基于電力線(xiàn)傳輸媒介的通信終端設計

摘要：本文開(kāi)發(fā)一種基于電力線(xiàn)傳輸媒介的數據通信終端，該系統完全兼容HomePlug 標準，具有成本低、速度高、保密性好的諸多優(yōu)勢，能夠用于構建電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現諸如視頻點(diǎn)播、VoIP、遠程監控等數字化、智能化系統的高速信息交互。網(wǎng)絡(luò )終端可以完成電力線(xiàn)數據包和以太網(wǎng)數據包的轉換，因此便于如同開(kāi)發(fā)一般以太網(wǎng)應用系統一樣地實(shí)現電力線(xiàn)通信的應用系統開(kāi)發(fā)。

　　電力線(xiàn)寬帶通信技術(shù)(PowerLine Communication 簡(jiǎn)稱(chēng)PLC)是近幾年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新興的利用電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )作為載體的通信技術(shù)。運用嵌入式系統和電力線(xiàn)調制解調技術(shù)所構建的電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊終端，人們可以很方便地在辦公室、家庭內部、工業(yè)現場(chǎng)輕松地組建起局域網(wǎng)絡(luò )，成為智能家庭、分布式工業(yè)過(guò)程控制的一種很好的系統構造方式，具有廣闊的應用前景和市場(chǎng)。本應用系統利用電力線(xiàn)終端平臺和路由器構建電力線(xiàn)家庭內部網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現家電、安全防范及三表的集中管理；對外通過(guò)寬帶連接Internet，遠程終端通過(guò)軟件就可以對家用電器進(jìn)行狀態(tài)查詢(xún)和控制。具體的構建方式，在每個(gè)房間和客廳、廚房中安放一個(gè)電力線(xiàn)通訊終端平臺，掛載在電力線(xiàn)上形成家庭內部網(wǎng)絡(luò )，集中管理所有的電器，同時(shí)利用電力線(xiàn)調制解調模塊連接路由器，通過(guò)ADSL 上網(wǎng)的方式，把整個(gè)家庭內部網(wǎng)絡(luò )與Internet 交互，使得遠程終端可以通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)家庭內部局域網(wǎng)。

　　一、系統的功能與設計

　　本應用系統實(shí)現的主要功能如下：1) 實(shí)時(shí)監控客廳中的溫度，比如：在夏天如果超過(guò)33 度，系統會(huì )主動(dòng)控制制冷空調打開(kāi)；在冬天低于10 度則會(huì )打開(kāi)制熱空調。2) 住宅安防系統能夠通過(guò)連接電力線(xiàn)通訊終端平臺和與之互連的GPRS 上傳安保信息，比如：當發(fā)生有人非法進(jìn)入住宅，系統會(huì )實(shí)時(shí)通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò )向事先設置的報警接收終端，如110 報警臺、物業(yè)服務(wù)公司監控室、業(yè)主辦公室電話(huà)或業(yè)主手機等，發(fā)送預警信息。3) 主人可以通過(guò)遠程終端訪(fǎng)問(wèn)家用電器，并且實(shí)行遠程控制，比如開(kāi)關(guān)日光燈、打開(kāi)電飯煲，這樣下班回家后就可以吃到香噴噴的米飯。

　　為了實(shí)現上述功能，利用CPU 模塊上LPC2210 的GPIO（通用I/O）口連接繼電器控制家用電器的開(kāi)關(guān)，比如：電飯煲、空調和日光燈等；利用芯片外部中斷連接安防系統，當系統報警時(shí)觸發(fā)外部中斷通知ARM CPU 使用GPRS 發(fā)送報警信息；同時(shí)，在硬件電路上安裝有LED 燈、A/D 轉換電路用以實(shí)時(shí)測試、顯示當前各種家用電器的運行狀態(tài)。該應用系統涉及到電力線(xiàn)通訊平臺的編程和PC 的編程兩方面。其中CPU 模塊（下位機）作為服務(wù)器端，使用TCP 作為通訊協(xié)議，提供服務(wù)。在服務(wù)器端收到服務(wù)請求后，解析請求，根據不同的請求做出相應的服務(wù)。而PC 作為客戶(hù)端發(fā)出服務(wù)請求，并且在收到服務(wù)器的響應后把具體內容在屏幕上顯示出來(lái)。在本例中，客戶(hù)端采用Qt 可視化編程環(huán)境。以下，首先介紹Qt 的相關(guān)知識，然后再具體分為服務(wù)器和客戶(hù)端具體的對該應用設計進(jìn)行分析。

