2022年电力载波通讯网络技术在智能家居系统中的应用 .pdf

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1、电力线载波（） 是电力系统特有的、基本的通信方式， 具有信息传输稳定可靠， 路由合理、 可同时复用信号等特点， 同时电力线和信号线合一， 无须铺设信号线， 人们原来使用和维护电器的习惯都不受影响， 家电只要在内部配备电力线载波通信芯片、更新程序， 便可实现对原有家电的改造由于家电的信息量小， 电力线载波速度慢的缺点不突出， 因此电力线载波通讯技术在家居智能化应用方面有着广泛的前景， 特别是在中速率传输应用方面， 因其具有可靠性高、造价低廉等优点， 使其占有明显优势由于现代通讯技术的发展，使电力线载波通讯成为可能近几年 ， 随着智能住宅小区的兴起， 基于嵌入式系统的电力载波数据通信技术在智能小区

2、， 智能家居系统中得到应用电力线载波芯片选择由于电力线是给用电设备传送电能的， 不是专用的数据通讯介质， 所以用电力线来传送数据时会存在一些问题脉冲噪音是电力线上最大的噪声源， 它是产生干扰的主要原因采用电力载波通讯技术组网最关键之处是需要建立电力线上的载波通讯机制通过对电力载波数据通讯在家居智能系统受干扰的原因分析可知 ， 数据信号的信噪比决定了传输距离的远近与数据通讯效果的好坏， 而改善信噪比的关键是找到适合智能家居使用的电力线载波专用芯片是一种比较出色的电力载波数据通讯芯片是美国国家半导体公司生产的制式的调制解调芯片， 它可用于电力线载波通讯， 还可用于有线和无线通讯， 且灵敏度高、 抗

3、干扰能力强可实现可靠的串行数据的半双工电力线通信， 具有发送和接收数据的全部功能芯片采用脚双列直插封装， 内部电路可分为发送和接收两大部分， 电路的工作状态由脚收发控制端控制， 数据的发送部分由调制器、电流控制震荡器、正弦波形成器、输出放大器和电平自动控制器组成脚为数据输入端， 由此输人的数据经调制 ， 形成开关控制电流， 驱动电流控制震荡器产生频偏的三角波、再由正弦波形成器形成已调正弦波信号， 经输出放大器放大， 送脚输出电平自动控制器则用以控制输出信号的幅值集成电路的、脚为电流控制震荡器外接电容端，脚为外接电阻端， 用以调节载波频率、脚专用于外接提升管的射极和基级用以提高发射功率接收部分由

4、限幅放大器、锁相环解调器、 低通滤波器、 直流消除电路和噪声滤波电路组成载波信号由脚输人 ， 经限幅放大器放大， 送锁相环解调器解调出数据信号经低通滤波器、直流消除电路和噪声滤波电路的信号处理， 通过脚输出经解调的数据信号另外 ， 集成电路的脚用以连接限幅放大器的滤波电容、脚用以连接锁相环外接电容和电阻，电力载波通讯网络技术在智能家居系统中的应用郝婕 ， 李超（ 浙江万里学院， 宁波）摘要 ：文章讨论了利用电力载波通讯技术组网， 在现有低压电力网上采用电力载波技术以电力线为传输媒介构建一种智能家居数据通讯控制系统的方案系统采用芯片实现组建多节点电力载波嵌入式网络通讯平台， 并给出了具体的硬件线

5、路和软件的设计关键 词 ：智能家居；电力载波；中图分类号： 文献标识码：文章编号：（）收稿 日期 ： 作者 简介 ：郝婕 ， 浙江万里学院基础学院讲师； 李超 ， 浙江万里学院基础学院高级工程师浙江万里学院学报第卷第期年月 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 浙江万里学院学报年月图系统结构图其参数的选择决定锁相环的锁定频率和捕捉范围电力载波通讯网络的架构由 于 电 力 载 波 采 用 的 是 半 双 工 的 通 讯

6、方 式 ， 所 有共用同一传输介质， 因而系统采用主从式结构， 实现单片机多机电力线载波通讯系统的结构如图所示 ， 主机和所有从机都通过调制解调器和电力线相连主控芯片采用目前广泛应用的系列单片机主机通过电话接口实现广域控制， 通过接口与计算机联接， 使用计算机对系统进行设置和控制从系统结构图中我们可以看出， 电力载波通讯网络构成了智能家居的基本平台， 所有的控制信息、数据都是通过这个网络进行传输， 是整个系统的关键所在系统关键硬件设计 主控制器模块主控制器是智能家居控制系统的核心， 承担信息采集、状态监控等任务， 可实现多种控制方式， 例如计算机控制， 电话远程控制等等通过管理和设置上位机，

7、实现家用电器的定时、记忆及自适应等自动控制功能该模块与连接的主要电路图如图所示图主控制模块与连接电路图 电力载波收发模块在电力线收发电路中， 采用来实现电力线载波功能它提供数据链路层和物理层的协议服务，负责将数字信号调制成扩频载波信号或将扩频载波信号解调为数字信号， 调制后的扩频载波信号在交流电力线上传输在电路设计中， 智能控制器提供片选、脉冲和芯片的复位信号，以异步串行通讯的方式与智能控制器进行数据交换， 以保证数据交换的实时性与准确性该模块的主要电路图如图所示图电力载波模块电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

