基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)設計
電力網是每個家庭都要用到的物理網絡,現(xiàn)有的電力線基本功能是傳輸電力。利用現(xiàn)有的電力線實現(xiàn)數(shù)據通信 , 而無需增加額外的通信線路,可以大大節(jié)約建設成本。本文所介紹的智能系統(tǒng)只需將本系統(tǒng)中不同功能的通信模塊和電源電路像墻壁插座一樣嵌入墻壁,接入市電,即可實現(xiàn)本智能家居系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體設計
系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。
整個系統(tǒng)由不同的智能模塊組成,智能模塊由電源電路、SC1128收發(fā)電路及外圍電路組成。每個智能模塊對應一個不同的地址,以免執(zhí)行不屬于本模塊的命令。地址可由一個自定義的紅外遙控器設置。
2 智能模塊硬件電路
硬件電路分為電源、SC1128收發(fā)電路及外圍電路、功能電路3部分。
2.1 電源硬件
電源硬件模塊示意圖如圖2所示,各模塊的功能如下:
(1)框1為耦合電路。耦合電路是載波信號的輸出和輸入通路,并有隔離220 V/50 Hz工頻的作用。該電路在設計時需考慮220 V線路側的阻抗特性, T1為信號耦合變壓器,220 V線路側阻抗一般取3 Ω~30 Ω。然后確定線圈初次級的匝數(shù)比或阻抗比。最后設計功率放大器的輸出匹配電阻。輸入通道接一個浪涌保護二極管,經電阻隔離后接二極管箝位電路輸出給前級濾波電路。
(2)框2為電源與通信模塊的接口。SC1128通過POUT(發(fā)) 與 SIN(收) 2個腳與別的智能模塊通信。這樣可以用一個智能模塊控制另外一個智能模塊。
(3)框3把+12 V穩(wěn)壓至+5 V,給系統(tǒng)供電。
(4)框4為單片機I/O口控制的繼電器電路。把所需控制的電器一根電源線接到繼電器輸出腳,這樣就可以實現(xiàn)控制電器的開與關。鑒于電源模塊的體積,一個電源模塊上可以接3個繼電器為好。
(5)框5通過整流得到+12 V電源。
2.2 SC1128收發(fā)電路及外圍電路
硬件系統(tǒng)的核心電路是SC1128的收發(fā)電路。
(1)SC1128通過電力線傳輸與接收的電路[1]
SC1128芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴頻調制/解調器電路。由于采用了直接序列擴頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術,因此該電路應用在電力線通信方面具有較強的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內部集成了擴頻/解擴、調制/解調、D/A和A/D轉換、內置電子表、輸出驅動、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應用系統(tǒng)中可以起到降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。
SC1128通過電力線收發(fā)圖如圖3所示。
耦合電路可將功率放大器發(fā)射的信號耦合到電力線;又可將電力線上接收的信號耦合到帶通濾波器上。帶通濾波器和前級放大器為前級接收通道,它將接收的信號經放大、濾波,送入SC1128的一級運算放大器處理。功率放大器將SC1128發(fā)出的調相信號進行功率放大,經耦合線圈送入電力線。
(2)SC1128與單片機的連接電路[2]
單片機選用宏晶科技推出的超強抗干擾/高速/低功耗的STC89C58RD+。該款單片機內部自帶32 KB Flash,1280 B的RAM,可以免外擴EEPROM,特別是該單片機支持在線燒寫,為以后的軟件升級帶來了便利。
SC1128與單片機連接如圖4所示。
36腳為收發(fā)控制端,0為接收,1為發(fā)射;37腳在發(fā)射和接收同步后產生同步脈沖信號,頻率隨工作主時鐘和周波的變化而變化;38腳為輸出發(fā)送和接收的數(shù)據;39腳為設置數(shù)據及狀態(tài)的輸入輸出端;40腳為同步設置時鐘輸入端;41腳為片選輸入端。
發(fā)射狀態(tài)時,單片機將SR端(36腳)置高,SC1128芯片發(fā)出同步頭(37腳),單片機通過TX端(38腳)同步發(fā)送數(shù)據。
接收狀態(tài)時,單片機將SR端(36腳)置低,SC1128芯片若接收到數(shù)據,則產生同步頭,通過TX端(38腳)將數(shù)據同步發(fā)送到單片機。
正常工作時,SC1128第 36腳(SR)不發(fā)射時始終置0,處于等待接收狀態(tài)。
2.3 功能電路
功能電路是根據所要實現(xiàn)的不同功能所加的電路,包括:
(1)按鍵電路:通過按鍵來控制繼電器,達到控制電器的作用;
(2)語音電路:可實現(xiàn)電器遠程電話控制;
(3)傳感器電路:根據需要來選擇傳感器,如紅外傳感器,當有人經過時,傳感器給單片機發(fā)送信號,來控制繼電器,這里的繼電器可以接點燈,或報警模塊。煤氣傳感器可以探測煤氣泄漏并報警;
(4)電腦接口電路:可以通過網絡遠程控制,也可以在電腦中顯示電器的狀態(tài)或控制各個電器;
(5)液晶接口電路:可以顯示各個電器狀態(tài);
(6)遙控電路:簡單地說,就是可以學習一個房間內所有帶遙控電器的遙控編碼,這樣就可以用一個自定義的遙控器遙控所有的電器。
3 智能模塊軟件部分[3]
單片機軟件設計主要收發(fā)流程圖如圖5所示。
在第一次使用智能模塊時,通過紅外遙控器設置地址。一個家庭內所有不同的智能模塊有各自的地址,這個可以以樓層、房間號和所用電器來定義。具體可以根據實際情況來確定。
本系統(tǒng)經過長時間試驗運行證明,具有維護量小、誤碼低,抗干擾能力強等特點。該擴頻系統(tǒng)只需很小的空間,無需增加額外布線,工程建設周期短,給人們生活質量帶來了很大的提高和便捷,提高了家庭的安防能力。
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