【正文】 置與家庭網(wǎng) 6 關(guān)之間的通信，關(guān)于此通信模塊的設(shè)計詳見第五章。在小區(qū)管理中心，對配備的 PC 性能要求比較高，令其作為中心服務(wù)器，運行管理控制軟件，數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，以實現(xiàn)小區(qū)對所有住戶家中的 ICDT 的配置和管理。住宅接入網(wǎng)絡(luò)是小區(qū)局域網(wǎng)到住宅家庭網(wǎng)絡(luò)的延伸，可以穩(wěn)定運行在多種寬帶接入網(wǎng)絡(luò)上，如以太網(wǎng) LNA、高速 PCL 或 ADSL 接入網(wǎng)絡(luò)等。而且電力網(wǎng)絡(luò)具有無 處不在的優(yōu)點，采用電力網(wǎng)可以減少在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上的巨額投資，而這一點正是制約寬帶應(yīng)用的重要因素。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)。 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。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、手持遙控器等人機接口來控制家中的電子電器產(chǎn)品。 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?，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 間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金?！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)計改進的新型家電產(chǎn)品。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。 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，同時也可以完成遠程自動抄表 (包括氣、水、電表等 )，消防、保安等任務(wù)。 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) 評價 模擬調(diào)制解調(diào)器 56k 否 雙絞線 應(yīng)用 廣泛、廉價但速度慢 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)是一個基于計算機網(wǎng)絡(luò)的智能住宅管理控制系 統(tǒng)。家庭內(nèi)部，所有輸出設(shè)備，如報警探測器、求助按鈕、電子式脈沖表，它們的信號 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。 14Mbps 電力 線高速通信設(shè)備在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用 前文對基于電力線載波技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計進行了整體分析，電力線載波技術(shù)起到了舉足輕重的作用。調(diào)制解調(diào)部分由數(shù)字信號處理單元和相應(yīng)的外圍電路組成。在 EPLC14M 系統(tǒng)發(fā)射端，先通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將本地客戶機發(fā)送的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成模擬信號，再進行相應(yīng)的濾波整形放大，然后傳送給發(fā)射裝置，這樣客戶機的數(shù)據(jù)信息就可通過電力線輸出。用它進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。 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 。 貴重物品防盜報警 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)為較高報警級別，從而引起管理人員足夠重視，一旦有盜竊事件發(fā)生，瞬間開啟報警設(shè)備。由于其不僅是作為防盜類的報警裝置，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，考慮到竊案發(fā)生時該設(shè)備的報 警意味著受侵害者在場，因此在設(shè)置該項功能時應(yīng)設(shè)定為只上報小區(qū)管理中心而本地不報警，以減少受侵害者被發(fā)現(xiàn)的可能性。 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。 遠程家用電器控制 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)，可以實現(xiàn)家用電器的輸出控制功能。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沖計量表等。 ICDT 在結(jié)構(gòu)上主要由兩個部分組成 :通信接口單元和智能控制單元，兩個單元之間通過異步通信接口互連，通信接口單元提供了從電力線通信網(wǎng)絡(luò)到智能控制單元之間的接口。物業(yè)管理公司也可以通過訪問小區(qū)管理中心的主控 CP 及時通知住戶交納各項費用。 圖 IDCT 硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)原理圖 ICDT 中內(nèi)嵌主站電力線，它與從站電力線載波模塊 (下位機節(jié)點 )之間是通過戶內(nèi)現(xiàn)成電力線連接的。 ICDT 任務(wù)比較單一，主要功能就是控制與通信，其載體通常為單片機，存儲容量有限，而實際上該控制平臺的內(nèi)核也是比較小的，一般 10K30K 左右，所以考慮采用內(nèi)嵌模式是最合適的了。這恰恰體現(xiàn) ICDT 操作系統(tǒng)的專用性。電力線載波通信除具備有線移動的特點以外 ， 還具備造價成本低、通信性能相對穩(wěn)定、保密性強、不易受空間電磁干擾、不受建筑物阻擋影響等優(yōu)點 ， 因此采用電力線載波通信方式實現(xiàn) ICDT 與檢測和 14 控制裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸是較為合理的選擇。