【正文】 解讀還原為數(shù)字量發(fā)給 ICDT。以傳統(tǒng)布線連接方式設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)，是無法避免室內(nèi)戶外重新布線所帶來的工程量繁重和二次投資的。下面簡單介紹一下應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)中的電力線通信技術(shù)。數(shù)字信號(hào)處理單元負(fù)責(zé)同用戶 設(shè)備間的雙向通信，并將來自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、調(diào)制后送往外圍電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換、放大、濾波，或是將來自外圍電路經(jīng)濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼后送往用戶設(shè)備。電力線路上的耦合器隔離了電力線上的高壓信號(hào)。EPLC14M 調(diào)制解調(diào)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。它的帶寬達(dá) 14Mbps，吞吐量高達(dá) 67Mbps，完全滿足家庭內(nèi)部多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的需要，可以實(shí)現(xiàn) Inter 連接、打印機(jī)、文件等資源的共享，也可以進(jìn)行多人互動(dòng)在線網(wǎng)絡(luò)游戲。 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。 14Mbps 電力線高速通信技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)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(gè)小區(qū)內(nèi)智能家居系統(tǒng)中的的典型組網(wǎng)方式。該套設(shè)備符合Home Plug 電力線通信規(guī)范 標(biāo)準(zhǔn)，在 電力線上可以提供高達(dá) 14MbsP 的帶寬。若 EPLC14M 與計(jì)算機(jī)相連，通過 USB 線連入計(jì)算機(jī) UBS 接 9 口。 多重判斷防誤報(bào)功能 為防止發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象，小區(qū)管理中心的主控軟件應(yīng)該能夠綜合判斷室內(nèi)多個(gè)邏輯相關(guān)的探測器的狀態(tài) (按時(shí)間序列 )和家庭設(shè)防模式。 煤氣泄漏自動(dòng)探測報(bào)警 在燃?xì)饣馂?zāi)探測器上加裝從站模塊。 防挾持秘密報(bào)警 在 ICDT 報(bào)警時(shí)，住戶可通過輸入防脅迫密碼撤銷本地報(bào)警，中心則將進(jìn)一步收到挾持報(bào)警信號(hào)，便于管理中心采取一定措施保證住戶的人身安全。另外，對(duì)于不同的表計(jì)制造廠家所采用的單位脈沖計(jì)數(shù)技 10 術(shù)不一致的情況，只需在主控軟件上進(jìn)行設(shè)置即可靈活改變。當(dāng)然，為防止網(wǎng)絡(luò)騷擾行為，只有本小區(qū)內(nèi)的住戶才有權(quán)限互發(fā)電子信息，而且只允許對(duì)單戶發(fā)送。除日光燈外，其它燈均可作亮度調(diào)節(jié)，以滿足各種需要。住戶可以通過撥打電話或者從Inter 登錄小區(qū)網(wǎng)站了解家用電器設(shè)備的開關(guān)狀況，并且可以控制家用電器設(shè)備的開啟關(guān)閉。 系統(tǒng)特點(diǎn) 基于 TCPI/P 協(xié)議的數(shù)據(jù)終端，具有信息采集、存儲(chǔ)和通信三大功能。設(shè)備，升級(jí)、維護(hù)也比較簡單；住戶還可以通過計(jì)算機(jī)軟件程序操作，任意命名設(shè)備名稱以便識(shí)別，針對(duì)不同設(shè)備所連接的從站模塊進(jìn)行相應(yīng)的功能設(shè)置，而最大限度地滿足各個(gè)家庭實(shí)際應(yīng)用的需要。 高速 PLC 室內(nèi)電力線 圖 IDTC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 作為家庭網(wǎng)關(guān)， ICDT 要有很好的適應(yīng)性，能為智能家居系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面，方便用戶操作。 通信 接口單元集成了 10M 以太網(wǎng)卡和 4 口的 HBU 芯片，其主要作用是處理網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。