目前，中國的智能家居系統(tǒng)以智能安防為主，正逐漸向家電的網(wǎng)絡化控制延伸。如何更有效地解決安防、家電智能控制、上網(wǎng)等問題，逐漸成為研究的熱點。電力線通信(Power Line Communication，PLC)，是指利用中、低壓電力線作為通信介質(zhì)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、圖像等綜合業(yè)務傳輸?shù)?a href="http://m.xsypw.cn/soft/data/43-44/" target="_blank">通信技術(shù)。利用PLC實現(xiàn)智能家居的網(wǎng)絡化控制無需架線，不破壞住宅結(jié)構(gòu)，連接方便、快捷，是智能家居網(wǎng)絡化控制的理想選擇。本系統(tǒng)采用Intcllon公司的INT5200芯片作為電力載波芯片，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)由與家電設備相連的電力線傳送，并通過HomePlug協(xié)議實現(xiàn)交互，采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交頻分復用技術(shù)進行調(diào)制解調(diào)，從而實現(xiàn)家電控制、PLC上網(wǎng)和家庭安防。

　　1 網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　圖l為PLC網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。調(diào)制解調(diào)器為已有的ADSL或有線電視同軸電纜的Modem，PLC主控終端接收到Modem解調(diào)出來的網(wǎng)絡信號后，將其轉(zhuǎn)換為電力線通信的數(shù)據(jù)包，并進行加密、OFDM調(diào)制、D／A轉(zhuǎn)換、放大等處理，然后通過耦合電路將電力線差分信號耦合到家庭的220V交流電力線的相線和中線上。這樣，在家庭的任何一個電源插座處，均可通過耦合電路獲得電力線差分信號；接著通過PLC局端通信接口對電力線信號進行濾波、A／D轉(zhuǎn)換、增益調(diào)整、OFDM解調(diào)等處理；再將數(shù)據(jù)還原為標準的網(wǎng)絡信息送到PC網(wǎng)卡，或者直接根據(jù)接收的信息內(nèi)容，通過PLC局端的微處理器控制其他家電設備和安防控制設備。同理，PC、其他家電設備或安防控制設備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，也可以按照相反的過程傳到PLC主控終端，經(jīng)過Modem發(fā)送到Internet網(wǎng)上，供遠程用戶使用。

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　　2 智能家居系統(tǒng)的PLC主控終端

　　PLC主控終端主要由主控終端接口和電力線耦合兩部分組成。PLC主控終端的最主要功能是實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包和電力包之間的相互轉(zhuǎn)換，OFDM調(diào)制解調(diào)和信號與電力線的耦合。其中，主控終端接口由INT5200、以太網(wǎng)PHY芯片RTL8201BL、網(wǎng)絡隔離變壓器H1102、接收濾波電路和保護電路、發(fā)送驅(qū)動電路、E2PROM存儲設備、LED狀態(tài)指示部分以及電力線耦合電路等構(gòu)成。其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　INT5200是一個集成電力線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)境下實現(xiàn)高達14 Mbps的可靠傳輸。TNT5200的MAC層采用基于優(yōu)先級的CSMA／CA機制和自動應答(ARQ)機制，并對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進行重新打包，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的可靠傳輸。INT5200集成的模擬前端(AFE)實現(xiàn)了信號的放大、濾波、A／D轉(zhuǎn)換和D／A轉(zhuǎn)換等功能。

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　　在PLC主控終端電路中，INT5200工作在主機模式。INT5200與RTL8201BL之間通過MII接口進行通信，收發(fā)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包。MII接口提供獨立的4位數(shù)據(jù)收發(fā)通道，RTL8201BL為INT5200提供同步時鐘信號。MII接口具有兩線串行數(shù)據(jù)管理接口(MII_MDCLK和MII_MDIO)，通過這個管理接口可以訪問RTL820lBL的寄存器。當從電力線接收電力信息時，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，考慮到信號傳輸過程中的衰減，要用驅(qū)動電路將發(fā)送信息放大到一定程度，以增強信號強度。E2PROM存儲單元采用AT93C46，用來保存配置信息(包括MAC地址、網(wǎng)絡密碼、增益調(diào)整參數(shù)等)，并通過SPI接口與INT5200進行通信。LED指示燈用來顯示網(wǎng)絡的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。在設計電力線的耦合方式時，須考慮到電力線通信環(huán)境的特殊性，同時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通過。當設備從電力線上脫離時，電阻R可以用來釋放電容器中的能量。

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