智能建筑小区电力载波通讯实现

1、江苏大学本科毕业论文智能建筑小区电力载波通讯实现 J I A N G S U U N I V E R S I TY本 科 毕 业 论 文 智能建筑小区电力载波通讯实现The Realization Of Power Line Carrier Communication In Intelligent Building Community专 业： 班 级： 姓 名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2013年 5 月 30 日智能建筑小区电力载波通讯实现摘要 随着房地产事业的发展，小区的配套设施也正在逐一的完善和面向智能化，智能建筑小区的发展也在逐渐兴起。所谓智能建筑小区，就是指以能控制系统，安防

2、系统，小区物业管理系统和社区综合服务为依托，用高科技手段建立起来的互联网信息服务平台。按照现状，利用无处不在的电力线建立的电力载波通讯往往是最经济也是最切合实际的一种方法。集成锁相环路解码器LM567具有良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通讯设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中。本文采用的就是在家庭内部用电力线作为传输载体，以LM567为核心，通过调制发送和解调接收,在电力线上实现了语音信号和控制信号的复用传输。对应的小区管理在收集整理完家庭信息之后，通过Internet与家人相连，以供住户能及时查询并控制家庭信息。小区的局域网设计是创建智能建筑小区的一个基础，也是整个

3、工程的核心。关键词：智能建筑小区 电力线通信 LM567 小区网络规范与协议The Realization Of Power Line Carrier Communication In Intelligent Building CommunityAbstract With the development of the real eatate industry,the community facilities is also becoming much more perffce and intelligent. The development of the intelligent buildin

4、g community has also been gradually arisen.Whats the called intelligent building area,it means to control system, security system, community property management system and comprehensive service as the backing, Use of high-tech means to set up the Internet information service platform.According to th

5、e current situation, the ubiquitous power line is used to establish the power carrier communication is often the most economical and most practical a method. Integrated PLL decoder LM567 has a good noise reduction capabilities and centre frequency stability and are widely used in a variety of commun

6、ications equipment in the decoding and AM, FM signal demodulation circuit. Adoption of this article is within the family using power line as transmission carrier, With LM567 as the core, Sent via modulation and demodulation signal, Realized the voice on the line multiplexing transmission of signals

7、and control signals. The corresponding community management in after collect family information, Through the Internet is connected with his family, For residents timely query and control the family information. Residential local area network (LAN) design is to create a foundation of intelligent buil

8、ding area, Also is the core of the whole project.Key words ：Intelligent Building Community PLC LM567 Area network norms and agree江苏大学本科毕业论文智能建筑小区电力载波通讯实现目录第一章 概述11.1 智能小区含义11.2 几种信息传输方式的比较11.3 目前国内利用电力线载波通信的状况41.4 如何正确看待电力线载波5第二章 智能建筑小区系统的网络及其规范72.1 智能建筑小区系统的系统结构72.2 智能建筑小区系统的Internet技术82.2.1 智能建筑小区

9、系统的宽带接入技术82.2.2 智能建筑小区系统的Internet技术92.2.3 智能建筑小区系统的家庭网关102.3 智能建筑小区系统的规范和标准112.3.1 智能建筑小区系统的底层协议规范112.3.2 智能建筑小区系统的高层协议规范14第三章 用LM567实现电力线载波通信单元设计163.1 音频译码器LM 567介绍163.2 LM567的工作原理和应用183.3 LM567的使用经验193.4 用LM567实现电力线载波原理203.4.1 智能建筑小区系统的原理框图与硬件设计203.4.2 FSK调制频率生成电路213.4.3 载波调制电路223.4.4 载波解调电路223.4.

10、5 控制信号的FSK解调电路233.4.6 通信的传输协议与实现24第四章 自动抄表系统254.1 自动抄表系统介绍254.2 自动抄表系统的结构及特点254.3 自动抄表系统的硬件配置264.4 系统的软件结构304.4.1 系统微机的数据管理软件304.4.2 系统数据管理软件的界面特点314.4.3 系统数据管理软件的功能特点314.4.4 系统单片机软件324.4.5 系统的控制主程序流程图334.4.6 系统的通信规约33结论37致谢39参考文献：40第一章 概述1.1 智能小区含义所谓智能建筑小区，就是以住宅建筑为平台，兼容社区公共设备、通信网络系统以及家庭数字化与网络化设施，集结

11、构、系统、服务、管理以及他们之间的优化组合，改善居住区生态环境，向住户提供一个安全、舒适、便利、高效的居住建筑环境。随着人类社会的进步和科学技术的发展，人类开始迈进了数字化和网络化的时代，其中正在兴起的智能小区建设浪潮反映和适应了国际化社会信息化和智能化的发展要求1。智能建筑小区就是利用计算机技术、通信技术、控制技术和多媒体技术来实现上述功能。为了能够给人们拥有一更舒适更便捷的居住环境，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，构成智能住宅的基本条件为具有相当于住宅神经的网络，能够通过这种网络提供各种服务，能与社会外部世界相连接2。而一般认为智能住宅应具备以下三种功能：（1）安全防卫自动化系统安全防卫系

