【正文】 信息交換比較頻繁，而家庭中的控制又相對簡單，所以系統(tǒng)對通信的速度和質(zhì)量要求十分高 。目前可以采取多種通信方式實現(xiàn)兩者之間的通訊 ， 具有代表意義的有 :RS232/RS485 雙絞線通信 ； 電力線載波通信 ； 無線通信 (無線局域網(wǎng) ， 藍牙等 )， 紅外線傳輸 ， 光纖 ， 以太網(wǎng)等。 圖 主從站通信系統(tǒng)框圖 由于設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)智能控 制數(shù)據(jù)終端的信號 I/O 口處的通信模塊 ， 與各表計脈沖信號輸出端口、家用電器的控制信號 I/O 口、以及各種安防報警信號輸出端口等處的通信模塊的復(fù)雜程度不一樣 ， 實現(xiàn)的功能也不盡相同。 主從站模塊硬件設(shè)計 論文設(shè)計的 通信模塊主要由兩部分組成 :數(shù)據(jù)的發(fā)送 /接收單元和主控制器。 PL2101 芯片內(nèi)部建有高靈敏度放大器及四象限模擬乘法器 ， 進一步提高了集成度 ， 無需外部模擬混頻器。對于一般的數(shù)據(jù)傳輸 ， 僅在 SCL 為低期間 SDA 才可以變化。 AT89C52 是一種采用 MCOS 工藝制造的高性能低功耗的 8 位微控制器 ， 擁有8Kbytes 的電擦除可編程只讀 XI]存 (Flash programmable and erasable read only memory)， 該閃存允許在系統(tǒng)內(nèi)再編程 ， 或通過傳統(tǒng)的非易失性存儲器編程。 b)E2PROM 之所以選用 E2PROM， 是因為 E2PROM在工作電壓下就可以進行數(shù)據(jù)的讀和寫 ，這樣 ， 就可以在編制應(yīng)用程序時 ， 在特定條件下從 E2PROM 中讀取重要參數(shù)或在E2PROM 保存重要參數(shù)。它有一個標準的串行口 ， 有 4 種工作方式 ， 其中方式 1 是標準的 10 位異步通信方式 ， 10 位數(shù)據(jù)和 PC 機的標準串口相對應(yīng) ， 由串行口控制寄存器 SCON 設(shè)置狀態(tài) ， 其字節(jié)地址為 98H。 PL2101 主振蕩器所需時鐘頻率為 。圖 虛線框外包括數(shù)據(jù)信號禍合、模塊電源部分和單片機及其外圍接口電路。本文立足于電力線通信技術(shù) ,研究開發(fā)了基于電力線的智能家居自動化系統(tǒng) ,并結(jié)合電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) ,構(gòu)建了基于低壓配電網(wǎng)的集 NITERNET 上網(wǎng) 、智能家居控制于一體的智能化數(shù)字小區(qū) ,為電力線通信技術(shù)和智能家居的應(yīng)用開辟了新的領(lǐng)域。 5 總結(jié) 智能家居自動化和電力線載波通信是兩個蓬勃發(fā)展的嶄新學科。當 WDI 持續(xù) 436ms 以上無高低電平變化 ， 將 20 導(dǎo)致看門狗計數(shù)器溢出復(fù)位 ， 使 PL2101 的 RST 腳輸出復(fù)位高電平。圖 為主從站載波通信模塊的電路原理框圖。 本系統(tǒng) MCU 的單片機程序設(shè)計詳見圖 和圖 ， 設(shè)計思路一目了然 ， 分別提供了主站和從站模塊中 MCU 的工作程序流程圖。 ~ 與串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 連接。主器件和從器件都能工作于發(fā)送器或者接收器的狀態(tài) ， 但何種方式有效由主器件 MCU 決定。 芯片 PL2101 的 CI2 時序接口引出兩個管腳 :SDA 串行地址 /數(shù)據(jù)輸入 /輸出和SCL 串行時鐘端。PZL101 除具備原有系統(tǒng)基本的通訊控制功能 :二相相移鍵控 ， 120kHz 載頻 ， 帶寬15kHz， 數(shù)據(jù)速率 500bps； 接收靈敏度為 50 RMSV? (500bps)； 15 位偽碼長度 ， 可編程同步捕獲門限 ； 可編程時鐘 (掉電后電池維護 )I/O 口帶 150V ESD 保護等。 圖 電力線載波通信模塊組成結(jié)構(gòu)圖 盡管主從站模塊在系統(tǒng)中的任務(wù)和作用有所差異 ， 但設(shè)計的基本思路還是一致的。 圖 電力線數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成 通信模塊的設(shè)計原理 將電力線數(shù)字載波通信技術(shù)的基本理論運用到實際中，在論文所設(shè)計的智能家居系統(tǒng)中，實現(xiàn)了這個原理的最簡單應(yīng)用。 