CNTXJ.NET | 通信界-中国通信门户 | 通信圈 | 通信家 | 下载吧 | 说吧 | 人物 | 前瞻 | 智慧(区块链 | AI
 国际新闻 | 国内新闻 | 运营动态 | 市场动态 | 信息安全 | 通信电源 | 网络融合 | 通信测试 | 通信终端 | 通信政策
 专网通信 | 交换技术 | 视频通信 | 接入技术 | 无线通信 | 通信线缆 | 互联网络 | 数据通信 | 通信视界 | 通信前沿
 智能电网 | 虚拟现实 | 人工智能 | 自动化 | 光通信 | IT | 6G | 烽火 | FTTH | IPTV | NGN | 知本院 | 通信会展
您现在的位置: 通信界 >> 专网通信 >> 技术正文
 
基于电力线通信的家庭网络技术
[ 通信界 | 厦门大学 彭军 颜自勇 陈文芗 | www.cntxj.net | 2008/4/17 11:13:53 ]
 

厦门大学 彭军 颜自勇 陈文芗

  主要介绍PIC技术在智能家居系统中的运用,给出PLC网络化控制系统的结构.描述智能家居系统控制端设备和局端设备的设计方法.以厦设备的电磁兼容性。该系统实现了家电智能控制、安防控制和上网功能。

  目前,中国的智能家居系统以智能安防为主,正逐渐向家电的网络化控制延伸。如何更有效地解决安防、家电智能控制、上网等问题,逐渐成为研究的热点。电力线通信(Power Line Communication,PLC),是指利用中、低压电力线作为通信介质,实现数据、语音、图像等综合业务传输的通信技术。利用PLC实现智能家居的网络化控制无需架线,不破坏住宅结构,连接方便、快捷,是智能家居网络化控制的理想选择。本系统采用Intcllon公司的INT5200芯片作为电力载波芯片,网络数据由与家电设备相连的电力线传送,并通过HomePlug协议实现交互,采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交频分复用技术进行调制解调,从而实现家电控制、PLC上网和家庭安防。

1 网络化控制系统的结构

  图l为PLC网络化控制系统的结构示意图。调制解调器为已有的ADSL或有线电视同轴电缆的Modem,PLC主控终端接收到Modem解调出来的网络信号后,将其转换为电力线通信的数据包,并进行加密、OFDM调制、D/A转换、放大等处理,然后通过耦合电路将电力线差分信号耦合到家庭的220V交流电力线的相线和中线上。这样,在家庭的任何一个电源插座处,均可通过耦合电路获得电力线差分信号;接着通过PLC局端通信接口对电力线信号进行滤波、A/D转换、增益调整、OFDM解调等处理;再将数据还原为标准的网络信息送到PC网卡,或者直接根据接收的信息内容,通过PLC局端的微处理器控制其他家电设备和安防控制设备。同理,PC、其他家电设备或安防控制设备的数据和状态信息,也可以按照相反的过程传到PLC主控终端,经过Modem发送到Internet网上,供远程用户使用。

2 智能家居系统的PLC主控终端
 
  PLC主控终端主要由主控终端接口和电力线耦合两部分组成。PLC主控终端的最主要功能是实现以太网数据包和电力包之间的相互转换,OFDM调制解调和信号与电力线的耦合。其中,主控终端接口由INT5200、以太网PHY芯片RTL8201BL、网络隔离变压器H1102、接收滤波电路和保护电路、发送驱动电路、E2PROM存储设备、LED状态指示部分以及电力线耦合电路等构成。其电路结构如图2所示。

  INT5200是一个集成电力线MAC层、PHY层和模拟前端(AFE)的收发器。INT5200采用正交频分多路复用(OFDM)调制解调技术,根据信噪比选择可用的载波频率,解决噪声源干扰和多路衰减等问题,在苛刻的电力线通信环境下实现高达14 Mbps的可靠传输。TNT5200的MAC层采用基于优先级的CSMA/CA机制和自动应答(ARQ)机制,并对以太网数据进行重新打包,实现数据包的可靠传输。INT5200集成的模拟前端(AFE)实现了信号的放大、滤波、A/D转换和D/A转换等功能。
 
  在PLC主控终端电路中,INT5200工作在主机模式。INT5200与RTL8201BL之间通过MII接口进行通信,收发以太网的数据包。MII接口提供独立的4位数据收发通道,RTL8201BL为INT5200提供同步时钟信号。MII接口具有两线串行数据管理接口(MII_MDCLK和MII_MDIO),通过这个管理接口可以访问RTL820lBL的寄存器。当从电力线接收电力信息时,主控终端首先从220V电力线上通过耦合电路提取电力信息,再经过滤波、增益调整等处理,发送给INT5200。

