基于電力載波技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )化智能家居系統的設計
加入技術(shù)交流群
智能家居是將計算機、網(wǎng)絡(luò )、通信、控制及布線(xiàn)等技術(shù)應用到住宅中，將家中的各種設備通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接在一起，并使用無(wú)線(xiàn)遙控、電話(huà)或語(yǔ)音等便利的手段使用戶(hù)更方便的對家庭設備進(jìn)行操控，充分體現了以人為本的生活理念。家居網(wǎng)絡(luò )是將所有的家用電器設備聯(lián)結成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，是智能家居的核心，它按照一定的通信協(xié)議對各設備實(shí)現控制和調節。家庭網(wǎng)絡(luò )的控制可分為有線(xiàn)控制和無(wú)線(xiàn)控制，無(wú)線(xiàn)控制主要在家庭范圍外，通過(guò)電話(huà)等無(wú)線(xiàn)設備來(lái)控制住宅內的電氣設備，有線(xiàn)控制則用在住宅范圍內對電氣設備的控制。在諸多的有線(xiàn)控制技術(shù)中，電力載波技術(shù)應用較為廣泛。電力載波技術(shù)通過(guò)電力線(xiàn)將控制信號傳輸給各電氣設備，使控制端和家電設施形成了家居網(wǎng)絡(luò )。電力載波分為高壓載波和低壓載波，高壓載波用于遠程的控制和調節，而低壓載波由于其傳輸距離相對較近，主要用于家庭內部。電力載波技術(shù)利用電力線(xiàn)作為控制電器的傳輸介質(zhì)，不用重新布線(xiàn)，降低了智能家居的成本，并方便更新和維護。本文通過(guò)對X-10協(xié)議的研究，實(shí)現了電力載波技術(shù)在智能家居控制中的網(wǎng)絡(luò )化應用。
2 電力載波技術(shù)簡(jiǎn)介
電力載波通信是在工頻為50Hz的電力輸電線(xiàn)路上傳輸控制信號，以開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )結構對每個(gè)控制節點(diǎn)進(jìn)行集中的控制。目前應用于電力載波上的通訊協(xié)議有BACnet(BuildingAutomationandControlNetwork)、EBI(EuropeanInstallingBus)、HBS(HomeBusSystem)以及X-10協(xié)議等等，其中X-10的信號頻率為120kHz，比交流電信號頻率要高的多，因此接收器很容易識別到?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/X-10協(xié)議">X-10協(xié)議的智能家居設計采用電力線(xiàn)載波通信技術(shù)，利用220V的電源線(xiàn)作為信號的傳輸介質(zhì)，在智能家居中X-10協(xié)議也是比較主流的網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議。
2.1 X-10通訊協(xié)議介紹
X-10是國際通用的智能家居電力載波協(xié)議。X-10可以通過(guò)電力線(xiàn)實(shí)現設備之間的通信，并對設備傳送控制命令。1976年英國PicoElectronics公司提出電力家居控制方案，并且該公司的工程師開(kāi)發(fā)了X-10協(xié)議并獲得專(zhuān)利。X-10模組引入美國后不僅在技術(shù)上得到了較大的完善，并開(kāi)始應用于智能家居領(lǐng)域。自此，全球出現了大量智能家居生產(chǎn)廠(chǎng)家，各大電氣公司如西門(mén)子、三星等等也都投身于智能家居領(lǐng)域。
目前，智能家居技術(shù)大致可分為三類(lèi)：X-10電力載波、無(wú)線(xiàn)射頻、集中布線(xiàn)。相比于后兩種，X-10電力載波由于其發(fā)展時(shí)間長(cháng)、用戶(hù)數量多、升級方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)使其在這三類(lèi)智能家居技術(shù)中發(fā)展最為成熟。各廠(chǎng)家采用的通訊技術(shù)也略有不同，但都考慮到X-10技術(shù)應用比較成熟，所以X-10電力載波技術(shù)理所當然的成為了智能家居中的主流技術(shù)。
2.2 X-10通訊原理
在網(wǎng)絡(luò )系統中，為了保證通信雙方能正確而自動(dòng)地進(jìn)行數據通信，針對通信過(guò)程的各種問(wèn)題，制定了一組約定和規則，這些約定和規則的集合稱(chēng)為協(xié)議。
X-10通過(guò)在電力線(xiàn)上發(fā)送和接收信號來(lái)實(shí)現通訊。因此，X-10系統主要由兩部分組成，即發(fā)射器和接收器?？刂菩盘栍砂l(fā)射器通過(guò)電力線(xiàn)傳送給接收器，由接收器對電氣設備進(jìn)行控制。X-10的信號是疊加在交流電力線(xiàn)的過(guò)零點(diǎn)上的，由于脈沖信號越接近零點(diǎn)則干擾越小，所以將120kHz的編碼信號加載到60Hz的電力線(xiàn)上，根據此時(shí)有無(wú)載波信號來(lái)表示傳輸數據的“０”和“１”。
圖1 X-10信號的過(guò)零檢測
發(fā)射器和接收器同時(shí)檢測電力線(xiàn)的過(guò)零點(diǎn)信號以確定數據應該何時(shí)傳送，但是X-10無(wú)法區分過(guò)零點(diǎn)時(shí)是上升沿還是下降沿。因此，在正弦波的零相位處有120kHz的脈沖群，而緊隨這一脈沖群之后的1800相位處沒(méi)有脈沖群則表示信號“１”。相反，在正弦波的零相位處無(wú)脈沖群，而緊隨其后的1800相位處有脈沖群則表示信號“0”，如圖2所示。
圖2 “1”和“0”的判定
為了使接收器得知何時(shí)開(kāi)始接收發(fā)射器發(fā)出的數據，需要設定一個(gè)啟動(dòng)點(diǎn)，當接收器檢測到該啟動(dòng)信號時(shí)就開(kāi)始接收數據。在連續的三個(gè)過(guò)零點(diǎn)處都有脈沖群，而接下來(lái)的一個(gè)過(guò)零點(diǎn)沒(méi)有脈沖群，表示啟動(dòng)點(diǎn)生成完畢，其過(guò)程如圖3所示。
評論