12、统，顾名思义就是为居民提供火灾报警、盗窃报警、煤气泄漏报警和紧急救助报警的系统。物业管理人员可通过家庭安防系统提供24小时不间断集中监控，一旦发生事故能够进行及时处理。（2）自动化抄表系统此系统是指为了能够方便物业能够高效的对每个住户的水、电、气等用量的自动抄收系统，从而避免了入室抄表给用户和抄表人员带来的不便，减少了不少人力。（3）家庭自动化系统随着网络技术的发展，家庭自动化的许多功能都将融入此系统中，通过此系统，居民们可以在任何地方通过建筑自动化系统对家用设备（如空调、照明、电视、电脑、供暖等）进行远程监控和检测。系统提供定时控制功能的同时，也可提供联动控制功能。此系统将作为家庭网络中的控

13、制网络部份在智能家居中发挥作用。1.2 几种信息传输方式的比较智能建筑小区实际上就是指“信息住宅”，而实质是“网络住宅”3。网络的选择和建设是住宅智能化建设的关键4。由于我国对住宅信息网络的建设起步晚，现仍处於进一步的开发阶段，目前用于智能化建筑小区中常见的信息传输方式主要有电话拨号方式，ISDN和ADSL通信方式，计算机局域网络通信，HFC网络，双向有线电视网，低压电力线信息传输 5等。(1) 电话拨号方式电话拨号通信电话拨号通信是现有通信方式中使用时间较多应用较广泛的通信方式。电话拨号方式的数据通信是将电话线接入住户电脑，通过调制解调器，利用音频调制技术进行通信。目前的技术可使通信速度最高

14、达到56K，该技术成熟稳定，使用较为广泛，但其缺陷是：(1)话音通信与数据通信不能同时进行；(2)通信速度基本已达到极限，传输速率慢，限制了应用发展，多媒体通信、大数据量的传输困难较大；(3)实时性差，拨号时间长，对方占线拨号不通；(4)日常通信费用较高。因此利用电话系统进行网络数据通信，实现小区智能化管理及信息服务是不理想的通信方式。(2) ISDN和ADSL方式ISDN和ADSL通信是利用一根电话线实现话音，传真、数据等多种服务的术。ISDN采用2B+D技术，在一根电话线上，可以同时提供两路电话或数据信号的传递，其数据通信速率可达128K。ADSL技术利用非对称传输技术，在保证一条电话信道

15、畅通时，提供数据通信信号，数据传输速率是非对称的，上行可达1Mbps下行可达7Mbps，其传输速率可满足使用需求。这两种技术的数据通信均提供不间断的连接，类似于专线方式，具有良好的实时性。目前存在的主要问题是：两种技术均需对电信局的交换机增加配置，配置费用较高，此外用户应加装传输装置。从技术上ISDN和ADSL技术先进，实时性强，传输速率较高，性能稳定，工程实施便利，应用于小区智能化信息网络较为理想，但因日常上网费用高，和开发投资大使得广泛推广困难较大。(3) 计算机局域网计算机局域网是以综合布线系统为传输媒介，每层均采用星形结构，具有高速灵活、易升级的特点，有利于小区信息服务功能的拓展，能提

16、供比电话拨接上网更高的宽带和传输速率，上网费用低，网络技术先进成熟。目前存在的主要问题：网络建设费用投入较多，开发商难以承受；数据线缆施工不允许断线，住户家庭房间设施布置个性化强，二次装修的调整变动比较普遍，制约和影响了网络信息点的位置确定和线缆的敷设，必然带来了投资的增加和网络适量的可靠性，设计也需要一定的冗余点。(4) HFC网络HFC网络指光纤、同轴电缆混合网，它采用频分技术，是以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤技术和同轴电缆技术、射频技术以及计算机技术来实现双向传输的交互式宽带接入网。与传统的CATV网相比，HFC网可以实现数据传输与看电视同时进行，互不干扰，同

17、时还存在传输电话语音信号，实现数据、图像、语音三线合一。HFC网络的带宽最大可达到1GHz，采用树枝型网络结构，利用多窗口技术，一根光纤传送双向数据。采用HFC网络作为智能化住宅小区的信息传输网不仅在功能上完全满足要求，而且简化了小区布线。然而HF网络使用中同时存在的一定的问题。首先，由于在我国大部分地区，有线电视和数据传输业务分属有线电视及电信两个部门管理，传统的有线电视传输的是模拟信号，电信系统传输的是数字信号，两种信号合并到一个网络中传输将涉及到网络上的各种设备的更新、升级问题，并且需制定出一套切实可行的技术标准及网络协议。其次，对已建成的单向传输的有线电视网络要使其实现双向传输的HFC