  INT5200将接收到的电力信息进行解调等处理后,还原为以太网的数据包,并通过RTL8201和H1102发送给ADSL或有线电视同轴电缆的Modem。这样PLC主控终端就可以通过Modem与外部Internet相连。往电力线上发送数据信息的过程与接收过程相反。在向电力线耦合发送数据之前,考虑到信号传输过程中的衰减,要用驱动电路将发送信息放大到一定程度,以增强信号强度。E2PROM存储单元采用AT93C46,用来保存配置信息(包括MAC地址、网络密码、增益调整参数等),并通过SPI接口与INT5200进行通信。LED指示灯用来显示网络的LINK、ACT等状态。

  要想通过220 V的家用电力线来传输数据,必须采取合适的耦合方式。在设计电力线的耦合方式时,须考虑到电力线通信环境的特殊性,同时要考虑到电力线的阻抗较低,一般为几十Ω。图3为PLC主控终端的电力线耦合电路,其中TXl+和TXl-用于连接图2中的驱动电路,是INT5200的电力数据信息发送端;RXl+和RX1-用于连接图2中滤波保护电路,是INT5200的电力数据信息接收端。在相线和中线之间并联一个压敏电阻器MOV(07D471),可以防止电力线上的浪涌,避免系统受到损害。电容C和耦合变压器的次级构成高通滤波器,可以让电力数据信息通过,阻止交流电源的低频信号通过。当设备从电力线上脱离时,电阻R可以用来释放电容器中的能量。

3 智能家居系统的PLC局端

  PLC局端的作用:家电设备(如空调等)或安防控制没备可以通过PLC局端从电力线接收控制信息和反馈状态信息,实现与PLC主控终端的通信;通过PLC主控终端和借助Modem,就可以实现智能家电的远程监控和安防控制。计算机也可以通过这种方式实现上网。

  PLC局端电路包括PLC局端通信接口电路和电力线耦合电路。电力线耦合电路如图3所示,PLC局端通信接口电路的结构如图4所示。图中INT52OO工作在PHY模式,微处理器用S3C2510A。PLC主控终端通过Modem获取Internet远程控制信息后,通过电力线发送给PLC局端;PLC局端首先对耦合电路接收到的控制信息进行滤波,再经过INT5200进行增益调整、解调等处理后,通过MII接口将信息发送给S3C2510A;S3C2510A分析控制信息码,并根据控制信息码的内容,与智能家电的通信接口进行通信。

  这样,就可以实现智能家电的远程控制。同理,智能家电电可以将状态信息反馈给远程用户。由于家电设备的控制系统存在差异性,不同家电设备的PLC局端实现方法略有不同,主要体现在家电设备控制单元与S3C2510A的通信接口和控制协议上。家电设备控制单元可以通过串口或其他总线与S3C2510A进行通信。目前国家还未正式出台这方面的通信标准,采用什么样的具体接口和协议必须与家电设备生产厂商保持一致。同理,安防控制设备也可以通过上述方法,将家里的安防状态信息反馈给远程用户。远程用户也可以控制安防控制设备,进行相关安防控制。
 
  PLC局端中的S3C2510A具有2个独立的10/100Mbps的以太网控制器,这两个接口可以完成。IEEE802.3的MAC层处理。它的MII接口除了挂接INT5200(PHY模式)之外,还可以挂接一个以太网的PHY芯片RTL802lBL(如图4所示)。图中为了表述得更清楚一些,特将MII接口分开来画。在MII上挂接两个物理层芯片时,需要根据物理层的地址选择线来判断控制信息是发给INT5200(PHY模式)的,还是发给RTL820lBL的。图4中,RTL8201BL通过网线与计算机相连。这样,计算机通过PLC局端、电力线、PLC主控终端和Modem就可以实现PLC上网。

4 EMC测试结果
  
  本系统的PLC主控终端和PLC局端,按照GB9254-1998和GB/T17618-1998的测试方法,进行了电源端子骚扰电压,电信端口传导共模骚扰,辐射骚扰,上频磁场,射频电磁场,静电放电,电信端口和电源输入端口的注入电流、浪涌、脉冲群,电源输入端口的电压暂降、电压中断测试。测试结果符合国标要求,以下是PLC主控终端的部分实际测试结果。

  图5为电源端子骚扰电压的测试曲线。测试环境为23℃,69%TH,lOl kPa,按照GB9254-1998的测试方法进行测试。由图5可知,符合国标要求。

  图6为电磁场辐射骚扰的测试曲线。测试环境为23℃,63%TH,101.5 kPa,按照GB9254-1998测试方法进行测试。由图6可知,符合国标要求。

结语

  与其他通信方式相比,电力线网络通信有着明显的优势:电网的电力线覆盖面积最广;不需要另外铺设通信电缆,对已经装修的家庭用户来说,能提供极大的便利。利用高速的电力线网络通信技术,可以为智能家居系统提供良好的网络化通信平台,能推动数字家庭产业的快速发展,对于改善现代人类的生活质量,创造舒适、安全、便利的生活空间有着非常重要的意义,具有非常良好的市场前景。

