基于电力线载波的智能家居控制系统研究(2)

    电力线通信(Power Line Communication)技术是指把载有信息的高频加载于电流，利用既有电力线进行传输，通过调制解调器将高频信号从电流中分离出来，传送给计算机或其他信息家电，以实现信息传递。

利用电力载波通信技术，系统网络无需另外布线，降低了成本。电力网是覆盖范围*大的网络，只要是接入电力线的电力设备就能进行通信。每个导电插座都是网络的接入点，数目多而且比较方便。无需拨号，只要导电就能接入网络，具有灵活、方便、速率快等优点，适合对家庭设备的控制和监控。

1 智能家居控制系统方案

智能家居控制系统控制和监视着家庭中各种设备的运行，如空调、微波炉等设备的开关及工作状态的调节。本文综合智能家居系统的功能和要求，研究了一套基于电力线通信的智能家居控制系统方案，系统总体结构如图1所示。

该控制系统主要分上层网络和底层网络两个部分。底层网络是指家庭内部的电力线网络，将家中的所有家电、照明设备、各种报警探头和水表等设备通过电力线终端连接到住宅中的220 V电力线上，继而通过μC/OS系统控制器，构成基于电力线载波的家庭内部网络，用以实现家庭各种开关设备、电器设备以及各种仪器仪表的控制。上层网络是指家庭内部网络与外部以太网的连接，家庭内部网接入以太网以实现设备数据的存储、PC端和手机终端的远程控制和Android监控功能。

μC/OS控制器是整个系统的控制核心，主要有现场控制和远程控制两种方式。现场控制时，通过人机交互界面，实现设备控制和信息显示。远程控制时，通过以太网与远程PC机服务器建立连接，接收发来的各种控制和查询命令，并通过电力线将这些命令传送到控制节点，控制相应的设备执行动作。μC/OS系统控制器还能够监测各控制节点的状态，家庭中的设备定时向μC/OS系统控制器发送状态信息，如发现故障或者不正常的操作时，控制器将做一些紧急的处理，如关闭电源等，并发出故障报警信号给服务器，通过服务器将报警信号转发给远程And roid手机终端。

家庭内部设备通过控制节点连接到220 V电力线上。控制节点不但能够实现对电器设备的本地控制，还能接收μC/OS系统控制器发来的控制命令，根据编码地址控制对应地址的设备发生动作。每个家电、设备、仪表都有自己唯一的地址来标识，从而保证控制的唯一性。各控制节点对从电力线传过来的载波信号进行解析和地址判定。若地址与本节点所连设备相符，则执行机构执行相应命令，继电器进行吸合或者释放动作，实现对目标的开/关控制，同时返回目标的开/关状态。控制节点还可以向μC/OS系统控制器上传所采集设备实时状态，如开/关状态、电压、电流等，同时还会定时上传各种仪表的实时采集信息。

在μC/OS系统控制器和各控制节点上都内嵌有电力线载波通信模块，它们之间通过电力线载波通信模块进行通信。它们承担系统的模拟量、脉冲量和开关量采集任务。户内的温度控制器、水浸控制器等设备中加装的模块进行模拟量采集，控制节点处的电力线载波通信模块将输入的模拟量转换为电平信号，以0、1数字量通过单片机写入数字帧，再经调制解调芯片转换为载波信号，通过电力线发送给μC/OS系统控制器处的电力线载波通信模块。采用类似原理，将接收的载波信号解调出数字帧，还原为数字量发给μC/OS系统控制器。各种开关设备以及模拟量上传设备均通过该原理实现。