18、网络还需要对原系统做较大的技术改造，投资量较大。第三，HFC网络系统采用树型结构，因此信号在上行时起着噪声的汇集和干扰信号的接收作用，即漏斗效应。同时其上行时频带极易受到短波电台，雷电及家电的干扰，这就要求网络上的分支器、分配器及用户盒等设备具有很高的隔离度。(5) 双向有线电视网有线电视网络在城市已经相当普及，双向有线电视网的目的就是为了允许使用电视网络提供多功能业务和高速因特网接入业务。在双向网络中，系统一旦安装调试完成后，最有可能影响系统性能的是来自用户的噪声侵入。在以往的单向网络中用户终端设计存在这样一些问题，个别设计将分支器设在住宅用户内，以满足用户自我发展的需要，在双向网络中是不能

19、允许这样的情况产生的。由于用户私自安装的终端盒，所采用的电缆、接头、终端盒及接头松动等都会引起噪声侵入，另外，私自增加用户端也会增加反向汇集噪声和信号衰减。(6) 低压电力线信息传输（PLC：Power Line Communication）低压电力线是住宅小区内遍布各个建筑物并且住户普遍使用的网络系统，其目的是满足千家万户的照明、家用电器等用电的各种需要，无论是新建的小区还是建好的小区，低压电力线都是我们赖以生存必不可少的生活必需品。智能化住宅小区利用低压电力线网络作为信息传输媒介网络线路是现成的，不需另行架设网络布线，从而可以节约大量的网络线路资金，网络形成建筑速度快，覆盖范围最广，任何有

20、低压用户的房间和部位都可接入网络，改善了网络线路环境，原有电话、有线电视、电脑网络线路室外纵横交错，室内密如蛛网的现象不复存在，网络线路简捷利用方便。可以说充分利用现成的电力网络承载电话、电视和电脑网络，市场潜力巨大，如果在通信技术上取得突破，将会产生巨大的经济和社会效益。分析上述各种信息传输方式，可以看出每一种信息传输方式都有它的局限性，人们也在不断研究新的传输方式来弥补这些不足。随着住宅小区智能化的发展，优化小区智能化信息传输技术，改变住宅内为实现电话、电视、电脑网络繁复线路模式结构，探索具有更加完善、简捷、经济实用的新的传输方式，无疑将是一种技术创新。现在，智能建筑小区的普及化发展要求智

21、能小区系统面向低成本、高性能的目标设计。一般来说住户对价格较为敏感，所以智能小区采用的技术较为经济，同时对于智能小区系统的安装商来说，更应该考虑系统是否易于安装，是否需要修改用户已有的房屋居住环境，是否需要额外布线，布线的复杂程度如何，布线是否可靠等问题。而目前虽然也有不少人研究和设计了一些智能家庭系统，但是这些系统或者需要另外单独布线，或者所用设备价格太高，或者使用国外芯片，而这些芯片是基于国外电网特点设计的，不适合我国电网特点，即使勉强使用，效果也不佳，所以到目前为止还没有真正设计出一套物美价廉，大众化的适合普通老百姓的智能建筑小区系统。电力线无处不在，具有得天独厚的优势，无论从技术方面、

22、经济方面，还是客户端使用方面，采用电力线通信来实现家庭智能化都是比较好的方式。尤其是在己经建成的住宅中，采用电力线实现家居智能化，避免了破坏墙壁、另行穿墙过孔的麻烦，还节省了重新布线的开支。本文利用电力网作为信息传输的载体来研究探讨，具有重要的现实意义和经济取向价值。1.3目前国内利用电力线载波通信的状况在以数字微波通信、卫星通信为主干线的覆盖全国的电力通信网络已初步形成、多种通信手段竟相发展的今天，电力线载波通信仍然是地区网、省网乃至网局网的主要通信手段之一，仍是电力系统应用区域最广泛的通信方式，仍是电力通信网的重要的基本通信手段；从理论研究，到运行实践，我们都取得了可喜的成效。进入八九十年

23、代以来，我国电力事业和电力系统以前所末有速度迅猛发展。大电站、大机组、超高压输电线路不断增加，电网规模越来越大。电网的发展必然对电网管理和技术提出更高的要求，这就要求电力系统通信更加完善和先进。电力线载波由于其固有的弱点：通道干扰大、信息量小，再加上我们设备水平、管理维护等方面造成的稳定性差、故障率高等不足，已显得不能适应现代电网对通信多方面、多功能的要求；而与此同时，信息时代的到来，促进了全世界范围内电信科技的全面、多维发展，各种新兴的通信技术不断出现；通信设备性能越来越先进，价格越来越低廉。于是，数字微波、卫星通信、光纤通信、移动通信、对流层散射通信、特高频通信、扩展频谱通信、数字程控交换