主站模塊(圖 中 (a)所示 )設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)智能控制數(shù)據(jù)終端處 (內(nèi)嵌于 ICDT 中 )， 從站模塊(圖 中 (b)所示 )設(shè)置在各種智能模塊的信號出口端。主控制器將命令和數(shù)據(jù)翻譯過來提供給用戶使用 ， 并提供上層 (包含應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層 )的通信協(xié)議。信噪比數(shù)據(jù)傳輸特性比芯片 PL20xx 有了大幅度的提高 ， 同時將數(shù)據(jù)傳輸速率提升了一倍。② SCL 為時鐘輸入端 ， 用于同步進入 PL2101 和從 PL2101發(fā)出的數(shù)據(jù)。由于在單片電路上集成了通用的 8 位 CUP 和閃速存儲器 ， AT89C52 成為功能強大的微控制器 ， 為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種高效靈活的解決方案。 AT89CZO51 具有以下一些標(biāo)準特性 :2K 字節(jié)的閃存 PROM、 128 字節(jié) RAM， 15個 I/O 線 ， 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ， 6 個兩級中斷源結(jié)構(gòu) ， 一個全雙工串行口 ，一個精確的模擬比較器 ， 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ， 具有 至 6V 的電壓工作范圍和 12MHz/24MHz 工作頻率 ， 同時還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖。本系統(tǒng)中單片機串口控制器 SCON 設(shè)置為 50H， SMO、 SMI 為 0、 l， 即為串行工作方式 1， REN 為 1， 即允許串口接收。若使用外部時鐘 ， 可直接從 XTli 輸入 的時鐘信號。 PL2101常態(tài)為載波接收模式 ， 檢測載波線路的同步幀頭 (根據(jù)通訊規(guī)約 ， 同步幀頭為0x0 0xAF)； 檢測到同步幀頭后 ， 按通信規(guī)約計算應(yīng)接收數(shù)據(jù)長度 ； 按接收長度接收通信數(shù)據(jù) ； 到達接收長度后 ， 按通信規(guī)約添加有關(guān)數(shù)據(jù)頭、數(shù)據(jù)長度后通過串口上發(fā) MCU； 由于 PL2101 常態(tài)為接收模式 ， 只有正確收到指令后 ， 才啟 動載波發(fā)射態(tài) ， 將數(shù)據(jù)發(fā)送到載波線路上 ， 發(fā)射結(jié)束后進入載波接收模式 ； PL2101處于接收狀態(tài)時 ， 載波線路有擴頻信號時 ， HEAD 腳產(chǎn)生同步信號 ； PL2101 處于發(fā)射狀態(tài)時 ， HEAD 腳由芯片內(nèi)部分頻產(chǎn)生同步信號 (500bsP)。王慶蘭老師的悉心指導(dǎo)使我受益終生。 圖 主站模塊 (EPLC600)電路圖 圖 從站模塊 (EPLC6005)電路圖 本章從數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通信方式的選擇著手 ， 根據(jù)電力線數(shù)字載波通信技術(shù)的基本原理 ， 設(shè)計了一種適應(yīng)家庭自動 化通信要求的電力線載波通信模塊。當(dāng)電源電壓低于 時 ， RESET 腳持續(xù)輸出高電平。 3P 口的輸出作為數(shù)據(jù)鎖存器和 D/A、 A/D 的禁止和允允許。 主站 /從站單片機系統(tǒng)的工作流程是這樣的 :單片機利用自身具有的串行通信口 ， 直接接收芯片 PLZ101 傳送下來的串行數(shù)據(jù) ， 然后將所接收的各組數(shù)據(jù)通過并行口輸出 ， 經(jīng)過數(shù)字光隔 ， 送到數(shù)據(jù)鎖存器 74LS373， 最后將鎖存的數(shù)據(jù)送到 D/A 轉(zhuǎn)換器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換并 通過運放將模擬信號輸出 ， 同時顯示在 ICDT 界面上。 a)I/O 通道分配 : 17 P0:地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線。當(dāng)器件處于傳送數(shù)據(jù)到總線狀態(tài)時 ， 我們稱之為發(fā)送器 ， 當(dāng)器件處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)時則稱為接收器。 芯片 PL2101 的發(fā)送接收工作時序 : 當(dāng)芯片處于發(fā)射態(tài)時 ， 由于 PL2101 內(nèi)部由 HEAD 的上升沿對 RXD_TXD 的數(shù)據(jù)進行鎖存 ， 故外部 MCU 應(yīng)當(dāng)在 HEAD 的下降沿后將數(shù)據(jù)置于 RXD_TXD 管腳。 主站 /從站通信模塊所采用的核心芯片 PL2101 PL2101 是專為電力線通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的半雙工異步調(diào)制解調(diào)器 ， 是 PL200O 的升級產(chǎn)品。從站采集到需要上傳的脈沖信號 ， 處理 ， 調(diào)制 ， 轉(zhuǎn)換成適合電力線傳輸?shù)哪M信號 ， 經(jīng)電力線發(fā)送 至主站 ； 主站接收從站的上傳信號 ， 解調(diào) ， 還原為初始的脈沖信號 ， 再通過 I/O 口發(fā)送至 ICDT， 進行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。 發(fā)送端把采集到的原始信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后進行相應(yīng)處理 ， 轉(zhuǎn)變成適合電力線傳輸?shù)妮d波信號 ， 信號經(jīng)電力線傳輸?shù)浇邮斩说慕庹{(diào)器 ， 再經(jīng)過反向處理 ， 在接收端得到還原后的原始信號。 IC