 

1作者:厦门大学 彭军 颜自勇 陈文芗 来源:单片机及嵌入式系统应用 编辑:顾北

 

声明:①凡本网注明“来源:通信界”的内容,版权均属于通信界,未经允许禁止转载、摘编,违者必究。经授权可转载,须保持转载文章、图像、音视频的完整性,并完整标注作者信息并注明“来源:通信界”。②凡本网注明“来源:XXX(非通信界)”的内容,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多行业信息,仅代表作者本人观点,与本网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。③如因内容涉及版权和其它问题,请自发布之日起30日内与本网联系,我们将在第一时间删除内容。 
热点动态
普通新闻 中信科智联亮相2023中国移动全球合作伙伴大会
普通新闻 全球首个基于Data Channel的新通话商用网络呼叫成功拨通
普通新闻 中国联通:以优质通信服务 助力“一带一路”共建繁华
普通新闻 杨杰:未来五年,智算规模复合增长率将超过50%
普通新闻 长沙电信大楼火灾调查报告发布:系未熄灭烟头引燃,20余人被问责
普通新闻 邬贺铨:生态短板掣肘5G潜能发挥,AI有望成“破局之剑”
普通新闻 工信部:加大对民营企业参与移动通信转售等业务和服务创新的支持力
普通新闻 摩尔线程亮相2023中国移动全球合作伙伴大会,全功能GPU加速云电脑体
普通新闻 看齐微软!谷歌表示将保护用户免受人工智能版权诉讼
普通新闻 联想王传东:AI能力已成为推动产业升级和生产力跃迁的利刃
普通新闻 APUS李涛:中国的AI应用 只能生长在中国的大模型之上
普通新闻 外媒:在电池竞赛中,中国如何将世界远远甩在后面
普通新闻 三星电子预计其盈利能力将再次下降
普通新闻 报告称华为5G专利全球第1 苹果排名第12
普通新闻 党中央、国务院批准,工信部职责、机构、编制调整
普通新闻 荣耀Magic Vs2系列正式发布,刷新横向大内折手机轻薄纪录
普通新闻 GSMA首席技术官:全球连接数超15亿,5G推动全行业数字化转型
普通新闻 北京联通完成全球首个F5G-A“单纤百T”现网验证,助力北京迈向万兆
普通新闻 中科曙光亮相2023中国移动全球合作伙伴大会
普通新闻 最高补贴500万元!哈尔滨市制定工业互联网专项资金使用细则
通信视界
邬贺铨:移动通信开启5G-A新周期,云网融合/算
普通对话 中兴通讯徐子阳:强基慧智,共建数智热带雨
普通对话 邬贺铨:移动通信开启5G-A新周期,云网融合
普通对话 华为轮值董事长胡厚崑:我们正努力将5G-A带
普通对话 高通中国区董事长孟樸:5G与AI结合,助力提
普通对话 雷军发布小米年度演讲:坚持做高端,拥抱大
普通对话 闻库:算网融合正值挑战与机遇并存的关键阶
普通对话 工信部副部长张云明:我国算力总规模已居世
普通对话 邬贺铨:我国互联网平台企业发展的新一轮机
普通对话 张志成:继续加强海外知识产权保护工作 为助
普通对话 吴春波:华为如何突破美国6次打压的逆境?
通信前瞻
亨通光电实践数字化工厂,“5G+光纤”助力新一
普通对话 亨通光电实践数字化工厂,“5G+光纤”助力新
普通对话 中科院钱德沛:计算与网络基础设施的全面部
普通对话 工信部赵志国:我国算力总规模居全球第二 保
普通对话 邬贺铨院士解读ChatGPT等数字技术热点
普通对话 我国北方海区运用北斗三号短报文通信服务开
普通对话 华为云Stack智能进化,三大举措赋能政企深度
普通对话 孟晚舟:“三大聚力”迎接数字化、智能化、
普通对话 物联网设备在智能工作场所技术中的作用
普通对话 软银研发出以无人机探测灾害被埋者手机信号
普通对话 AI材料可自我学习并形成“肌肉记忆”
普通对话 北斗三号卫星低能离子能谱仪载荷研制成功
普通对话 为什么Wi-Fi6将成为未来物联网的关键?
普通对话 马斯克出现在推特总部 收购应该没有悬念了
普通对话 台积电澄清:未强迫员工休假或有任何无薪假
普通对话 新一代载人运载火箭发动机研制获重大突破
推荐阅读
Copyright @ Cntxj.Net All Right Reserved 通信界 版权所有
未经书面许可,禁止转载、摘编、复制、镜像