载波通信在家用安防系统中的应用研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 载波通信在家用安防系统中的应用 研究 摘 要： 在电力线载波通信的基 础上提出了家用安防系统的远程接收控 制端的设计方案，该方案中单片机通过 串行口与载波模块通信完成接收远程控 制信号，并对家用安防设备进行通信和 智能监控，实现了远程监控和集中管理 的目的。 中国论文网 /8/view-12762686.htm 关键词： 电力线载波； 家用安 防系统； 智能控制； 信号耦合 中图分类号： TN913.6?34 文献 标识码： A 文章编号： 1004?373X（ 2014）09?0100?03 0 引 言 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 步入 21 世纪，随着网络、信息、 自动控制技术和微电子在家用安防系统 的应用，各类家用安防系统对智能化的 要求也呈现出多样性，包括安装方便、 通信可靠、智能的信息处理终端设备、 自动化和智能化，家庭网络智能化势在 必行1。 电力线载波通信技术，是指借助 于现有电力线，传输数字信号和模拟信 号（图像信号和话音）的一种高速数据 通信技术。只要是电力网达到的地方， 就可以利用电力线载波技术将低压控制 信号加载到电力线上进行传输，复用现 有电力线广泛的网络资源2?3。由于它 具有广泛覆盖、不用二次布线、功能强 大、节省费用、使用方便、易于扩展和 安装等显著特点，利用 220 V 低压电力 线进行通信的价值越来越为人们所重视。 本文依靠电力线载波通信技术，开发一 款以单片机为控制芯片的家用安防设备 远程自动化控制系统。 1 系统方案与工作原理 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 系统方案框图如图 1 所示，主要 由控制部分、单片机和接收载波模块三 部分组成。控制部分的工作是由单片机 控制，通过单片机 UART 口与接收载波 模块部分进行通信。 图 1 系统方案结构图 载波模块接收到来自远程控制端 信号后，把信息传给单片机。当单片机 接收到控制信号后，执行相应的操作， 从而达到对不同家用安防设备通信和控 制的目的，同时单片机还可以把家用安 防设备的状态反馈给远端控制者。控制 部分完成对不同家用安防设备和智能家 具接口的通信和控制功能。本文主要完 成的是载波通信部分的设计。 2 载波接收模块设计 载波通信模块能否进行准确工作 的关键是调制解调技术，本文设计的载 波通信模块使用的是扩频通信技术4 （SSC） ，扩频通信芯片采用 PLCi36C，采用全双工模式，信号耦合 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 电路分为信号发送部分和信号接收部分， 其工作原理图如图 2 所示。 图 2 载波通信工作原理框图 2.1 信号耦合电路 载波通信的中心频率为 270 kHz，根据此要求设计信号耦合电路 5， 如图 3 所示。 信号耦合电路的设计是载波通信 的重要部分，它是客户端数据在电力线 （Powerline）传输的关键部分。该部分 电路的主要功能为：瞬时电压脉冲抑制 （例如：电网自身产生的浪涌和尖峰电 压、雷击对电网造成的过压、及空间静 电放电引起的尖峰电压等） ；滤除 220 V AC/50 Hz（或 110 V AC/60 Hz）交流信 号；快速将发射信号加载到电力线，并 提供发射功率，使输出信号的电平和谐 波电平均满足相关技术要求；最小衰减 有用信号，并保证最佳接收；良好的带 通滤波功能，最大限度地抑制电力线上 的噪声干扰。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 2.2 发射部分电路组成 发射部分电路的主要功能是高效 输出功率信号，并在电力线上加载调频 信号。其电路主要由以下几部分组成： 谐振功率放大器、扩频调制信号输入和 信号耦合电路。电路原理图如图 4 所示。 图 3 载波信号耦合电路 图 4 载波信号发送电路 首先由载波芯片（ES16U）的 13 脚发出初步处理后的信号，此时载波信 号已经被调制成数字信号，其中心频率 为 270 k。