4 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通信方式的選擇 論文中提及的智能家居系統(tǒng) ， 是通過 ICDT(網(wǎng)絡(luò)智 能控制數(shù)據(jù)終端 )直接控制和管理智能家居系統(tǒng)中的監(jiān)測和控制模塊 ， 實現(xiàn)表計讀取、安防監(jiān)控、家用電器調(diào)控以及照明開 /關(guān)等功能。所以這就對 ICDT操作系統(tǒng)提出了更高要求 :很強的互動和協(xié)同工作能力，而且還要設(shè)置簡單、便捷。 ICDT 操作系統(tǒng)特點 13 ICDT 的操作系統(tǒng)是數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的控制平臺。25045 集看門狗定時器、電壓監(jiān)控和 E2PORM(512 8bit)于一體，用來存儲記憶系統(tǒng)的一些基本參數(shù)，如節(jié)點個數(shù)、每個節(jié)點的特征參數(shù)、節(jié)點標識符及一些與節(jié)點相關(guān)的聯(lián)系。介質(zhì)訪問協(xié)議采用以太網(wǎng) ，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議采用 TCP/IP。 11 3 智能家居系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關(guān) (ICDT)設(shè)計 ICDT 介紹 網(wǎng)絡(luò)智能控制數(shù)據(jù)終端 (ICDT)充當比較特殊的角色，它聯(lián)系家庭內(nèi)部所有的智能家居裝置，也是家庭智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接外部網(wǎng)絡(luò)的中樞，顯然 ICDT 是智能家居系統(tǒng) 的核心單元，通常稱為“家庭網(wǎng)關(guān)”，如圖 所示。從而在滿足住戶對上網(wǎng)點的位置隨意性及數(shù)量要求的同時，還有效地避免了對小區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口的進一步占用。 照明控制系統(tǒng) 照明系統(tǒng)主要由日光燈、吊燈、壁燈、射燈和落地臺燈等組成。 水、電、氣、暖氣多表遠程自動抄收 在各種脈沖計量表的信號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)表計的加減以及位置變換，隨意撤換定義從站模塊。作為家庭安全的重要保護設(shè)施，煙感探測器不應(yīng)隨防盜類報 警設(shè)備一同布防、撤防，因此在設(shè)置時，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， ICDT 會立即發(fā)出報警信號。 EPLC14M 一般位于家庭內(nèi)部，直接同用戶計算機或者家庭網(wǎng)關(guān)相連，其連接方式見圖 (b)。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。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。 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)，實現(xiàn)小區(qū)局域網(wǎng)的通信和家庭對 Inter 訪問。 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(guān)量采集任務(wù)。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(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，完成對整個小區(qū)住宅的智能化控制和管理。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，就可實現(xiàn)數(shù)字設(shè)備之間的相互通信。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。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，并傳送到計算機或電話，以實現(xiàn)信息傳遞?！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、微波爐等；黑色家電：電視機、錄像機、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。 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