消費總線(xiàn)電力線(xiàn)接口電路的設計

智能家庭要求家用電器經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（總線(xiàn)）實(shí)現互聯(lián)、互操，總線(xiàn)協(xié)議是其精髓所在。目前，國際上占主導地位的家庭網(wǎng)絡(luò )標準有：美國的X10[1]、消費總線(xiàn)（CEBus）[2]、日本的家庭總線(xiàn)（HOME BUS）[3]、歐洲的安裝總線(xiàn)(EIB)[4]。

消費總線(xiàn)使用五種類(lèi)型的介質(zhì)(電力線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、紅外、雙絞線(xiàn)和同軸電纜)，其中以電力線(xiàn)的應用最為廣泛。消費總線(xiàn)得到IBM、Hownywell、Microsoft、Intellon、Lucent、Philips、Siements等大公司的支持，1992年成為美國電力工業(yè)協(xié)會(huì )的標準（EIA600、EIA721）。1997年，EIA600成為美國ANSI標準；2000年6月，微軟和CEBus委員會(huì )共同宣布支持CEBus的簡(jiǎn)單控制協(xié)議SCP。SCP是未來(lái)微中UPNP協(xié)議的子集。

1 CEBus電力線(xiàn)物理層

鑒于家庭中電力線(xiàn)載波通訊的特殊性，CEBus采用價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易行的線(xiàn)性調頻（chirp）擴頻調制技術(shù)。摒棄了傳統電力線(xiàn)載波通常應用的直接序列擴頻、調頻擴頻、跳時(shí)擴頻等設備復雜、價(jià)格昂貴的擴頻調制技術(shù)。

圖2 通用通訊模塊的原理圖

消費總線(xiàn)的物理層有四種碼，分別是:“0”、“1”、“EOF”和“EOP”。均為掃頻信號，正弦信號載波，從203kHz經(jīng)過(guò)19個(gè)周期線(xiàn)性地變?yōu)?00kHz，再經(jīng)過(guò)1個(gè)周期變?yōu)?00kHz，然后在5個(gè)周期中變?yōu)?03kHz，整個(gè)過(guò)程用時(shí)100μs，也就是1個(gè)UST(Unit symble time，在消費總線(xiàn)中用多少個(gè)UST來(lái)度量時(shí)間)。其波形如圖1所示。

chirps掃頻載波需經(jīng)過(guò)放大耦合到電力線(xiàn)上，放大后的幅度應適中。幅度太低，給接收電路帶來(lái)困難；幅度太大，又會(huì )對電力線(xiàn)上的設備產(chǎn)生干擾。CEBus的規定如表1[5]所示。

表1 不同條件下的載波幅度值

表2 不同條件下的設備輸入阻抗值

同時(shí)也規定了電器設備對信號的阻抗。如果阻抗很小，就會(huì )將信號吸收從而無(wú)法傳送國。規定如表2[5]所示。

線(xiàn)性調頻技術(shù)實(shí)現寬帶低功率密度傳輸，從而大大提高抗干擾性能和傳輸距離。同時(shí)，chirps具有很強的自相關(guān)性和自同步性。這種自相關(guān)決定了所有連接在網(wǎng)絡(luò )上的設備可以同時(shí)識別從網(wǎng)上任意設備發(fā)出的這種特殊波形。

2 通訊模塊的設計

根據P89C51RD2和P300的芯片手冊[6][7]，設計的通用通訊模塊的原理圖如圖2所示。P89C51RD2和P300之間采用SPI接口通訊，用模擬的I2C總線(xiàn)和串行EEPROM通訊。這樣，中斷口、串口和有足夠的I/O口可以用于實(shí)際設備的設計。