【正文】 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 基于電力線通信技術(shù)的智能家居解決方案 姓 名 徐吉棟 學(xué)號 20xx416470 院 系 工學(xué)院 專 業(yè) 自動化 指導(dǎo)教師 王慶蘭 職稱 講師 20xx 年 5 月 28 日 曲阜師范大學(xué)教務(wù)處制 目 錄 摘要 ................................................................ 1 關(guān)鍵詞 .............................................................. 1 Abstract........................................... 錯誤 !未定義書簽。 Key words........................................................... 1 1 緒論 ............................................................. 1 智能家居系統(tǒng)介紹 ............................................... 1 電力線通信技術(shù)介紹 ............................................. 2 2 基于電力線通信技 術(shù)的智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ............................. 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ....................................................... 4 14Mbps 電力線高速通信設(shè)備在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用 ................ 5 14Mbps PLC 調(diào)制解調(diào)器的基本工作原理 .......................... 6 14Mbps 電力線高速通信系統(tǒng)功能 ................................ 7 14Mbps 電力線高速通信技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用 .............. 7 系統(tǒng)功能 ........................................................ 9 系統(tǒng)特點 ....................................................... 10 3 智能家居系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關(guān) (ICDT)設(shè)計 ................................ 11 ICDT 介紹 ..................................................... 11 ICDT 的硬件設(shè)計 ............................................... 12 ICDT 操作系統(tǒng)特點 ............................................. 12 4 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計 ........................................ 13 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通信方式的選擇 .................................... 13 電力線載波通信模塊的基本原理 .................................. 14 通信模塊的設(shè)計原理 ............................................ 14 主從站模塊硬件設(shè)計 ............................................ 15 主站 /從站通信模塊所采用的核心芯片 PL2101 .................... 15 MCU 介紹 .................................................... 16 主站 /從站電路原理圖 ........................................... 17 致謝 ............................................................... 22 參考文獻(xiàn) ........................................................... 22 1 基于電力線通信技術(shù)的智能家居解決方案 自動化專業(yè)學(xué)生 徐吉棟 指導(dǎo)教師 王慶蘭 Student majoring in Automation Xu Jidong Tutor Wang Qinglan 智能家居系統(tǒng)介紹 智能家居 是利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) 、綜合布線技術(shù)、醫(yī)療電子技術(shù)依照 人體工程學(xué) 原理，融合個性需求，將與家居生活有關(guān)的各個子系統(tǒng)如安防、 燈光控制 、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場景聯(lián)動、地板采暖、健康保健、衛(wèi)生防疫、安防保安等有機(jī)地結(jié)合在一起（如圖 ），通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管 理，實現(xiàn)“以人為本”的全新家居 生活體驗 。 圖 智能家居控制系統(tǒng) 與普通家居相比，智能家居系統(tǒng)不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適、安全、高品位且宜人的家庭生活空間，而且還由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔粨Q功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效地安排時 間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。 