【正文】 致謝 本論文是在王慶蘭老師的親切關懷和悉心指導下完成的。文中詳細介紹了通信模塊 (EPLC600/5)的硬件電路設計及微處理器軟件設計 ， 給出了主站 /從站通信模塊的電路設計圖。 該電路的通信過程為 :PL2101 接收下發(fā)指令時 ， 是由微處理器單片機將下發(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。 WDI:看門狗計數(shù)器清零輸入端。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。 主站 /從站電路原理圖 依據(jù)文中 節(jié)的關于主芯片 PL2101 的功能特點介紹和工作原理，以及 MCU的工作流程思路，設計了主站 /從站載波通信模塊電路。如下式所示。反向的信號通過隔離 ， 經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)鎖存器 ， 變成單片機所需的并行數(shù)字信號送到單片機的數(shù)據(jù)存儲單元中 ， 再由串行口返送到芯片 PL2101。 AT80C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器 (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、非易失性存儲器技術制造 ， 與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和引腳相兼容 ， 由于將通用的 8 位 CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中 ， 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廉的有效解決方案。 P1: 一 與 E2PR0M24C02 連接 ， ~ 與多路電子開關 CD4052連接 。它與工業(yè)標準的 80C51/8OC52 指令和引腳相兼容?？偩€必須由一個主器件控制 ， 選擇 MCU 作為該通信模塊的 主器件 ， 它產(chǎn)生串行時鐘(SCL)， 控制總線存取 ， 并且產(chǎn)生開始位 (START)和停止位 (END)， 芯片 PL2101作為從器件工作。在 SCL 為高期間變化 ， 留給指示 START(開始 )和 STOP(停止 )條件。 當芯片處于接收態(tài)時 ， 由于 PL2101 內(nèi)部由 HEAD 的上升沿對內(nèi)部解調(diào)的數(shù)據(jù)進行鎖存輸出 ， 故外部 MCU 應當在 HEAD 的下降沿后讀取 PL2101 接收到的數(shù)據(jù)。芯片 PZL101 是特別針對中國電力網(wǎng)惡劣的信道環(huán)境所研制開發(fā)的低壓電力線載波通信芯片。它僅由單一的 +5V 電源供電 ， 以及一個外部的接口 電路與電力線禍合。數(shù)據(jù)的發(fā)送 /接收單元提供通信底層的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的網(wǎng)絡服務。同樣地 ， 當 ICDT要向各受控裝置下傳命令信號時 ， 先是主站進行信號處理 ， 調(diào)制 ， 經(jīng)電力線傳送 ， 15 從站解調(diào)接收的信號 ， 還原 ， 再通過 I/0 口發(fā)送給相應的智能裝置 ， 實現(xiàn) ICDT的控制功能。所以 ， 設計過程中考慮設計兩種類型的電力線通信模塊 :主站通信模塊和從站通信模塊。電力線數(shù)字載波通信技術的原理詳見框圖 。相對其它通信方式 ， 電力線無處不在的特點最適合用作智能家居自動化系統(tǒng)的通信介質(zhì) ， 利用電力線載波數(shù)據(jù)通信技術實現(xiàn)家庭控制和管理是具有一定優(yōu)勢的。數(shù)字家庭網(wǎng)絡上的設備是在不斷變化更新的，所以 ICDT 操作系統(tǒng)必須能適應這種需求。但數(shù)字家庭網(wǎng)絡的最終任務畢竟是實現(xiàn)對家庭中的所有家電和微控制裝置的的控制和監(jiān)，通信只是實現(xiàn)任務過程中的重要步驟，也不能太過忽視控制方面的研究工作。分布式的系統(tǒng)要求每一個從站系統(tǒng)要有獨立性，能僅依靠自己的硬件軟件資源即可獨立地完成一定的任務；同時每一從站還應該與其它從站系統(tǒng)有密切聯(lián)系，以便協(xié)同完成一項或多項任務。 ICDT 操作系統(tǒng)應具有以下特點 : (l)它是內(nèi)嵌式操作系統(tǒng)。開發(fā)板提供 1 個與 SR 一 232 接口、 1 個與廠商配置的端口 (既可用于 SR485，又可用于 SR232)、 4 個高速電流輸出設備、 4 個數(shù)據(jù)輸入設備、 7 個定時器、 1 個實時電池支持時鐘和 1個 10BaseT以太網(wǎng)接口，并提供了 TCP/IP協(xié)議的全部源代碼，實現(xiàn)了 TCP/IP和 SR232之間的相互轉(zhuǎn)換，為現(xiàn)場設備的上網(wǎng)提供了軟硬件平臺。點陣圖形 液晶顯示器選用 MGL(5)12864，字庫由字模提取軟件生成，存在 EPROM 中?？刂破鬟x用 Intel 高性能 16 位單片機80C196KC，在最小系統(tǒng)的基礎上，分別擴展了 32BK 數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。用戶可以通過智能控制單元外設的鍵盤布防、撤防，開關電器、控制燈光，以及查詢當前水電氣表讀數(shù)及費用。從智能控制單元發(fā)過來的數(shù)據(jù)在通信接口單元被拆分、打包并加上協(xié)議頭發(fā)送到網(wǎng)絡上。圖 中，室內(nèi)電力線主干路的上方標注輸入設備， ICDT 采集讀取它們的輸入數(shù)據(jù)和發(fā)送信號；下方標注輸出設備， ICDT 向它們發(fā)送控制命令，實現(xiàn)相應操作。家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸采用電力線數(shù)字載波通信技術，無需重新布線，方便可靠；家庭與外界通信采用日益成熟的電力線高速通信技術，應用 14Mbps 電力線調(diào)制解調(diào)器，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)高效的寬帶通信。另外，住戶還可通過 Inter 向家中的發(fā)送操作短信息。 