接口單元共有 4 個(gè)RJ45 口，分為兩組，其中 1 個(gè)為專用的網(wǎng)絡(luò)接口，用于連接 14MbsP 電力線調(diào)制解調(diào)器 (也可以連接其它類型的寬帶網(wǎng)絡(luò)線路 )，其余接口用于連接 PC 或其它網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備。 另外， ICDT 還具有較強(qiáng)擴(kuò)展性，可以連接分機(jī)，這主要是根據(jù)別墅型建筑的特點(diǎn)及復(fù)式結(jié)構(gòu)住宅的需要所設(shè)計(jì)的，可在同一個(gè)住戶內(nèi)再安裝一臺(tái) ICDT 作分機(jī)使用，為用戶提供了更多方便。串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用 DSI302，提供秒、分、小時(shí)、日、月、年實(shí)時(shí)信息，且能根據(jù)月份和閏年情況自動(dòng)調(diào)整月份和結(jié)束日期。主從站電力線載波模塊的設(shè)計(jì)詳見第五章，此處不再贅述。由于它控制和監(jiān)測的對(duì)象十分明確，即家庭中所有的微控制器和電器設(shè)備，因此 ICDT 操作系統(tǒng)必然是一個(gè)專用 的系統(tǒng)，這樣不僅可以提高控制和監(jiān)測功能完成的效率，同時(shí)也可節(jié)省硬件資源，利于降低成本。 (2)它是分布式操作系統(tǒng)。 (3)它是以通信功能為主的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 (4)它是面向家用電器 /微控制設(shè)備連接的專用操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)智能控制數(shù)據(jù)終端 ICDT 與智能家居系統(tǒng)中的各個(gè)模塊之間的通信過程是半雙工通信 ， 主要任務(wù)是 :ICDT 采集 /接收各種智能家居模塊的數(shù)據(jù)量或狀態(tài)信息 ， 并向智能模塊發(fā)送相應(yīng)的管理 /控制命令 :各智能模塊上傳檢測數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息 ， 接收來自 ICDT 的管理控制命令 ， 并進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。 電力線載波通信模塊的基本原理 電力線載波通信系統(tǒng)是由載波設(shè)備、電力線和電力線禍合設(shè)備組成。圖 中主站 /從站即為本文所設(shè)計(jì)的電力線數(shù)字載波通信模塊。主站與從站之間實(shí)現(xiàn)透明傳輸。以下重點(diǎn)介紹其通信模塊的硬件設(shè)計(jì) ， 并給出程序設(shè)計(jì)的流程圖及設(shè)計(jì)思路。通信過程中 ， 輸出信號(hào)的放大與濾波、輸入信號(hào)濾波以及節(jié)點(diǎn)與電力線介質(zhì)之間的禍合等功能則是由外部電路來完成的。它還內(nèi)置了四種常用的功能電路 :32 Bytes SRAM， 電壓監(jiān)測 ， 看門狗定時(shí)器及復(fù)位電路 ， 它們通過標(biāo)準(zhǔn)的 IZC 接口與外部的微處理器相聯(lián)。由于采用了直接序列擴(kuò)頻 (所謂直接序列擴(kuò)頻一Direct Sequence Spread Spectrum， 縮寫 DSSS， 就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜 ； 而在接收端 ， 用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò) ，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息 )、數(shù)字信號(hào)處理、直接數(shù)字頻率合成等新 16 技術(shù) ， 以及大規(guī)模的數(shù)字 /模擬混合 CMOS 工藝制作 ， 所以具有較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落性能。① SDA 是一個(gè)雙向傳輸 端 ， 用于傳輸?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)進(jìn)入 PL2101，以及從 PL2101 發(fā)送數(shù)據(jù)至外部 MCU 或其它控制器件。 MCU 介紹 芯片 PL2101 支持雙向兩線總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。主站通信模塊中的 MCU 采用 AT89C52 單片機(jī)芯片 ，從站通信模塊中采用 AT89C2051 單片機(jī)芯片。 