24、机及以数据网等新兴通信技术在电力系统中得以逐渐的推广应用。我们已经看到，电力线载波已成为电力系统应用最为广泛的通信手段，当然，其缺点和不足从中也得以充分体现；加之和其它新兴通信手段共存，更显示出了其局限。目前对电力线载波评价不高似乎已是比较普遍的现象。然而，仔细分析，我们可以发现，其原因也是多方面的：既有技术上的，也有管理上的；既有设备制造、工程设计施工上的，也有运行维护上的；既有客观上的，也有认识上的。随着电力载波通信技术的日趋完善,将极大地促进智能住宅的发展。1.4如何正确看待电力线载波首先，应看到电力线载波通信确实已远远不能满足现代电力系统运行控制、保护信息传输的实时性、快速性和可靠性及

25、对其它大量信息传输的要求。为满足现代电力系统发展的需要,适应全球性通信发展的大趋势，使我国电力通信向高速率、宽频带、大容量方向发展，我们提倡大力发展应用更为先进的通信手段。但电力线载波6做为电力通信网中一强有力的手段，有着雄厚的发展基础和广阔的市场，仍有其适应的生存和发展的环境和空间，它不会简单地消失或停滞不前。 (1)做为电力部门特有的通信资源，不管将来如何发展，电力线载波通信无可比拟的优越性是不会动摇的。它在电力生产中所发挥的强大而独特作用是不可替代的，尤其在抵御台风、洪涝等自然灾害方面，由于它电路的传输线路具有机械强度高、不易受外力破坏的特点，是其它通信手段所无可比拟的。 (2)每种通信

26、手段都有其适用的范围和环境。电力线载波适益于县调、地调等信息需求量小的情形，以及在其它场合作为可靠的备用通信手段。如在覆盖范围远而通道容量需求有限的情况下，电力线载波比使用其它任何传输介质费用都要低。 (3)电力线载波通信同其它技术一样，也是不断发展和完善的。对于其固有的弱点和不足，科研工作者一直不断研究出新的技术方法去改进提高。科学的发展无止境，电力线载波作为一门科学也必将会更加完善、可靠。事实上从出现到现在，电力线载波通信也是一直不断发展进步的。 (4)电力线载波通信中存在的其它问题 主要是运行管理等方面的问题，只要我们提高认识，积极改进，也是完全可以克服的。 针对目前电力线载波通信的现状

27、，我们认为主要有以下几个方面的工作要做： (1)各级领导要提高认识，真正从实际工作中重视起来。 (2)注重通信人才的培养和通信队伍的稳定。 (3)加强和改进专业管理。 (4)做好新技术理论的研究和推广工作。要组织有关科研院所、院校有针对性地进行科技攻关，尤其对那些没有直接经济效益的课题。 (5)积极开发研制和推广新一代的数字式载波机(DPLC)。 (6)有计划地对现存问题进行技术改造和革新。 (7)发展相分裂导线载波和绝缘地线载波。 (8)生产厂家要加强质量意识，不仅要引进先进的技术和设计，还要结合我国的国情和用户的实际需要进行创新；要有完善的质量保证体系。软件方面，要有健全的规章制度、标准化

28、计量、信息档案等；硬件方面，包括先进的自动测试装置、精密的工装模具制程设备和先进的元器件筛选、焊接工艺等。第二章 智能建筑小区系统的网络及其规范2.1智能建筑小区系统的系统结构智能家居系统由家庭网关、家庭局域网、家庭设备等部分组成。相互的结构关系如图2.1。家庭智能控制器家庭局域网家具设备家庭网关互联网图2.1 智能家居系统结构图4 用户层 （UI）3 中间件层（MI）2 底层协议层（PI）1 物理媒体层（MI）图2.2 家居网络结构层次图由图可以发现，家庭网络是智能家居系统的联系枢纽。没有家庭网络，其他部分就处于孤立的的状态，系统的功能大都无法实现，所以家庭局域网的设计是构建智能家庭系统的前

29、提和基础。组网的参照OSI(Open System Interconnection)的网络模式，可以简单地把欲实现上述功能的家庭网络分为如下四层模式7。如图2.2所示。相应的家庭网络的协议标准可以分为两种情况:1、2层的协议规范可以叫做底层协议规范，中间件层（3层)协议规范和IV层（4层)规范可以称作高层协议规范。其中，关于IV还没有任何企业规范和标准，随着信息化家电的不断普及，系统的UI规范化设计势在必行。现有的网络的协议规范中，底层协议主要包括:X-10、CEBus、LonWorks、B1ueTooth、HomeRF、IEEE1393等；高层协议包括:HPnP、HomeAPI、JINI等，

30、后续两节将分别作一介绍。2.2智能建筑小区系统的Internet技术2.2.1智能建筑小区系统的宽带接入技术我国接入网的建设始于90年代中期,到目前为止,网上运行的接入网设备绝大部分是窄带接入系统。近几年,Internet以惊人的速度迅猛发展,随着其服务内容的增多,用户对数据传送速率的需求也日益增加。宽带接入网适合用来解决高速数据业务接人。目前,智能家居接入Internet的方式主要有以下几种:局域网专线接人、ADSL接入、CableModem接入等。(1)局域网专线的接入这种方式需要配备高性能接入路由器设备,租用电信部门的专线并向CNNIC申请IP地址及注册域名。路由器可以通过DDN专线(最

31、高可达2.048M带宽)、FrameRelay、X.25、ISDN拨号等方式与Internet相连。还可以按照需要灵活配置多种广域网端口模块,提供宽带、QoS保证的远程多媒体服务。局域网专线接人的优点是具有技术标准成熟、设备稳定可靠、安全性高、接入速度快、扩展性好、性能价格比高；管理简便、易于使用与维护；可以方便与其他客户网络互联等特点。(2)ADSL接入目前,ADSL的热潮席卷世界各地,世界范围内各大网络公司相继推出ADSL的产品并致力于ADSL的发展,全球许多电信公司、ISP也纷纷推广各自的ADSL服务:北美、新加坡等率先正式投入营业,日本、韩国等国家也已进入试验阶段,中国电信在北京、上海

32、、广东、福建等地已进行相关的网络测试并开始试验性推广,而深圳更是已进入了实用阶段,2001年是ADSL走向普及的一年。ADSL能够向终端用户提供8Mb/s的下行传输速率和1Mb/s的上行传输速率,比传统的56K模拟调制解调器快将近100倍。这也是传输速率达128kb/s的ISDN(综合业务数据网)所无法比拟的。ADSL具有上下行速率不对称的特性,因此,其应用主要适用于为用户提供上网服务以及VOD点播等业务,而不适用于局域网互连的业务。(3)“ADSL+ATM/以太网”的方式用户端配置ADSL远端设备,局方配置DSLAM(ADSL局端设备),它们之间用普通电话双绞线进行连接。ADSL远端设备为用

33、户PC提供以太网接口,DSLAM通过ATM或快速以太网与ISP相连。通过该网络,用户就可以实现宽带接入因特网。DSLAM可以放置在ISP机房,通过接入网接入到ISP；也可以直接放置在ISP机房,与ISP接入平台利用局域网直接相连。利用ADSL提供VOD视频点播业务则可以采用“ADSL+ATM”的方式。(4)CableModem接入在中国,广电部门在有线电视(CATV)网上开发的宽带接入技术已经成熟并进入市场。CATV网的覆盖范围广,入网户数多,网络频谱范围宽,起点高,大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络(HFC网),使用550MHz以上频宽的邻频传输系统,极适合提供宽带功能业务。目前C

34、ableModem接入技术在全球尤其是在北美的发展势头很猛,每年用户数以超过100%的速度增长。其速率已达10Mb/s以上,下行速率则更高。CableModem不需要综合布线,可以利用现有的有线电视网作为接入网,减少成本；利用有线电视播送服务,能达到高品质的信号需求；网络设备可依服务项目需求逐渐扩增,降低初始架构成本；网络架构可以随着用户数增加及用户频宽的需求演变,不需重新投资新网络；主干采用光纤,便于提高频宽需求,符合多媒体技术的发展。2.2.2智能建筑小区系统的Internet技术为了实现远程监控以及与外部网络的通信，必须要实现单片机系统的Internet接入。单片机采用互联网通讯与控制具

35、有很好的实用价值，可以很容易地实现远程的控制与监测，也是信息家电要实现的主要目标。目前出现如下几种方案。(1) 32位MCU+RTOS采用32位高档单片机，在RTOS(实时多任务操作系统)平台上进行软件开发，在嵌入式单片机系统中集成TCP/IP协议，实现TCP/IP的协议处理，这一协议可以采用软件来实现，也可以通过硬件进行软件的简化。这种配置要求单片机有一定的存储空间来实施TCP/IP协议。目前国内较为流行的RTOS，VxWorks,pSOS,Nucleus,QNX,WindowsCE等。由于采用高档单片机，此方案可以完成很多复杂的功能，但成本较高，开发周期较长，需要购买昂贵的RTOS开发软件

36、，对开发人员的能力要求较高。(2) 8位MCU+TCP/IP协议芯片这个方案是由MCU和固化了TCP/IP协议的芯片组成应用系统的核心。应用系统可以直接拨号上网，硬件电路相对简单，但需要大容量的存储器，如果使用的TCP/IP协议芯片是软件固化的，还要求MCU有较高的运行速度。采用这种方案的芯片有ScenixSemiconductor公司的SX-stack，Seiko公司S7600A,iReady公司的Internet Tuner,Connect One公司的iChip等。其中Scenix单片机为软件固化协议，软件协议栈用汇编语言编写，存储在单片机的FLASH程序存储器中；其它芯片则为硬件固化，

37、硬件TCP/IP协议堆栈作为MCU和Internet之间的加速器。这个方案的优点是将8位单片机系统直接与Internet相连，可以使用PC机通过Internet远程访问单片机系统，也可以使用单片机系统将信息通过Internet发送到远程PC或其它终端上。但应用系统的设计工程师必须熟悉TCP/IP等协议和相关接口，软件设计量较大。另外每个电子设备都需要一个IP地址，因此，需要扩充IP协议才能到更好的支持。(3) MCU-EMIT协议+emGateway利用emWare公司开发的EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology，嵌入式微Internet网

38、络技术)，在应用系统的MCU内部使用emNet协议，再通过emGateway与Internet连接。EmGateway网络软件接口可以安装在计算机、TV机顶盒或专用的家用电器服务器中，它支持TCP/IP协议并运行HTTP服务程序，作为用户可以通过网络浏览器远程访问服务器。EmGateway通过RS-232,RS-485,CAN、红外及射频等通信方式与多个嵌入式设备相连，每个嵌入式设备的应用程序包含的一个独立的通信任务，称为emMicro，监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到emGateway中，同时emMicro还可以解释Gateway的命令，修改设备中的变量或进行某种控制。Em

39、Micro和emGateway一起为嵌入式设备提Internet功能。由于复杂的网络协议是通过emGateway在PC机上实现的，应用系统MCU只使用较简单的emNet协议，因此对MCU的要求较低。但应用系统设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，原来客户应用系统的MCU也不一定符合要求，并且软硬件设计的工作量仍然较大。同时，应用系统的单片机处理emNet协议要占用一定的系统资源。(4) MCU+Webchip+PC网关所谓Webchip是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片，它通过标准的输入、输出口与各种MCU相连。MCU通过Webchip与网关连接即可接收并执行经由Internet远

40、程传来的命令或将数据交给Webchip发送出去。Webchip的主要优点在于：对MCU应用系统的设计工程师来说，无需熟悉复杂的网络协议及其接口；对MCU芯片来说，对运行速度和存储器容量等方面无特殊要求；软件设计只需要增加一小段接口程序，其它无需作大的改动，在大程序上简化了应用设计的工作量，可以缩短MCU应用系统的设计周期。2.2.3智能建筑小区系统的家庭网关家庭网关是家庭局域网的重要组成部分，主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能。由于嵌入式Internet技术的发展，家庭网关实现上也逐渐从PC机实现转向嵌入式设备的实现上。通用网关的技术

41、发展历程大致如下:(1) 20世纪90年代中期，采用PC机+网卡+采集插卡组成，利用PC机进行协议转换，将家庭内部设备组成的测控系统接入到以太网。这种方式PC机放在以太网内，成本很高，不太现实。(2) 近几年，采用嵌入式系统+太网卡+采集卡来组成以太网测控网关。嵌入式系统实际上是在硬件和软件上均可按用户需要进行剪裁的PC机。例如，PC-104实际就是一台没有显示器、键盘、硬盘、软盘的PC-186DX计算机，有电子硬盘及各种I/O插口，可装入Windows CE和其他PC机应用软件。所以，实际上它是第一种网关的简化和微型化。实际上这是第一种网关的简化和微型化。它的成本比第一种有所下降，但价格还是

42、较高。另外，利用了PC机的软件，开发速度较快。(3) 近年以来，随着嵌入式Internet的发展，出现了的MCU单片机加上以太网接口芯片组成家庭网关。这实际上是嵌入式网关向大众化、普及化的进一步发表展。它以单片机取代PC机，用以太网接口芯片取代以太网卡，使网关的价格进一步下降。但是在单片机上实现各种网络协议，如TCP/IP、UDP等相对比较复杂。(4) 近两年，许多大公司推出集成了l0M/l00M的以太网接口的嵌入式处理器，如摩托罗拉MCF5272可以很方便构建家庭网关，利用运行其上的嵌入式操作系统可以方便的实现网络通信。但是该技术也正处于研发中，成本不低。从以上的分析中，我们可以看出，第三种

