基于電力線通信的家庭網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)

　　INT5200是一個(gè)集成電力線MAC層、PHY層和模擬前端(AFE)的收發(fā)器。INT5200采用正交頻分多路復(fù)用(OFDM)調(diào)制解調(diào)技術(shù)，根據(jù)信噪比選擇可用的載波頻率，解決噪聲源干擾和多路衰減等問題，在苛刻的電力線通信環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高達(dá)14 Mbps的可靠傳輸。TNT5200的MAC層采用基于優(yōu)先級(jí)的CSMA／CA機(jī)制和自動(dòng)應(yīng)答(ARQ)機(jī)制，并對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新打包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的可靠傳輸。INT5200集成的模擬前端(AFE)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的放大、濾波、A／D轉(zhuǎn)換和D／A轉(zhuǎn)換等功能。

　　在PLC主控終端電路中，INT5200工作在主機(jī)模式。INT5200與RTL8201BL之間通過MII接口進(jìn)行通信，收發(fā)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包。MII接口提供獨(dú)立的4位數(shù)據(jù)收發(fā)通道，RTL8201BL為INT5200提供同步時(shí)鐘信號(hào)。MII接口具有兩線串行數(shù)據(jù)管理接口(MII_MDCLK和MII_MDIO)，通過這個(gè)管理接口可以訪問RTL820lBL的寄存器。當(dāng)從電力線接收電力信息時(shí)，主控終端首先從220V電力線上通過耦合電路提取電力信息，再經(jīng)過濾波、增益調(diào)整等處理，發(fā)送給INT5200。

　　INT5200將接收到的電力信息進(jìn)行解調(diào)等處理后，還原為以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，并通過RTL8201和H1102發(fā)送給ADSL或有線電視同軸電纜的Modem。這樣PLC主控終端就可以通過Modem與外部Internet相連。往電力線上發(fā)送數(shù)據(jù)信息的過程與接收過程相反。在向電力線耦合發(fā)送數(shù)據(jù)之前，考慮到信號(hào)傳輸過程中的衰減，要用驅(qū)動(dòng)電路將發(fā)送信息放大到一定程度，以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。E2PROM存儲(chǔ)單元采用AT93C46，用來保存配置信息(包括MAC地址、網(wǎng)絡(luò)密碼、增益調(diào)整參數(shù)等)，并通過SPI接口與INT5200進(jìn)行通信。LED指示燈用來顯示網(wǎng)絡(luò)的LINK、ACT等狀態(tài)。

　　要想通過220 V的家用電力線來傳輸數(shù)據(jù)，必須采取合適的耦合方式。在設(shè)計(jì)電力線的耦合方式時(shí)，須考慮到電力線通信環(huán)境的特殊性，同時(shí)要考慮到電力線的阻抗較低，一般為幾十Ω。圖3為PLC主控終端的電力線耦合電路，其中TXl+和TXl-用于連接圖2中的驅(qū)動(dòng)電路，是INT5200的電力數(shù)據(jù)信息發(fā)送端；RXl+和RX1-用于連接圖2中濾波保護(hù)電路，是INT5200的電力數(shù)據(jù)信息接收端。在相線和中線之間并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻器MOV(07D471)，可以防止電力線上的浪涌，避免系統(tǒng)受到損害。電容C和耦合變壓器的次級(jí)構(gòu)成高通濾波器，可以讓電力數(shù)據(jù)信息通過，阻止交流電源的低頻信號(hào)通過。當(dāng)設(shè)備從電力線上脫離時(shí)，電阻R可以用來釋放電容器中的能量。

3 智能家居系統(tǒng)的PLC局端

　　PLC局端的作用：家電設(shè)備(如空調(diào)等)或安防控制沒備可以通過PLC局端從電力線接收控制信息和反饋狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)與PLC主控終端的通信；通過PLC主控終端和借助Modem，就可以實(shí)現(xiàn)智能家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控和安防控制。計(jì)算機(jī)也可以通過這種方式實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。

　　PLC局端電路包括PLC局端通信接口電路和電力線耦合電路。電力線耦合電路如圖3所示，PLC局端通信接口電路的結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖中INT52OO工作在PHY模式，微處理器用S3C2510A。PLC主控終端通過Modem獲取Internet遠(yuǎn)程控制信息后，通過電力線發(fā)送給PLC局端；PLC局端首先對耦合電路接收到的控制信息進(jìn)行濾波，再經(jīng)過INT5200進(jìn)行增益調(diào)整、解調(diào)等處理后，通過MII接口將信息發(fā)送給S3C2510A；S3C2510A分析控制信息碼，并根據(jù)控制信息碼的內(nèi)容，與智能家電的通信接口進(jìn)行通信。

　　這樣，就可以實(shí)現(xiàn)智能家電的遠(yuǎn)程控制。同理，智能家電電可以將狀態(tài)信息反饋給遠(yuǎn)程用戶。由于家電設(shè)備的控制系統(tǒng)存在差異性，不同家電設(shè)備的PLC局端實(shí)現(xiàn)方法略有不同，主要體現(xiàn)在家電設(shè)備控制單元與S3C2510A的通信接口和控制協(xié)議上。家電設(shè)備控制單元可以通過串口或其他總線與S3C2510A進(jìn)行通信。目前國家還未正式出臺(tái)這方面的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用什么樣的具體接口和協(xié)議必須與家電設(shè)備生產(chǎn)廠商保持一致。同理，安防控制設(shè)備也可以通過上述方法，將家里的安防狀態(tài)信息反饋給遠(yuǎn)程用戶。遠(yuǎn)程用戶也可以控制安防控制設(shè)備，進(jìn)行相關(guān)安防控制。