家居裝置與家庭網(wǎng) 6 關之間的通信，關于此通信模塊的設計詳見第五章。在戶外，采用日趨成熟的電力線高速通信技術，在家庭網(wǎng)關輸出端口和小區(qū)管理中心的 HUB 上分別連接14Mbps 電力線調制解調器，通過已有的小區(qū)電力線網(wǎng)絡，實現(xiàn)小區(qū)局域網(wǎng)的通信和家庭對 Inter 訪問。下面簡單介紹一下應用于智能家居系統(tǒng)中的電力線通信技術。 14Mbps PLC 調制解調器的基本工作原理 14Mbps PCL 調制解調器主要由用戶接口單元、調制解調和耦合單元三部分組成。接口單元是指電力線調制解調器同用戶設備間的雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?，這些接口包括同計算機之間的 RJ45 以太網(wǎng)接口或 UBS 接口。調制解調部分由數(shù)字信號處理單元和相應的外圍電路組成。數(shù)字信號處理單元負責同用戶 設備間的雙向通信，并將來自用戶的數(shù)據(jù)進行編碼、調制后送往外圍電路進行數(shù)模轉換、放大、濾波，或是將來自外圍電路經(jīng)濾波、放大、模數(shù)轉換后的信號進行解調、解碼后送往用戶設備。耦合單元是電力線同調制解調器部分的結合設備，它將調制好的高頻模擬信號送入電力線進行傳輸，或從電力線上提取出高頻信號以便進行解調。 圖 中給出了 EPLC14M 調制解調器內部電路組成框圖。 EPLC14M 調制解調器的主控制元件是通過外圍的數(shù)據(jù)處理電路與電力線相連接的。電力線路上的耦合器隔離了電力線上的高壓信號。 該系統(tǒng)采用 ODFM 的載波調制 方式 。在EPLC14M 系統(tǒng)接收端，將接收到的信號分成幾路載波，然后與本地晶振信號混合，產生新的信號；將這幾路信號傳送到 EPLC14M 系統(tǒng)的接收裝置，再通過以太網(wǎng)口或者 USB 接口與計算機或智能電器相連。在 EPLC14M 系統(tǒng)發(fā)射端，先通過數(shù)模轉換器將本地客戶機發(fā)送的數(shù)字信號轉變成模擬信號，再進行相應的濾波整形放大，然后傳送給發(fā)射裝置，這樣客戶機的數(shù)據(jù)信息就可通過電力線輸出。EPLC14M 調制解調器采用 Intel 的 1NT5130(144 腳 LQFP 封裝的集成有 MAC/PHY的收發(fā)器 )作為核心芯片?；?NIT5130，搭建合理外圍電路，實現(xiàn)了調制解調器的 14MbpS 高速數(shù)據(jù)傳輸。 7 圖 EPLC14M 調制解調器內部電路組成框圖 14Mbps 電力線高速通信系統(tǒng)功能 14Mbps 電力線可以解決寬帶到小區(qū)后的最后 300 米問題，實現(xiàn)自配電變壓器至用戶家庭的全電力線介質接入網(wǎng)，無需布線、無需穿墻過孔、不破壞裝修，節(jié)省人力物力。它特別適合寬帶到樓邊的最后 100 米應用，是寬帶入戶的理想解決方案。它的帶寬達 14Mbps，吞吐量高達 67Mbps，完全滿足家庭內部多臺計算機聯(lián)網(wǎng)的需要，可以實現(xiàn) Inter 連接、打印機、文件等資源的共享，也可以進行多人互動在線網(wǎng)絡游戲。實現(xiàn)這一切無需布線、不破壞裝修。而且它可以在家庭寬帶入口處加裝 EPCL14ME 電力線一以太網(wǎng)橋，其以太網(wǎng)口同入戶寬帶接口相連，電力線接口插入家中任一墻上插座，即可在家庭任一有墻上插座的房間享受有線移動網(wǎng)絡帶來的便利。用它進一步將通信模塊嵌入智能家居裝置中，可以享受到智能家居系統(tǒng)給人們生活帶來的極大便利。 利用其永久在線特性可以搭建集安防、監(jiān)控于一體的智能化家庭管理?？梢越⒓鐓^(qū)電子商務服務和遠程抄收水電氣熱表計的數(shù)字化社區(qū)。所以他為網(wǎng)絡運營商提供一種全新的寬帶入戶思路一租借供電公司的電力線作為通信介質。最后它同樣適合賓館酒店的客房寬帶接入和中小企業(yè)的內部聯(lián)網(wǎng)，為智能家居系統(tǒng)的推廣應用創(chuàng)造有利條件。 14Mbps 電力線高速通信技術在智能家居系統(tǒng)中的應用 8 圖 14MbpS 電力線高速通信系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖 圖 中描述了整個小區(qū)內智能家居系統(tǒng)中的的典型組網(wǎng)方式。在每一家庭中， 14Mbps 電力線高速通信設備既可以直接連接 PC，用戶通過它訪問小區(qū)局域網(wǎng)和 Inter，或者管理自己家庭內部智能家居系統(tǒng)的有關設置；也可以把該設 備連接到家庭網(wǎng)關 (即智能家居系統(tǒng)中的 ICDT)，以便用戶通過 ICDT 的觸摸屏或者外掛操作按鈕與小區(qū)管理中心互通信。在小區(qū)管理中心，中央服務器連接到HUB 上，通過 HUB 與 14Mbps 電力線高速通信設備連接，這樣通過小區(qū)電力線網(wǎng)絡，方便小區(qū)住戶與小區(qū)管理中心互訪。 圖 14M 高速 PLC 系統(tǒng)連接應用示意圖 14Mbps 電力線高速通信系統(tǒng)由局端設備一電力線通信以太網(wǎng)橋 EPLC14ME和用戶端設備一電力線調制解調器 EPLC 一 14M 組成，見圖 。該套設備符合Home Plug 電力線通信規(guī)范 標準，在 電力線上可以提供高達 14MbsP 的帶寬。 EPLC14ME 作為電力線以太網(wǎng)橋，一般位于配電變壓器、配電柜或家庭己有寬帶入口處，實現(xiàn)傳統(tǒng)寬帶到電力線通信方式的轉變，連接方式見圖 (a)。以太網(wǎng)口連接寬帶入口，電力線接口直接連接到電力線上，即可實現(xiàn)以太網(wǎng)通信與電力線通信之間的轉換。 EPLC14M 一般