43、网关是大众化的、比较适用于一般家庭的网关技术，因此，它是我们家庭网关设计的首先技术。2.3智能建筑小区系统的规范和标准2.3.1智能建筑小区系统的底层协议规范底层协议是面向通讯的协议，负责数据通讯传送功能。主要有以下一些协议：(1) X-10规范X-10协议是对电子设备进行远程控制的通信协议，适用于X-10发送器和接收器之间，以家庭内普遍存在的电力线系统为通讯媒体，在家庭自动化(如安全监控、电器控制等)方面得到广泛应用。X-10系统由发送控制盒和多个接收控制组件组成，各组件可设定不同编码以示区别，使用时控制盒和组件可插入室内不同的电源插座，而家用电器设备就插在这些控制组件上。通过与控制盒连接的

44、键盘，用户可输入控制命令和组件编码，实现家用电器设备的远程控制。X-10电力线上的AC频率是60Hz，线电压为120V，控制命令120KHz,SV的脉冲形式进行传输，每个X-10的数据包包含22位要传送的二进制信号，包含有标识符、房间编码和单元功能编码。X-10协议虽然是企业规范，但己成为事实上的控制标准。但X-10也存在一些缺点:发送器和接收器之间仅能传送有限的控制命令；许多设备间只能进行单向通信，控制方案不完善；通讯媒体单一，通信速率较低等。与其它标准相比，其开放性、兼容性、智能化和灵活性较差。(2) CEBus标准CEBus(Consumer Electronics Bus)是由ANSI

45、/EIA发布的主要用于控制的网络标准，且于1992年确定了EIA-600系列最终文档。CEBus网络节点结构遵守ISO/OSI开放系统互连模型，其协议栈为四层结构，分别是物理层、数据链路层、网络层和应用层，各层功能、层与层之间的服务调用及提供关系和协议数据单元(PDU)的格式符合OSI模型规范。 CEBus标准定义了七种物理媒体，即电力线、双绞线、红外线、无线电、电缆线、光纤和音频视频总线。CEBus支持灵活的网络拓扑结构，只要具有相应媒体的接口组件，一个设备可以连接到网络的任何地方，信号可以在多种媒体之间通过路由器进行传输。路由器的网络结构由物理层、链路层和网络层组成，没有应用层。该标准支持

46、分布式控制方案，不需要集中控制器即可进行工作，但使用集中分布式控制方案进行网络管理和控制会更为方便。当前该标准主要应用于家庭器具的控制网络，是最重要的网络标准之一。(3) LonWorks技术LonWorks技术将传统控制技术及最新网络技术结合起来，为传统控制领域提供了网络化解决方案，在建筑、冶金、化工等工业和智能控制方面得到了广泛的应用8。EIA于1998年提出了基于该技术的家庭控制网络标准(EIA-709)。LonTalk通信协议是LonWorks技术的核心，它提供了ISO/OSI的七层服务，并固化于Neuron芯片之中。媒体访控制采用Predictive P-Persistent CSM

47、A算法，该算法保留了以太网协议CSMA的优点，同时克服了它在控制方面的缺点，使网络在负载较重的情况下仍能以接近最大吞吐率进行工作。LonTalk提供了使用区、子网和结点的分层逻辑寻址方式，提高了寻址效率，使得网络中节点的替换和增加非常方便。LonWorks的支持速率可达1.25Mb/s，网上可以连接32k个设备节点，通过使用网桥、路由器等手段可以组成较大型的网络系统，支持的媒体有电力线、双绞线、红外线、无线电、电缆线、光纤。LonWorks提供了功能强大的开发系统，为系统设计及节点开发提供了集成开发环境和工具。当前，LonWorks的编程语言和应用软件仅能够应用于其专用网络，没有实现通用与专用

48、功能的分离，这在一定程度上影响了其兼用性和在家庭控制中的优越性。(4) HomePNAHome PNA(家庭电话线网络联盟)以家庭电话线为连接介质构造家庭网络，采用频分多路传输技术建立三个通信信道:普通电话服务(20Hz-3.4KHz)XDSL服务(25KHz-1.1MHz)和家庭网络服务(5.5MHz-9.5MHz)。家庭网络所用信道以7.5MHz为载波频率，传输速率1Mbps。Home PNA采用传统的以太网技术加快了Home PNA规范的普及，符合Home PNA规范使用的专用芯片也已经推出。(5) HomeRFCompaq,Intel,HP,Microsoft,sony等公司组成的Ho

49、me RF工作组发布了一个基于无线电的家庭网络协议规范SWAPL1。该协议规范采用2.4GHz的ISM频段，利用时分复用技术支持语音通信，以太网技术CSMA/CD支持高速数据通信。采用2FSK/4FSK调制方式，传输速率为1Mbps/2Mbps，网络节点数127个，传输距离150英尺。(6) USBUSB(Universal Serial Bus)，通用串行总线是新一代的硬件接入总线技术。USB1.1支持最高速率为12Mbits/S的数据传输，而新推出的USB2.0支持最高速率达到了480Mbits/S。USB传输速度明显快于串联和大多数的并联接口，最多可连接127个外部设备，使用领域极其广泛