8、 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 图电力载波发送流程模块信号发射部分主要为功率放大电路设计此级功率放大是将芯片的高压开漏输出转换成功率输出该脚输出时应接一个不小于 的上拉电阻， 其灌入电流不要超过， 并有不低于的信号电压输出功率放大器本身工作在开关状态由于正常发射时间很短， 所以在选择三极管参数时应该注意其功率参数 ， 测试时应注意工作时间不能太长， 以避免损坏功率放大器的输出三极管，整板测试时可以串一个电阻， 不过此时输出波形和功率将受影响设计中 ， 系统电源的设计是个重要的问题在低压电力线载波系统中， 电源是连接系统和电

9、力线的直接通道， 是信号传输的信道， 同时也是各种干扰进入系统的入口电源的安全可靠性对系统准确可靠地工作起着举足轻重的作用在市电传输线上， 存在各种随机干扰信号， 比如雷电、 大容量感性负载的起、停 ， 都会造成电源瞬间欠压、过载、产生尖峰、 浪涌干扰等问题由于压敏电阻的特性 ， 在加于压敏电阻两端的电压超出压敏电压时， 电流迅速增大， 呈短路状态， 非常适合吸收瞬间的尖峰、浪涌电压因此电源中加入压敏电阻后， 电源干扰造成系统程序“ 飞跑”的可能性减少市电中含有许多高频干扰源， 这些高频成分很容易经过电源进入单片机系统中另外系统自身的发送频率也会经过电源感应反馈到单片机系统造成干扰解决的办法可

10、在电源电路中加入滤波电路以抑制各种高频信号系统软件设计软件设计分为下位机（ 单片机 ） 系统软件设计和上位机（服务器 ） 系统软件设计在单片机系统软件程序流程中， 采用 在下位机软件设计中， 将系统的各种功能划分为对应某一具体任务的子程序（ 如数据采集子程序、电力线收发子程序、 电话信息处理子程序等） ， 并给每个任务定义任务优先级、执行频率和标识符采用非抢占优先级方式来设计， 用定时器溢出中断来调用任务当单任务发生时， 记录任务发生时间与类型， 根据任务类型选择声光报警和与上位机进行通讯等处理方式当多任务同时发生时， 根据预先定义的任务优先级， 由高到低依次处理系统软件设计的一个关键问题就是

11、电路载波通信的控制系统设计的电力载波通讯的工作过程为： 平时主机和所有从机都设为接收状态， 其中主机调制解调器的解调频率设为， 从机调制解调器的解调频率设为如图所示 ， 主机向从机发送数据， 首先将调制解调器设置成的发送状态， 然后通过串行发送口发送数据， 经调制解调器调制成的载波信号， 通过耦合变压器， 耦合至电力线上处在接收状态的所有从机的调制解调器接收电力线上的载波信号， 并完成解调， 将数据通过串行接收口输入各自当从机收到第一个字节的数据， 设主机忙标志， 禁止从机向主机发送数据， 而从机每收到一个字节的数据， 通过中断服务子程序， 依次对系统码、地址码进行辨别， 如和本机相同， 则继

12、续进行后面数据的接收， 直至收到结束符然后主机将调制解调器切换回的解调状态， 从机则对收到的数据进行校验 ， 并将调制解调器切换成的调制状态， 延时一定时间， 将根据校验得到的正误情况， 发回主机主机收到数据， 对正误标识进行判断， 如遇错误标识或在一定时间内未收到回送信息， 则进行命令重发从机向主机发送数据采用的载频 ， 其工作过程和主机向从机发送数据基本相同经实际测试， 本系统数据传输速率可达， 数据传输距离不低于， 能完全满足智能家居的数据通讯要求基于电力载波技术的通讯控制系统， 是智能家居数字化得以实现的一种新模式在通讯控制系统的实施过程中， 特别是存在较多干扰源的智能家居环境中， 采

13、用本系统在不需重新布线的情况下， 不仅能够满足实时性， 可靠性和兼容性要求， 且具有良好的抗干扰作用， 具有广阔的应用前景参考文献：何 立 民单 片 机 应 用 系 统 设 计北 京 ： 北 京 航 天 大 学 出 版 社 ，：余 永 权单 片 机 原 理 厦 应 用北 京 ： 电 子 工 业 出 版 社 ，：第期郝婕 ， 李超 ： 电力载波通讯网络技术在智能家居系统中的应用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 浙江万

14、里学院学报年月 ，（，）： ： ；总结移动通信技术和互联网取得了巨大的成功， 移动网络将会逐渐成为多媒体通信的重要网络平台多媒体技术正在向移动媒体方向发展， 其技术主流就是流媒体和视频压缩技术平台采用了三项关键的革新技术： 增大的空闲省电区域、变长指令、 扩大的并行机制其结构对于流媒体应用高度优化， 适用于移动流媒体低功耗播放器的开发， 所以研究应用于移动网络的流媒体播放器有着重要的现实意义参考文献：曹 理 宇 ， 姚 丹 霖流 媒 体系 统 中 的 视 音频 同 步计 算 机 应 用， （）：郑 洪 超 ， 胡 剑 凌嵌 入 式解 码系 统 的 设 计与 实 现电 子 技 术 应用 ， （）：钟 玉 琢 ， 王 琪 ， 贺 玉 文基于对象的多媒体数据压缩编码国际 标 准及 其 校 验 模型北 京：科 学 出 版 社 ，申 敏 ， 等原理及其在移动通信中的应用北京：人 民 邮电 出 版 社 ， ， （ ，）：， ：； !（ 上接第页 ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -