基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　電力網(wǎng)是每個(gè)家庭都要用到的物理網(wǎng)絡(luò)，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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信 , 而無(wú)需增加額外的通信線路，可以大大節(jié)約建設(shè)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(shí)現(xiàn)本智能家居系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

　　整個(gè)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(gè)智能模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)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(gè)自定義的紅外遙控器設(shè)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(hào)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(shè)計(jì)時(shí)需考慮220 V線路側(cè)的阻抗特性， T1為信號(hào)耦合變壓器，220 V線路側(cè)阻抗一般取3 Ω～30 Ω。然后確定線圈初次級(jí)的匝數(shù)比或阻抗比。最后設(shè)計(jì)功率放大器的輸出匹配電阻。輸入通道接一個(gè)浪涌保護(hù)二極管，經(jīng)電阻隔離后接二極管箝位電路輸出給前級(jí)濾波電路。
　　(2)框2為電源與通信模塊的接口。SC1128通過(guò)POUT（發(fā)） 與 SIN（收） 2個(gè)腳與別的智能模塊通信。這樣可以用一個(gè)智能模塊控制另外一個(gè)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(jī)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(shí)現(xiàn)控制電器的開與關(guān)。鑒于電源模塊的體積，一個(gè)電源模塊上可以接3個(gè)繼電器為好。
　　(5)框5通過(guò)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(guò)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(chǎng)而開發(fā)研制的專用擴(kuò)頻調(diào)制／解調(diào)器電路。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號(hào)處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強(qiáng)的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴(kuò)頻／解擴(kuò)、調(diào)制／解調(diào)、D/A和A/D轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動(dòng)、輸入信號(hào)放大、看門狗、工作電壓檢測(cè)以及與單片機(jī)(MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應(yīng)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(guò)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(hào)耦合到電力線；又可將電力線上接收的信號(hào)耦合到帶通濾波器上。帶通濾波器和前級(jí)放大器為前級(jí)接收通道，它將接收的信號(hào)經(jīng)放大、濾波，送入SC1128的一級(jí)運(yùn)算放大器處理。功率放大器將SC1128發(fā)出的調(diào)相信號(hào)進(jìn)行功率放大，經(jīng)耦合線圈送入電力線。
　　(2)SC1128與單片機(jī)的連接電路[2]
　　單片機(jī)選用宏晶科技推出的超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的STC89C58RD+。該款單片機(jī)內(nèi)部自帶32 KB Flash，1280 B的RAM，可以免外擴(kuò)EEPROM，特別是該單片機(jī)支持在線燒寫，為以后的軟件升級(jí)帶來(lái)了便利。
　　SC1128與單片機(jī)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(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，頻率隨工作主時(shí)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(jù)；39腳為設(shè)置數(shù)據(jù)及狀態(tài)的輸入輸出端；40腳為同步設(shè)置時(shí)鐘輸入端；41腳為片選輸入端。
　　發(fā)射狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)將SR端(36腳)置高，SC1128芯片發(fā)出同步頭(37腳)，單片機(jī)通過(guò)TX端(38腳)同步發(fā)送數(shù)據(jù)。
　　接收狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)將SR端(36腳)置低，SC1128芯片若接收到數(shù)據(jù)，則產(chǎn)生同步頭，通過(guò)TX端(38腳)將數(shù)據(jù)同步發(fā)送到單片機(jī)。
　　正常工作時(shí)，SC1128第 36腳(SR)不發(fā)射時(shí)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(jù)所要實(shí)現(xiàn)的不同功能所加的電路,包括：
　　(1)按鍵電路：通過(guò)按鍵來(lái)控制繼電器，達(dá)到控制電器的作用；
　　(2)語(yǔ)音電路：可實(shí)現(xiàn)電器遠(yuǎn)程電話控制；
　　(3)傳感器電路：根據(jù)需要來(lái)選擇傳感器，如紅外傳感器，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)，傳感器給單片機(jī)發(fā)送信號(hào)，來(lái)控制繼電器，這里的繼電器可以接點(diǎn)燈，或報(bào)警模塊。煤氣傳感器可以探測(cè)煤氣泄漏并報(bào)警；
　　(4)電腦接口電路：可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，也可以在電腦中顯示電器的狀態(tài)或控制各個(gè)電器；
　　(5)液晶接口電路：可以顯示各個(gè)電器狀態(tài)；
　　(6)遙控電路：簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是可以學(xué)習(xí)一個(gè)房間內(nèi)所有帶遙控電器的遙控編碼，這樣就可以用一個(gè)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(jī)軟件設(shè)計(jì)主要收發(fā)流程圖如圖5所示。

　　在第一次使用智能模塊時(shí)，通過(guò)紅外遙控器設(shè)置地址。一個(gè)家庭內(nèi)所有不同的智能模塊有各自的地址，這個(gè)可以以樓層、房間號(hào)和所用電器來(lái)定義。具體可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。
　　本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)運(yùn)行證明，具有維護(hù)量小、誤碼低，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該擴(kuò)頻系統(tǒng)只需很小的空間，無(wú)需增加額外布線，工程建設(shè)周期短，給人們生活質(zhì)量帶來(lái)了很大的提高和便捷，提高了家庭的安防能力。