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应用电力线载波芯片的智能家居系统设计
电力网是每个家庭都要用到的物理网络,现有的电力线基本功能是传输电力。利用现有的电力线实现数据通信,而无需增加额外的通信线路,可以大大节约建设成本。本文所介绍的智能系统只需将本系统中不同功能的通信模块和电源电路像墙壁插座一样嵌入墙壁,接入市电,即可实现本智能家居系统。
1 系统总体设计
整个系统由不同的智能模块组成,智能模块由电源电路、SC1128收发电路及外围电路组成。每个智能模块对应一个不同的地址,以免执行不属于本模块的命令。地址可由一个自定义的红外遥控器设置。
2 智能模块硬件电路
硬件电路分为电源、SC1128收发电路及外围电路、功能电路3部分。
2.1 电源硬件
(1)框1为耦合电路。耦合电路是载波信号的输出和输入通路,并有隔离220 V/50 Hz工频的作用。该电路在设计时需考虑220 V线路侧的阻抗特性, T1为信号耦合变压器,220 V线路侧阻抗一般取3 Ω~30 Ω。然后确定线圈初次级的匝数比或阻抗比。最后设计功率放大器的输出匹配电阻。输入通道接一个浪涌保护二极管,经电阻隔离后接二极管箝位电路输出给前级滤波电路。
(2)框2为电源与通信模块的接口。SC1128通过POUT(发)与 SIN(收) 2个脚与别的智能模块通信。这样可以用一个智能模块控制另外一个智能模块。
(3)框3把+12 V稳压至+5 V,给系统供电。
(4)框4为单片机I/O口控制的继电器电路。把所需控制的电器一根电源线接到继电器输出脚,这样就可以实现控制电器的开与关。鉴于电源模块的体积,一个电源模块上可以接3个继电器为好。
(5)框5通过整流得到+12 V电源。
2.2 SC1128收发电路及外围电路
硬件系统的核心电路是SC1128的收发电路。
(1)SC1128通过电力线传输与接收的电路
SC1128芯片是面向电力线载波通信市场而开发研制的专用扩频调制/解调器电路。由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术,
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因此该电路应用在电力线通信方面具有较强的抗干扰及抗衰减性能。SC1128芯片内部集成了扩频/解扩、调制/解调、D/A和A/D转换、内置电子
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、输出驱动、输入信号放大、看门狗、工作电压检测以及与单片机(MCU)串口通信等功能。该芯片在小型多功能应用系统中可以起到降低系统成本并提高系统功能的作用。
耦合电路可将功率放大器发射的信号耦合到电力线;又可将电力线上接收的信号耦合到带通滤波器上。带通滤波器和前级放大器为前级接收通道,它将接收的信号经放大、滤波,送入SC1128的一级运算放大器处理。功率放大器将SC1128发出的调相信号进行功率放大,经耦合线圈送入电力线。
(2)SC1128与单片机的连接电路
单片机选用宏晶科技推出的超强抗干扰/高速/低功耗的STC89C58RD+。该款单片机内部自带32 KB Flash,1280 B的RAM,可以免外扩EEPROM,特别是该单片机支持在线烧写,为以后的软件升级带来了便利。
36脚为收发控制端,0为接收,1为发射;37脚在发射和接收同步后产生同步脉冲信号,频率随工作主时钟和周波的变化而变化;38脚为输出发送和接收的数据;39脚为设置数据及状态的输入输出端;40脚为同步设置时钟输入端;41脚为片选输入端。
发射状态时,单片机将SR端(36脚)置高,SC1128芯片发出同步头(37脚),单片机通过TX端(38脚)同步发送数据。
接收状态时,单片机将SR端(36脚)置低,SC1128芯片若接收到数据,则产生同步头,通过TX端(38脚)将数据同步发送到单片机。
正常工作时,SC1128第 36脚(SR)不发射时始终置0,处于等待接收状态。
2.3 功能电路
功能电路是根据所要实现的不同功能所加的电路,包括:
(1)按键电路:通过按键来控制继电器,达到控制电器的作用;
(2)语音电路:可实现电器远程电话控制;
(3)传感器电路:根据需要来选择传感器,如红外传感器,当有人经过时,传感器给单片机发送信号,来控制继电器,这里的继电器可以接点灯,或报警模块。煤气传感器可以探测煤气泄漏并报警;
(4)电脑接口电路:可以通过网络远程控制,也可以在电脑中显示电器的状态或控制各个电器;
(5)液晶接口电路:可以显示各个电器状态;
(6)遥控电路:简单地说,就是可以学习一个房间内所有带遥控电器的遥控编码,这样就可以用一个自定义的遥控器遥控所有的电器。
3 智能模块软件部分
在第一次使用智能模块时,通过红外遥控器设置地址。一个家庭内所有不同的智能模块有各自的地址,这个可以以楼层、房间号和所用电器来定义。具体可以根据实际情况来确定。
本系统经过长时间试验运行证明,具有维护量小、误码低,抗干扰能力强等特点。该扩频系统只需很小的空间,无需增加额外布线,工程建设周期短,给人们生活质量带来了很大的提高和便捷,提高了家庭的安防能力。
浙公网安备 33021202002483