然后，经过电阻 （R10 ） 限流后，送入三极管（T1）进行放大， 此时信号被调制成正弦交流信号。为了 防止引起干扰，设计阻抗无穷大的并联 谐振电路把信号端与电源端进行隔离， 由电感（L4）和电容（C16 ） 组成。 同时，电感（L4 ）又给三极管 （T1）提 供必要的工作电流，保证三极管 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 （T1）的稳定工作。 最后，放大后的 调制信号经电容（C15）后进入中周 的 4 脚，由中周进行阻抗变换和耦合， 并将将调制好的 270 kHz 信号加载到电 力线。 2.3 接收电路组成 信号接收电路的主要功能是把接 收到的电力线载波扩频信号解调成模拟 信号，信号接收电路由三部分组成：信 号耦合电路、带通滤波器 BPF 和模拟前 端 AFE。信号接收电路原理图如图 5 所 示。 首先，中周的次级输出载波信号， 经过限流电阻（R6）进入选频网络。 电感（ L1） 和电容（C9） 组成串联 谐振电路，电感（L2 ） 和电容 （C10）组成并联谐振电路，两个谐 振电路组成选频网络，对载波信号进行 选频。为了防止电压过高，加入限幅电 路（VD7，VD8） ，确保信号的电压为 2 V 左右。信号经过选频后，进入模拟前 端信号处理电路，该部分电路核心器件 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 为混频器（AFE3361） ，其内部集成限 幅电路，放大电路，混频电路及信号整 形电路。混频器（AFE3361）的 16 脚 为载波信号输入脚，1 脚为本振信号输 入。载波芯片送出 185 kHz 的标准数字 信号，经过由电感（L3 ） 和电容 （C14）组成的并联谐振电路，调制 成 185 kHz 的正弦波本振信号，输入到 混频器（AFE3361）的 1 脚。本振信号 与载波信号进行混频，被调制成 455 kHz 混频信号。 455 kHz 混频信号由陶 瓷滤波器（Z1）滤波后，由混频器 （AFE3361）的 5 脚，二次放大后，由 混频器（AFE3361）的 9 脚输出，然后 经滤波后与混频器（AFE3361）的 10 脚送入电压比较器，由混频器 （AFE3361）的 11 脚为比较器的输出 端。最后，由（AFE3361）的 13 脚输 出处理后的信号，送入载波芯片 （ES16U） ，其他工作由载波芯片在内 部进行处理，完成信号接收任务。 2.4 PLCi36C 扩频通信芯片概述 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 扩频通信也是一种信号与信息的 传输方式，其实质是扩展频谱通信技术 （Spread Spectrum Communication ） 6， 其基本技术特征是信号所占有的频带宽 度远大于所传信息必需的最小带宽。扩 频通信技术优点非常明显：抗多径干扰； 误码率低；功率谱密度低，具有隐蔽性 和截获概率低；保密性强；易于实现单 码分多址。 在电力线载波通信中，常采用 PLCi36C 作为扩频芯片，用于电子终端 设备之间的数据交换。PLCi36C 的数据 链路层通信协议符合高级数据链路控制 （HDLC）通信协议，应用层通信协议 完全兼容 DL/T645?1997 规范要求，在 保证 DL/T645?1997 协议完整性的前提 下，增加了 DL/T645?1997 对网络数据 通信的支持7。 3 控制部分设计 3.1 电路组成分析 控制部分电路是面对应用对像设 计的，它的核心是微处理器，大多采用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 单片机，当微处理器接收到来自电力线 传来的信号后，根据协议完成相应的操 作8。由于不是本论文的重点内容，控 制过程这里不再详细叙述。控制部分电 路如图 6 所示。 图 6 控制部分电路 3.2 系统软件部分 软件采用 C 语言编写，主程序流 程图和中断服务程序如图 7 所示。 4 结 语 本文利用低压电力线载波通信技 术实现远程通信，具有布线方便、成