【正文】 ....................... 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(diǎn) ....................................................... 10 3 智能家居系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關(guān) (ICDT)設(shè)計(jì) ................................ 11 ICDT 介紹 ..................................................... 11 ICDT 的硬件設(shè)計(jì) ............................................... 12 ICDT 操作系統(tǒng)特點(diǎn) ............................................. 12 4 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計(jì) ........................................ 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(jì)原理 ............................................ 14 主從站模塊硬件設(shè)計(jì) ............................................ 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(dòng)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(jì)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(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的各個(gè)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(dòng)、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(shí)現(xiàn)“以人為本”的全新家居 生活體驗(yàn) 。 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(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，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(shí) 間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。“信息家電”是將網(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(jì)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。“網(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(jì)改進(jìn)的新型家電產(chǎn)品。該技術(shù)是把載有信息的高頻信號(hào)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(jì)算機(jī)或電話，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。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(diǎn)。由于電力線具有普遍性、接入簡單、價(jià)格低廉以及不用布線等顯著特點(diǎn)，被業(yè)內(nèi)人士看好。 除了解決“最后一公里”問題，電力線通信網(wǎng)還是家庭自動(dòng)化的生力軍，同時(shí)也可以完成遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表 (包括氣、水、電表等 )，消防、保安等任務(wù)。電力線通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)非常簡單，只需連接電源插座和必要的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字設(shè)備之間的相互通信。 表 各種通信技術(shù)比較 通信方式 速率（ bps） 可否同信傳輸語音 物理介質(zhì) 評(píng)價(jià) 模擬調(diào)制解調(diào)器 56k 否 雙絞線 應(yīng)用 廣泛、廉價(jià)但速度慢 ISDN 128k 是 雙絞線 應(yīng)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(luò)接入 ， 并改造為雙向傳輸；在新區(qū)域開辦服務(wù)和鋪設(shè)線路造價(jià)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(shù)的智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 智能家居系統(tǒng)是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的智能住宅管理控制系 統(tǒng)。小區(qū)管理中心是基于以太網(wǎng)的信息平臺(tái)，采用 C/S 與 B/S 相結(jié)合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要由中心管理服務(wù)器、控制工作站及互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)路由器組成，完成對(duì)整個(gè)小區(qū)住宅的智能化控制和管理。家庭內(nèi)部，所有輸出設(shè)備，如報(bào)警探測器、求助按鈕、電子式脈沖表，它們的信號(hào) 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(nèi)電力線，連接到 ICDT 的 I/0 口處內(nèi)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(hào)。 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(diǎn)，它們承擔(dān)系統(tǒng)的模擬量采集、脈沖量采集和開關(guān)量采集任務(wù)。 14Mbps 電力 線高速通信設(shè)備在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用 前文對(duì)基于電力線載波技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了整體分析，電力線載波技術(shù)起到了舉足輕重的作用。在戶外，采用日趨成熟的電力線高速通信技術(shù)，在家庭網(wǎng)關(guān)輸出端口和小區(qū)管理中心的 HUB 上分別連接14Mbps 電力線調(diào)制解調(diào)器，通過已有的小區(qū)電力線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)局域網(wǎng)的通信和家庭對(duì) Inter 訪問。調(diào)制解調(diào)部分由數(shù)字信號(hào)處理單元和相應(yīng)的外圍電路組成。 EPLC14M 調(diào)制解調(diào)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。在 EPLC14M 系統(tǒng)發(fā)射端，先通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將本地客戶機(jī)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再進(jìn)行相應(yīng)的濾波整形放大，然后傳送給發(fā)射裝置，這樣客戶機(jī)的數(shù)據(jù)信息就可通過電力線輸出。它特別適合寬帶到樓邊的最后 100 米應(yīng)用，是寬帶入戶的理想解決方案。用它進(jìn)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。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(nèi)部聯(lián)網(wǎng)，為智能家居系統(tǒng)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。 圖 14M 高速 PLC 系統(tǒng)連接應(yīng)用示意圖 14Mbps 電力線高速通信系統(tǒng)由局端設(shè)備一電力線通信以太網(wǎng)橋 EPLC14ME和用戶端設(shè)備一電力線調(diào)制解調(diào)器 EPLC 一 14M 組成，見圖 。 EPLC14M 一般位于家庭內(nèi)部，直接同用戶計(jì)算機(jī)或者家庭網(wǎng)關(guān)相連，其連接方式見圖 (b)。 貴重物品防盜報(bào)警 依據(jù)住戶要求可將與貴重物品相關(guān)的防盜設(shè)備設(shè)為較高報(bào)警級(jí)別，從而引起管理人員足夠重視，一旦有盜竊事件發(fā)生，瞬間開啟報(bào)警設(shè)備。作為家庭安全的重要保護(hù)設(shè)施，煙感探測器不應(yīng)隨防盜類報(bào) 警設(shè)備一同布防、撤防，因此在設(shè)置時(shí)，應(yīng)該將連接該類設(shè)備的從站模塊設(shè)為永久布防模式一即無論 ICDT 是否處于布防狀態(tài)，在觸發(fā)條件滿足時(shí)， ICDT 會(huì)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。由于其不僅是作為防盜類的報(bào)警裝置，多數(shù)是在發(fā)生緊急情況下使用的，因此也應(yīng)該設(shè)置為永久布防模式；同時(shí)，考慮到竊案發(fā)生時(shí)該設(shè)備的報(bào) 警意味著受侵害者在場，因此在設(shè)置該項(xiàng)功能時(shí)應(yīng)設(shè)定為只上報(bào)小區(qū)管理中心而本地不報(bào)警，以減少受侵害者被發(fā)現(xiàn)的可能性。 水、電、氣、暖氣多表遠(yuǎn)程自動(dòng)抄收 在各種脈沖計(jì)量表的信號(hào)輸出端口加裝從站模塊，從站模塊的主控單元定義靈活，適用范圍廣，不存在特殊性，可隨著房屋內(nèi)表計(jì)的加減以及位置變換，隨意撤換定義從站模塊。 INTERNET 電子短信息 住戶登錄小區(qū)局域網(wǎng)站后，除了可以查詢自己家中的相關(guān)信息、控制家用電器設(shè)備外，還可向其他住戶家中的網(wǎng)絡(luò)智能控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送電子短信息。 照明控制系統(tǒng) 照明系統(tǒng)主要由日光燈、吊燈、壁燈、射燈和落地臺(tái)燈等組成。 遠(yuǎn)程家用電器控制 網(wǎng)絡(luò)智能控制數(shù)據(jù)終端的內(nèi)置電力線載波通信模塊一“主站模塊” (EPLC 一600)，可以實(shí)現(xiàn)家用電器的輸出控制功能。從而在滿足住戶對(duì)上網(wǎng)點(diǎn)的位置隨意性及數(shù)量要求的同時(shí)，還有效地避免了對(duì)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口的進(jìn)一步占用。從站模塊可靈活定義，安裝、調(diào)試方便，可掛接到各種探測器及脈