內(nèi)置 HUB 芯片提供多個信息口 網(wǎng)絡智能控制數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)在保證自身在小區(qū)局域網(wǎng)上正常運行的同時，還可以以很低的成本擴展出三個信息口為住戶登陸 Inter、加設網(wǎng)絡設備或進行家庭內(nèi)部組網(wǎng)提供方便。只需要輕觸一個按鈕便可產(chǎn)生一種預先設定的照明效果，使用方便。由于該項功能是 ICDT 實時訪問小區(qū)管理中心數(shù)據(jù)庫的方式實現(xiàn)的，所以小區(qū)需要具備 電子商務。 ICDT 系統(tǒng)的顯示界面可滾動存儲六條電子公告。由于住戶密碼可自行設定，則在保證密碼安全的同時也 最大限度的實現(xiàn)了防脅迫秘密報警的獨特功育旨。 緊急求助 用戶將緊急求助按鈕安放在家中比較醒目易操作的位置，在按鈕處也加裝從站模塊。 火災自動探測報警 用戶在煙感火災探測器上加裝從站模塊即可實現(xiàn)。 系統(tǒng)功能 本章第一節(jié)給出了智能家居系統(tǒng)的整體設計方案，按此方案設計的智能家居系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種功能 : 防盜報警 家中的各類防盜報警探頭處加裝電力線載波通信模塊一“從站模塊”(EPLC6005)，每個從站端口均可獨立設置任意長度的延遲時間、劃分布防組別、設定端口常態(tài) (常開 /常閉 )，以及設定報警方式 (是否上報中心或本地報警 )等。以太網(wǎng)口連接寬帶入口，電力線接口直接連接到電力線上，即可實現(xiàn)以太網(wǎng)通信與電力線通信之間的轉(zhuǎn)換。在小區(qū)管理中心，中央服務器連接到HUB 上，通過 HUB 與 14Mbps 電力線高速通信設備連接，這樣通過小區(qū)電力線網(wǎng)絡，方便小區(qū)住戶與小區(qū)管理中心互訪。所以他為網(wǎng)絡運營商提供一種全新的寬帶入戶思路一租借供電公司的電力線作為通信介質(zhì)。而且它可以在家庭寬帶入口處加裝 EPCL14ME 電力線一以太網(wǎng)橋，其以太網(wǎng)口同入戶寬帶接口相連，電力線接口插入家中任一墻上插座，即可在家庭任一有墻上插座的房間享受有線移動網(wǎng)絡帶來的便利。 7 圖 EPLC14M 調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部電路組成框圖 14Mbps 電力線高速通信系統(tǒng)功能 14Mbps 電力線可以解決寬帶到小區(qū)后的最后 300 米問題，實現(xiàn)自配電變壓器至用戶家庭的全電力線介質(zhì)接入網(wǎng)，無需布線、無需穿墻過孔、不破壞裝修，節(jié)省人力物力。在EPLC14M 系統(tǒng)接收端，將接收到的信號分成幾路載波，然后與本地晶振信號混合，產(chǎn)生新的信號；將這幾路信號傳送到 EPLC14M 系統(tǒng)的接收裝置，再通過以太網(wǎng)口或者 USB 接口與計算機或智能電器相連。 圖 中給出了 EPLC14M 調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部電路組成框圖。接口單元是指電力線調(diào)制解調(diào)器同用戶設備間的雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?，這些接口包括同計算機之間的 RJ45 以太網(wǎng)接口或 UBS 接口。于室內(nèi)，采用低壓電力線低速載波技術，設計電力線載波通信模塊，完成智能家居裝置與家庭網(wǎng) 6 關之間的通信，關于此通信模塊的設計詳見第五章。其余設備，如門窗磁、緊急按鈕、家電控制器、警鈴警燈等，無論輸入輸出都屬開關量采集，工作原理與前兩者類似。在小區(qū)管理中心，對配備的 PC 性能要求比較高，令其作為中心服務器，運行管理控制軟件，數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫服務器上，以實現(xiàn)小區(qū)對所有住戶家中的 ICDT 的配置和管理。 5 圖 基于 PLC 技術的智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖 在小區(qū)的每一住戶家中安裝一臺 ICDT，每臺分配固定的 IP 地址。住宅接入網(wǎng)絡是小區(qū)局域網(wǎng)到住宅家庭網(wǎng)絡的延伸，可以穩(wěn)定運行在多種寬帶接入網(wǎng)絡上，如以太網(wǎng) LNA、高速 PCL 或 ADSL 接入網(wǎng)絡等。該項技術一旦進入商業(yè)化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。而且電力網(wǎng)絡具有無 處不在的優(yōu)點，采用電力網(wǎng)可以減少在網(wǎng)絡建設上的巨額投資，而這一點正是制約寬帶應用的重要因素。此外，也為電力公司提供了一個拓展業(yè)務范圍的機會，從而在自由競爭的市場中獲得更強的競爭力和更可觀的利潤。除了 3 以上利用己有資源解決接入問題的技術外，還有 10M 以太網(wǎng)入戶技術 (幾種通信技術的比較見表 1)。 圖 電力線高速通信技術在家庭中的應用 近幾年，隨著 Inter 技術的發(fā)展及寬帶局域網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的全面建設，登陸上網(wǎng)的人數(shù)成倍增長，家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡將是下一個數(shù)字化目標。 電力線通信技術介紹 電力線通信技術（ 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。因此，出現(xiàn)了融合控制網(wǎng)絡和多媒體信息網(wǎng)絡于一體的“家庭總線”。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。 Key words........................................................... 1 1 緒論 ............................................................. 1 智能家居系統(tǒng)介紹 ............................................... 1 電力線通信技術介紹 ......................