　　二、Qt 介紹

　　Qt 是一個(gè)全面的C++應用程序開(kāi)發(fā)框架。它包含一個(gè)類(lèi)庫和用于跨平臺及國際化開(kāi)發(fā)的工具。Qt 是一個(gè)全面的開(kāi)發(fā)框架，它包括廣泛的特征，性能與工具，可以開(kāi)發(fā)高性能，跨平臺的客戶(hù)端，以及服務(wù)器端的應用程序。

　　同時(shí)Qt 對不同平臺（Unix， Windows， and Mac）的專(zhuān)門(mén)API 進(jìn)行了封裝，如文件處理、網(wǎng)絡(luò )（操作，協(xié)議），進(jìn)程處理、線(xiàn)程、數據庫訪(fǎng)問(wèn)等。統一的跨平臺API 讓程序員們集中精力致力于可增值的技術(shù)革新，而無(wú)須擔心維護和管理現有應用程序多版本的基礎結構與界面。Qt 已由成千上成商業(yè)與開(kāi)放源應用程序開(kāi)發(fā)員，在多個(gè)操作系統與編譯器上進(jìn)行了測試，奠定了高性能與資源性應用程序的基礎。Qt 無(wú)須“虛擬器”，模擬層或大容量的運行時(shí)間環(huán)境。它如本地化的應用程序一樣，直接寫(xiě)入低級的圖形函數，因而Qt 程序能以源代碼速度執行。通過(guò)使用 Trolltech 的雙重授權模式，Qt 在商業(yè)支持并行之有效的框架下，呈現出開(kāi)放源的所有優(yōu)勢：開(kāi)放源優(yōu)勢包括一個(gè)活動(dòng)的開(kāi)放源開(kāi)發(fā)員社團。由于Qt的不間斷開(kāi)發(fā)，以及完整的代碼透明性，允許Qt 開(kāi)發(fā)員進(jìn)行“徹底深入地查看” ，進(jìn)行自定義并擴展Qt 來(lái)滿(mǎn)足其獨特的需求。 商業(yè)產(chǎn)品的擔保包括客戶(hù)認可的產(chǎn)品支持，專(zhuān)門(mén)的Qt 開(kāi)發(fā)小組，以及一個(gè)第三方工具、組件與服務(wù)的成長(cháng)生態(tài)體系。

　?。?）信號

　　當某個(gè)信號其客戶(hù)或所有者發(fā)生內部狀態(tài)改變時(shí)，信號被一個(gè)對象發(fā)射。只有定義過(guò)這個(gè)信號的類(lèi)及其派生類(lèi)能夠發(fā)射這個(gè)信號。當一個(gè)信號被發(fā)射時(shí)，與其相關(guān)聯(lián)的槽將被立刻執行，就象一個(gè)正常的函數調用一樣。信號-槽機制完全獨立于 任何GUI 事件循環(huán)。只有當所有的槽返回以后發(fā)射函數（emit）才返回。 如果存在多個(gè)槽與某個(gè)信號相關(guān)聯(lián)，那么，當這個(gè)信號被發(fā)射時(shí)，這些槽將會(huì )一個(gè)接一個(gè)地 執行，但是它們執行的順序將會(huì )是隨機的、不確定的，我們不能人為地指定哪個(gè)先執行、哪個(gè)后執行。信號的聲明是在頭文件中進(jìn)行的，Qt 的signals 關(guān)鍵字指出進(jìn)入了信號聲明區，隨后即可 聲明自己的信號。

　?。?）槽

　　槽是普通的C++成員函數，可以被正常調用，它們唯一的特殊性就是很多信號可以與其相關(guān)聯(lián)。當與其關(guān)聯(lián)的信號被發(fā)射時(shí)，這個(gè)槽就會(huì )被調用。槽可以有參數，但槽的參數不能有缺省值。既然槽是普通的成員函數，因此與其它的函數一樣，它們也有存取權限。槽的存取權限決定了誰(shuí)能夠與其相關(guān)聯(lián)。同普通的C++成員函數一樣，槽函數也分為三種類(lèi)型，即public slots、private slots 和protected slots。

　　三、服務(wù)器端

　　在本應用中，電力線(xiàn)通訊終端平臺連接家用電器作為服務(wù)器端，在實(shí)時(shí)顯示用電器狀態(tài)的同時(shí)，需要構建一個(gè)TCP 服務(wù)器來(lái)為遠程終端提供服務(wù)，實(shí)現遠程控制和報警的功能。在基于QF 操作系統的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧中，由QL4 接口類(lèi)來(lái)實(shí)現對L4 協(xié)議（傳輸層)的解析和處理抽象。本應用中需要派生一個(gè)QTcp 類(lèi)，實(shí)現傳輸層的TCP 協(xié)議。