消費(fèi)總線電力線接口電路的設(shè)計(jì)
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智能家庭要求家用電器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（總線）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互操，總線協(xié)議是其精髓所在。目前，國際上占主導(dǎo)地位的家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有：美國的X10[1]、消費(fèi)總線（CEBus）[2]、日本的家庭總線（HOME BUS）[3]、歐洲的安裝總線(EIB)[4]。
消費(fèi)總線使用五種類型的介質(zhì)(電力線、無線、紅外、雙絞線和同軸電纜)，其中以電力線的應(yīng)用最為廣泛。消費(fèi)總線得到IBM、Hownywell、Microsoft、Intellon、Lucent、Philips、Siements等大公司的支持，1992年成為美國電力工業(yè)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)（EIA600、EIA721）。1997年，EIA600成為美國ANSI標(biāo)準(zhǔn)；2000年6月，微軟和CEBus委員會(huì)共同宣布支持CEBus的簡(jiǎn)單控制協(xié)議SCP。SCP是未來微中UPNP協(xié)議的子集。
1 CEBus電力線物理層
鑒于家庭中電力線載波通訊的特殊性，CEBus采用價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易行的線性調(diào)頻（chirp）擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。摒棄了傳統(tǒng)電力線載波通常應(yīng)用的直接序列擴(kuò)頻、調(diào)頻擴(kuò)頻、跳時(shí)擴(kuò)頻等設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。
圖2 通用通訊模塊的原理圖
消費(fèi)總線的物理層有四種碼，分別是:“0”、“1”、“EOF”和“EOP”。均為掃頻信號(hào)，正弦信號(hào)載波，從203kHz經(jīng)過19個(gè)周期線性地變?yōu)?00kHz，再經(jīng)過1個(gè)周期變?yōu)?00kHz，然后在5個(gè)周期中變?yōu)?03kHz，整個(gè)過程用時(shí)100μs，也就是1個(gè)UST(Unit symble time，在消費(fèi)總線中用多少個(gè)UST來度量時(shí)間)。其波形如圖1所示。
表1 不同條件下的載波幅度值
| 設(shè)備工作電壓 | 最小幅值 | 最大幅值 | 負(fù)載范圍 |
| ～120V | 2.5Vpp | 7Vpp | 10Ω～2kΩ |
| ～240V | 5Vpp | 14Vpp | 39Ω～8.2kΩ |
表2 不同條件下的設(shè)備輸入阻抗值
| 設(shè)備工作電壓 | 設(shè)備輸入阻抗（在頻率20kHz～50000kHz） | 載波幅值 |
| ～120V | >150Ω | 6Vpp |
| ～240V | >300Ω | 12Vpp |
同時(shí)也規(guī)定了電器設(shè)備對(duì)信號(hào)的阻抗。如果阻抗很小，就會(huì)將信號(hào)吸收從而無法傳送國。規(guī)定如表2[5]所示。
線性調(diào)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶低功率密度傳輸，從而大大提高抗干擾性能和傳輸距離。同時(shí)，chirps具有很強(qiáng)的自相關(guān)性和自同步性。這種自相關(guān)決定了所有連接在網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以同時(shí)識(shí)別從網(wǎng)上任意設(shè)備發(fā)出的這種特殊波形。
2 通訊模塊的設(shè)計(jì)
根據(jù)P89C51RD2和P300的芯片手冊(cè)[6][7]，設(shè)計(jì)的通用通訊模塊的原理圖如圖2所示。P89C51RD2和P300之間采用SPI接口通訊，用模擬的I2C總線和串行EEPROM通訊。這樣，中斷口、串口和有足夠的I/O口可以用于實(shí)際設(shè)備的設(shè)計(jì)。
評(píng)論