【正文】 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。 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)。 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。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。 P2:地址總線。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。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。它還內(nèi)置了四種常用的功能電路 :32 Bytes SRAM， 電壓監(jiān)測(cè) ， 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)。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。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。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(cè)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。 (3)它是以通信功能為主的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。由于它控制和監(jiān)測(cè)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(cè)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。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。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。 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。 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。除日光燈外，其它燈均可作亮度調(diào)節(jié)，以滿足各種需要。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。 煤氣泄漏自動(dòng)探測(cè)報(bào)警 在燃?xì)饣馂?zāi)探測(cè)器上加裝從站模塊。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。 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。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。電力線路上的耦合器隔離了電力線上的高壓信號(hào)。下面簡(jiǎn)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)。戶內(nèi)的溫度控制器、水浸控 制器等設(shè)備中加裝的模塊進(jìn)行模擬量采集 ,從站將控制器輸入的模擬量 (電流值 420mA)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，以 0、 1 數(shù)字量通過單片機(jī)寫入數(shù)字幀，再經(jīng)調(diào)制解調(diào)芯片轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)，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(hào)解調(diào)出數(shù)字幀，解讀還原為數(shù)字量發(fā)給 ICDT。 圖 智能家居管理控制系統(tǒng)示意圖 論文所設(shè)計(jì)的智能家居管理系統(tǒng)建立在小區(qū)局域網(wǎng)平臺(tái)上，利用電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€分布式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。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。而且，電力線通信網(wǎng)能同時(shí)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(shì)（如圖 ）。利用輸電線路作為信號(hào)的傳輸媒介，人們利用電力線可以傳輸電話、電報(bào)、遠(yuǎn)動(dòng)、數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)等。“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(jì)算等多種功能為一體的網(wǎng)絡(luò)。 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(hào) 20xx416470 院 系 工學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)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(cuò)誤 !未定義書簽。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(shí)時(shí)的與多媒體有關(guān)的新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，使其對(duì)帶寬的要求越來越高。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(fèi)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。 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(chǎng)，為其帶來新的 利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，在傳統(tǒng)的電信市場(chǎng)中成為強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。因此，電力線通信技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。從系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖 中可以清晰地了解到整個(gè)智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作流程。四表 (水電氣熱表 )抄送屬脈沖量采集，即從站采集脈沖量，轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)發(fā)送給主站，主站還原脈沖量，上傳給 ICDT。 14Mbps PLC 調(diào)制解調(diào)器的基本工作原理 14Mbps PCL 調(diào)制解調(diào)器主要由用戶接口單元、調(diào)制解調(diào)和耦合單元三部分組成。 該系統(tǒng)采用 ODFM 的載波調(diào)制 方式 。實(shí)現(xiàn)這一切無需布線、不破壞裝修。在每一家庭中， 14Mbps 電力線高速通信設(shè)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(nèi)部智能家居系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)置；也可以把該設(shè) 備連接到家庭網(wǎng)關(guān) (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。若連接家庭網(wǎng)關(guān) (ICDT)，由于所設(shè)計(jì)的 ICDT 僅提供以太網(wǎng)接口 ，所以在 EPCL一 14M 中作了一些改進(jìn)，將其 USB 接口電路轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口電路，通過以太網(wǎng)線連接 ICDT；或者在 EPLC14M的 UBS連線的另一端連接 USB/以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器，這樣就可方便地連接 ICDT 了。同上所述，作為重要的非防盜類安全設(shè)備，住戶也應(yīng)該將相應(yīng)的載波模塊設(shè)置為永久布防模式。 小區(qū)內(nèi)部電子公告 小區(qū)管理中心可以通過小區(qū)廣播方式或特定通知方式，選擇單戶或多戶，向各戶家中 ICDT 發(fā)送中、英文電子公告消息，如小區(qū)娛樂活動(dòng)安排、催繳費(fèi)用通知，以及重要新 聞等。燈光會(huì)根據(jù)不同的情景，做出相應(yīng)的調(diào)整，例如，欣賞影片時(shí)，自動(dòng)調(diào)暗燈光。 住戶可通過電話及 Inter 查詢報(bào)警記錄、家電開閉狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程家電控制及布防功能；發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)撥打用戶預(yù)設(shè)電話號(hào)碼告知報(bào)警類型、報(bào)警時(shí)間等相關(guān)情況。 ICDT 所管理控制的智能裝置分為兩種 :輸入 /輸出設(shè)備。 小區(qū)局域網(wǎng) 小區(qū)管理中心服務(wù)器 ICDT PC 氣表模塊 水表模塊 窗磁模塊 家用電器 紅外探頭模塊 照明系統(tǒng)模塊 煙感報(bào)警模塊 警燈報(bào)警模塊 熱量表模塊 電表模塊 應(yīng)急按鈕 門磁模塊 燃?xì)庑孤┨筋^ RUI 擴(kuò)展 12 智能控制單元的主要作用是執(zhí)行數(shù)據(jù)、開關(guān)量、脈沖量的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)安防檢測(cè)、計(jì)量表讀數(shù)計(jì)數(shù)、報(bào)警及家用電器設(shè)備的控制功能。并行芯片 8255擴(kuò)展了 4X5 鍵盤接口，為用戶設(shè)置、查詢提供輸入接口。因此， ICDT操作系統(tǒng)是不適宜從現(xiàn)有的 Windows CE或 Linux等操作系統(tǒng)剪裁增補(bǔ)而成，應(yīng)該從所需要完成的功能目標(biāo)出發(fā)，有針對(duì)性地專門設(shè)計(jì)。 由于數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的總線分布式結(jié)構(gòu)，各從站之間的