對家電自動化 (Home Automation)、信息家電 (3C:Computer、 Communication、Consumer Electronics)、家庭網(wǎng)絡(luò) (Home Networking)以及網(wǎng)絡(luò)家電 (Network Appliances)系統(tǒng)的研發(fā)極大地推動了智能家居技術(shù)的發(fā)展?！凹彝プ詣踊笔侵咐梦⑻幚砥骷夹g(shù)，來集成或控制家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)，例如計算機(jī)、照明系統(tǒng)、廚房設(shè)備、保安系統(tǒng)、暖氣及冷氣系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、視頻及音響系統(tǒng) 2 等。一方面 ，系統(tǒng)會自動參考來自各個傳感器中的信號做出相應(yīng)的一系列操作 ；另一方面用戶可以通過鍵盤、觸摸屏、計算機(jī)、手持遙控器等人機(jī)接口來控制家中的電子電器產(chǎn)品?！靶畔⒓译姟笔菍⒕W(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)家電（包括白色家電：電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐等；黑色家電：電視機(jī)、錄像機(jī)、音響、VCD、 DVD 等）而新創(chuàng)的產(chǎn)品，是為數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加廣泛地深入家庭生活而設(shè)計的新型家用電器，也即所有能夠通過網(wǎng)絡(luò)交互信息的家電產(chǎn)品。“家庭網(wǎng)絡(luò)”則是隨著信息家電的出現(xiàn)和 Inter 應(yīng)用的普及而發(fā)展起來的，是在家中連接電腦、通訊設(shè)備及智 能家電，集信息、娛樂、通信、計算等多種功能為一體的網(wǎng)絡(luò)。它最初起源于家庭設(shè)備的控制網(wǎng)絡(luò)，但是由于大量的實時的與多媒體有關(guān)的新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，使其對帶寬的要求越來越高。因此，出現(xiàn)了融合控制網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息網(wǎng)絡(luò)于一體的“家庭總線”?！熬W(wǎng)絡(luò)家電”是將普通家用電器利用數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能控制技術(shù)設(shè)計改進(jìn)的新型家電產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)家電可以互聯(lián)組成一個家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，同時這個家庭網(wǎng)絡(luò)又可以與外部互聯(lián)網(wǎng)通信。其主要功能是 :遠(yuǎn)程控制和查詢，網(wǎng)上購物，家電網(wǎng)上升級，集中控制與管理，故障信息自診斷、自反饋并可以享受遠(yuǎn)程維護(hù)等。 電力線通信技術(shù)介紹 電力線通信技術(shù)（ Power Line Communication）簡稱 PLC，是利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。該技術(shù)是把載有信息的高頻信號加載于電流，然后用電線傳輸，接受信息的調(diào)制解調(diào)器再把高頻從電流中分離出來，并傳送到計算機(jī)或電話，以實現(xiàn)信息傳遞。利用輸電線路作為信號的傳輸媒介，人們利用電力線可以傳輸電話、電報、遠(yuǎn)動、數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)方保護(hù)信號等。由于電力線機(jī)械強(qiáng)度高，可靠性好，不需要線路的基礎(chǔ)建設(shè)投資和日常的維護(hù)費用，因此 PLC具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在電力系統(tǒng)的調(diào)度通信 、生產(chǎn)指揮、行政業(yè)務(wù)通信以及各種信息傳輸方面發(fā)揮了重要作用。 圖 電力線高速通信技術(shù)在家庭中的應(yīng)用 近幾年，隨著 Inter 技術(shù)的發(fā)展及寬帶局域網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的全面建設(shè)，登陸上網(wǎng)的人數(shù)成倍增長，家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將是下一個數(shù)字化目標(biāo)。然而，采用何種方式使用戶終端連接到距離用戶最近的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備 (被稱為“最后一公里”問題 )，是近年來網(wǎng)絡(luò)界的爭議焦點。目前有多種技術(shù)解決這一問題。利用己有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施解決“最后一公里”接入問題的技術(shù)有 DSL技術(shù)、 Home PNA(Home Phone line Networking Alliance)技術(shù)、電力線通信 (PLC)技術(shù)和 Cable Modem 技術(shù)。除了 3 以上利用己有資源解決接入問題的技術(shù)外，還有 10M 以太網(wǎng)入戶技術(shù) (幾種通信技術(shù)的比較見表 1)。由于電力線具有普遍性、接入簡單、價格低廉以及不用布線等顯著特點，被業(yè)內(nèi)人士看好。而且，電力線通信網(wǎng)能同時傳輸視頻、語音、數(shù)據(jù)和電力，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到幾兆乃至幾十兆，這樣就有可能帶來“四網(wǎng)合一”的新趨勢（如圖 ）。 PCL 技術(shù)利用家用電源插座充當(dāng)通信接口，為用戶提供高速接入服務(wù)，使電力公司能夠介入 ISP 和工 CP 市場，為其帶來新的 利潤增長點，在傳統(tǒng)的電信市場中成為強(qiáng)有力的競爭者。此外，也為電力公司提供了一個拓展業(yè)務(wù)范圍的機(jī)會，從而在自由競爭的市場中獲得更強(qiáng)的競爭力和更可觀的利潤。 除了解決“最后一公里”問題，電力線通信網(wǎng)還是家庭自動化的生力軍，同時也可以完成遠(yuǎn)程自動抄表 (包括氣、水、電表等 )，消防、保安等任務(wù)。家庭聯(lián)網(wǎng)是應(yīng)用 PCL 的另一