【導(dǎo)讀】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)。各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。對(duì)家電自動(dòng)化、信息家電(3C:Computer、Communication、Appliances)系統(tǒng)的研發(fā)極大地推動(dòng)了智能家居技術(shù)的發(fā)展。一方面，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)參考來自各個(gè)傳感器中的信號(hào)做出相應(yīng)的一系列操作；中的電子電器產(chǎn)品?！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。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。因此，出現(xiàn)了融合控制網(wǎng)絡(luò)和?！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(jì)改進(jìn)的新型家電產(chǎn)品。組成一個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，

　　

【正文】 芯片 PL2101作為從器件工作。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。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 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(chǔ)器編程。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51/8OC52 指令和引腳相兼容。由于在單片電路上集成了通用的 8 位 CUP 和閃速存儲(chǔ)器 ， AT89C52 成為功能強(qiáng)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。 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。 a)I/O 通道分配 : 17 P0:地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線。 P1: 一 與 E2PR0M24C02 連接 ， ~ 與多路電子開關(guān) CD4052連接 。 ~ 與串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 連接。 P2:地址總線。 b)E2PROM 之所以選用 E2PROM， 是因?yàn)?E2PROM在工作電壓下就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀和寫 ，這樣 ， 就可以在編制應(yīng)用程序時(shí) ， 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)。 AT80C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 (FLASH ROM)的低電壓、高性能 CMOS 8 位微控制器 ， 該器件采用 ATMEL 高密度、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造 ， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和引腳相兼容 ， 由于將通用的 8 位 CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中 ， AT89C2051 是一種高效微控制器 ， 為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活性高且價(jià)廉的有效解決方案。 AT89CZO51 具有以下一些標(biāo)準(zhǔn)特性 :2K 字節(jié)的閃存 PROM、 128 字節(jié) RAM， 15個(gè) I/O 線 ， 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 6 個(gè)兩級(jí)中斷源結(jié)構(gòu) ， 一個(gè)全雙工串行口 ，一個(gè)精確的模擬比較器 ， 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ， 具有 至 6V 的電壓工作范圍和 12MHz/24MHz 工作頻率 ， 同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖。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。 主站 /從站單片機(jī)系統(tǒng)的工作流程是這樣的 :單片機(jī)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(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并 通過運(yùn)放將模擬信號(hào)輸出 ， 同時(shí)顯示在 ICDT 界面上。反向的信號(hào)通過隔離 ， 經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)鎖存器 ， 變成單片機(jī)所需的并行數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中 ， 再由串行口返送到芯片 PL2101。 本系統(tǒng) MCU 的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)詳見圖 和圖 ， 設(shè)計(jì)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。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。它有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行口 ， 有 4 種工作方式 ， 其中方式 1 是標(biāo)準(zhǔn)的 10 位異步通信方式 ， 10 位數(shù)據(jù)和 PC 機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口相對(duì)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。如下式所示。本系統(tǒng)中單片機(jī)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。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。 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 /從站電路原理圖 依據(jù)文中 節(jié)的關(guān)于主芯片 PL2101 的功能特點(diǎn)介紹和工作原理，以及 MCU的工作流程思路，設(shè)計(jì)了主站 /從站載波通信模塊電路。圖 為主從站載波通信模塊的電路原理框圖。 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。 PL2101 主振蕩器所需時(shí)鐘頻率為 。為使振蕩器工作更加可靠 ， 連接于振蕩器兩端的電容一般用 30pF， 也可在 30 一 68pF 之間取值。若使用外部時(shí)鐘 ， 可直接從 XTli 輸入 的時(shí)鐘信號(hào)。 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)。當(dāng)電源電壓低于 時(shí) ， RESET 腳持續(xù)輸出高電平。 WDI:看門狗計(jì)數(shù)器清零輸入端。當(dāng) WDI 持續(xù) 436ms 以上無高低電平變化 ， 將 20 導(dǎo)致看門狗計(jì)數(shù)器溢出復(fù)位 ， 使 PL2101 的 RST 腳輸出復(fù)位高電平。 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)。圖 虛線框外包括數(shù)據(jù)信號(hào)禍合、模塊電源部分和單片機(jī)及其外圍接口電路。 該電路的通信過程為 :PL2101 接收下發(fā)指令時(shí) ， 是由微處理器單片機(jī)將下發(fā)指令的具體內(nèi)容 ， 以透明、同步方式送 PL2101， 由載波發(fā)送到線路上。 PL2101常態(tài)為載波接收模式 ， 檢測(cè)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(cè)到同步幀頭后 ， 按通信規(guī)約計(jì)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(dá)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(dòng)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(jìn)入載波接收模式 ； PL2101處于接收狀態(tài)時(shí) ， 載波線路有擴(kuò)頻信號(hào)時(shí) ， HEAD 腳產(chǎn)生同步信號(hào) ； PL2101 處于發(fā)射狀態(tài)時(shí) ， HEAD 腳由芯片內(nèi)部分頻產(chǎn)生同步信號(hào) (500bsP)。 21 具體電路詳見圖 主站模塊電路圖和圖 從站模塊電路圖。 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(jì)了一種適應(yīng)家庭自動(dòng) 化通信要求的電力線載波通信模塊。文中詳細(xì)介紹了通信模塊 (EPLC600/5)的硬件電路設(shè)計(jì)及微處理器軟件設(shè)計(jì) ， 給出了主站 /從站通信模塊的電路設(shè)計(jì)圖。 5 總結(jié) 智能家居自動(dòng)化和電力線載波通信是兩個(gè)蓬勃發(fā)展的嶄新學(xué)科。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。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(dòng)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。 致謝 本論文是在王慶蘭老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。王慶蘭老師的悉心指導(dǎo)使我受益終生。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(cè)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] 鄭娜，李景春 .脈沖無線電噪聲分類 及其數(shù)學(xué)描述 [J]. 中國無線電 . 20xx(09)： 4952