AT89c52 提供 256bytesRAM， 32 條 I/O線 ， 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ， 六個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ， 1 個(gè)全雙向的串行口 ， 還具備片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 P2:地址總線。此外 ，AT89C2051 設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)邏輯 ， 可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯 ， 支持兩種軟件可選的省電模式 :在閑置模式下 ， CUP 停止工作 ， 但 RMA、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作 ； 在掉電模式下 ， 保存 RAM 中的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器 ， 禁止所有其他芯片功能 ， 直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。單片機(jī)采用 MCS51 系列的匯編語言編程 ， 程序流程為總線查詢方式。單片機(jī)并行口 0P 和 PZ 分別作為八位數(shù)據(jù)的輸入和輸出口。 18 圖 主站程序流程圖 19 圖 從站程序流程圖 XTli、 XTlo:分別為 PL2101 片內(nèi)反相放大器的輸入端和輸出端 ， 外接晶體可以組成晶體振蕩器。 RESET:上電復(fù)位及看門狗計(jì)數(shù)器溢出復(fù)位輸出端 (高電平有效 ， 持續(xù)時(shí)間218ms)。 圖 主從站載波通信模塊的電路原理框圖 圖 虛線框內(nèi)包括載波接收解擴(kuò)、載波擴(kuò)頻發(fā)射、單片機(jī)接口三部分功能 :載波接收解擴(kuò)由 PL2101 芯片完成 ； 載波擴(kuò)頻發(fā)射由單片機(jī)控制 ， 通過 PL2101完成擴(kuò)頻編碼處理 ， 通過后續(xù)推動(dòng)電路完成擴(kuò)頻載波信號(hào)的功率輸出 ； PL2101載波通信為同步、半雙工方式 ， 由幀頭進(jìn)行同步 ； 常態(tài)為載波接收模式 ； 單片機(jī)接口提供單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)、看門狗信號(hào) ， 以及載波收發(fā)控制信號(hào)。 21 具體電路詳見圖 主站模塊電路圖和圖 從站模塊電路圖。隨著電力線 22 載波通信技術(shù)的發(fā)展 ,特別是電力線高速通信技術(shù)的發(fā)展和成熟 ,將電力線載波通信技術(shù)引入智能家居領(lǐng)域?qū)?huì)對(duì)智能家居的發(fā)展和普及起到積極的推動(dòng)作用。在此此向王慶蘭老師表示崇高的敬意和真誠的謝意！ 論文期間 ,還得到其他老師和同學(xué)的指教和關(guān)心 ,我的每一點(diǎn)進(jìn)步都與他們的鼓勵(lì)與支持分不開的 ,他們?yōu)槲姨峁┝肆己玫膶W(xué)習(xí)環(huán)境 ,在此表示誠摯的謝意！ 此外 ,我還要感謝我的父母兄長給予我精神上的大力支持 ,以及生活上無微不至的照料 ,讓我專心從事科研學(xué)習(xí)工作 ,使我取得了很大進(jìn)步！ 參考文獻(xiàn) [l] 楊士元 .數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,20xx,8 [2] 葉朝輝，楊士元 .智能家庭網(wǎng)絡(luò)研究綜述 [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究 ,20xx,18(9):16 [3] 曹志剛，錢亞生 .現(xiàn)代通信原理 [M].北京 :清華大學(xué)出版社 .1999 [4] 張士文 .低壓電力線通信技術(shù)綜述 [J].華北電力技術(shù) ,20xx/1:2729 [5] 孫新茹 ,吳云峰 ,齊淑清 .電力線通信 (PLC)接入技術(shù)及各種接入方式的比較 [J].電力系統(tǒng)通信 ,20xx(6):1417 [6] 趙丙鎮(zhèn) ,李祥珍 .PLC 鋪路“四網(wǎng)合一” [J].網(wǎng)絡(luò)世界 ,20xx/3:3235 [7] 牟英峰 ,徐殿國 ,張東來 .基于嵌入式 TCP/IP 協(xié)議棧的信息家電連接 Inter 單芯片解決方案 [M].電子技術(shù)應(yīng)用 [8] 彭少熙 ,孫政順 ,杜繼宏 .家庭網(wǎng)絡(luò)中的嵌入式 Inter 方案 [M].通訊與電視 [9] 張磊 .基于行波理論的輸電線路盜割在線檢測研究 [D].開封：河南大學(xué) .20xx:4547 [10] 肖勇，張捷，閻嘯等 .低壓電力線載波通信信道特性研究 [J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 ,20xx:2224 [11] 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