基于電力載波技術的網絡化智能家居系統(tǒng)的設計
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圖3 啟動碼的生成
為了線路轉送裝置能不錯過任何傳輸信息，X-10讓每個數(shù)據(jù)幀傳輸兩次。一條完整的控制指令由4幀數(shù)據(jù)組成，前兩幀傳輸被控設備地址，兩幀之間無間隔。后兩幀傳輸控制命令，兩幀之間也無間隔，但前兩幀與后兩針之間有3個周期的間隔，所以每條控制指令需要47個周期。對于50Hz的電力線來說，47個指令周期接近1秒。
2.3 基于X-10協(xié)議的智能家居系統(tǒng)
X-10是國際通用的智能家居電力載波協(xié)議，如果通信的雙方沒有共同的通信協(xié)議，通信就不能同步地進行，或者由于數(shù)據(jù)格式的不一致，彼此不能理解對方的數(shù)據(jù)中所包含的信息，使得通信實際上還是不能進行。X-10電力載波在提供電流的同時又可以像網線一樣傳送控制指令，從而實現(xiàn)網絡化的控制。
基于X-10協(xié)議構建的智能家居系統(tǒng)，主要由家庭網關和分布在家庭各處的符合X-10規(guī)范的家電設備組成。由于現(xiàn)在市場上大多數(shù)家電產品仍未在其內部提供對X-10協(xié)議的支持。因此暫時需要在電力線與家電電源之間增加一個X-10模塊,由網關對X-10模塊進行控制，間接實現(xiàn)對家電的控制。在系統(tǒng)中為了識別網絡中的不同設備，采用了2位16進制編碼，稱之為地址碼，這樣系統(tǒng)中的所有被控制設備都被賦予一個唯一地址碼。
每個X-10設備都被分配到一個地址，地址由“房間號”和“設備號”兩部分組成。房間號的選擇范圍為字母“A-P”,設備號的選擇范圍為數(shù)字“1-16”。因而在一個基于X-10協(xié)議構建的智能家居系統(tǒng)中最多可同時控制16×16＝256個不同地址的X-10設備，因此這套系統(tǒng)可容納256個不同的地址，可以執(zhí)行的指令包括：on，off，dim，bright，alllightson，allunitsoff。X-10協(xié)議規(guī)范對設備地址編碼，用于邏輯表示，使用時參照協(xié)議中的轉換表直接使用即可。
3 智能家居系統(tǒng)硬件設計
智能家居是通過統(tǒng)一的網格總線和控制平臺來控制家庭內部電器設備的系統(tǒng)。設計系統(tǒng)主要有兩部分組成：發(fā)送模塊和接收模塊。發(fā)送模塊利用單片機程序將指令發(fā)送到接受模塊上，其中包括目標設備地址信息。接收模塊利用單片機程序實時檢測電力線上的X-10信號。當檢測到電力線上有信號時，就會把剛剛檢測到的信號內所包含的地址信息與自身已經預設好的地址進行比較，如果相等則等待接收下一條X-10控制指令，如果與自身地址不相等，則將該地址信息簡單的拋棄，繼續(xù)等待下一條地址信息的出現(xiàn)。通過相應的指令做出對應的動作，達到對設備的實時控制。
圖4 系統(tǒng)物理模型
智能家居是通過統(tǒng)一的網格總線和控制平臺來控制家庭內電器設備的系統(tǒng)?？刂凭W格主要由收發(fā)模塊、阻波器、用電設備等組成。
3.1 nRF905芯片介紹
nRF905是挪威NordicVLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.9～3.6V，32引腳QFN封裝(5×5mm)，工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻道，頻道之間的轉換時間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。其引腳及性能如表1所示。
nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定。
表1 nRF905芯片引腳介紹
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