50、。除此以外，USB具有良好的弹性适应能力，支持热插拔和即插即用等。在很多应用上，USB正在逐步取代以往所普遍使用的老式的串、并联接口，成为许多外设接口的首选。(7) IEEE1394IEEE1394标准是一种高速数据串行总线标准，也是目前获得广泛支持的家电娱乐电器联网方案。它支持设备热插拔，可为外设提供电源，支持同步数据传输，可支持63个设备。而且通过网桥还可以构成更大的网络。它采用同轴电缆或光纤作为传输介质，1394a规范的数据传输速率为100,200,400,800Mb/s,适用于消费电子设备；1394b采用了新的编码方案和通信协议，将原先最大4.5m的传输距离延长到100m，支持1.6G

51、b/s和3.2GbB的高速传输，是一个很有优势和前景的技术。目前，USB多用于低带宽的外设，如鼠标、健盘、调制解调器等，IEEE1394用于高带宽计算机和消费电子产品，尤其适用于音频/视频设备群之间的互连。通过光缆、CAT5电缆和其它的无线方式可以扩展基于IEEEl394的音频/视频网络实现家庭网络。相比之下，IEEE1394速度更快，但价格也更昂贵，USB和IEEE1394两者可以共存。(8) BluetoothBluetooth(蓝牙)是一种短距离的无线电网络连接技术，工作在2.4GHz的ISM频段，采用时分复用全双工通信模式，支持同步和异步通信，最高速率721 Kbps，采用跳频分配技术

52、来消除干扰和降低衰落，发射距离10-100M。组网时最多可以有256个单元连接成网，支持点对点连接或点到多点连接，不需要中央控制器和集线器。蓝牙软件协议采用分层结构，核心协议有:基带协议、链路管理协议、控制和适配协议、射频通信协议等。2.3.2智能建筑小区系统的高层协议规范高层协议是面向处理的协议，负责数据通讯处理功能。主要有以下一些协议：(1) HPnPHome PnP(Home Plug and Play，家庭即插即用)规范是Honeywell,Intel,Microsoft等公司为联网的家庭子系统即插即用制定的一个标准。HPnP不是一种语言，而是一种互操作规范，它独立于网络的下层技术和协

53、议，运行于多种网络协议之上。规范使用了EIA-600CEBus标准的面向对象的通用应用语言CAL和对象相关模型9。只要在产品中嵌入了HPnP技术，来自不同厂家的产品就可以在同一网络上相互通信，实现即插即用功能。该规范及其相关协议适用于家庭网络的所有解决方案，可以实现家庭器的远程控制和配置，对于组建完整的家庭网络具有重要意义。(2) UPnPUPnP(Universe Plug and Play，通用即插即用)是Microsoft 1999年提出的一种基于IP技术的家庭网络解决方案，它利用Auto IP,DHCP和Multicast DNS等协议，完成网络中设备的自动配置，通过简单服务发现协议和

54、名录，帮助协议实现网上设备和服务的自动查寻，用XML描述设备的操作界面产生控制信息。UPnP允许第三方针对不同的操作系统与设备制定具体的应用程序编程模型。(3) JINI技术JINI技术是基于JAVA语言的分布式的对等基础结构，是一种动态的自动化机制，它使得任何具有JINI功能的设备可在任何时候、任何地点随意连接到网络上而形成一个共享群体，不需要任何的人工干预和驱动程序，一个设备或应用程序和其它服务之间可以对等共享。任何设备和应用程序可以动态地插入或离开网络而不影响网络的性能和其它设备。在JINI体系结构中，服务(Service)是一个非常重要的概念，整个JINI体系是由服务的提供、服务的请求

55、和服务的管理组成的。JINI技术与HPnP和UPnP规范相比，三者都具有即插即用的特点，但以JINI技术进行组网更为简单、快捷和方便。这是由于JINI技术独立于具体的操作系统，采用了先进的协议机制，使得服务的使用不需要安装任何驱动程序，整个系统的资源共享更为直观，而且提供了良好的用户接口。HPnP和UPnP的重点在于设备之间的互操作性，而JINI技术则超越了这种功能，提供了简单的资源共享机制，而资源共享正是人们最终的3智能建筑家居系统的技术及发展直接需求。(4) HomeAPIHome API是由API工作组开发的一种应用程序开发接口规范，是一个提供软件服务和编程接口的集合，它使得其上的应用程

56、序能够发现和控制家用电子设备10。规范的主要目标就是降低软件应用开发的成本和复杂度，通过智能家电的使用来提高用户的娱乐、安全、舒适和方便程度。Home API与其它网络规范的主要区别为：其它规范和标准的主要目的是实现网络设备的对等连接和通信，其重点在于实现对等关系，且许多组织也开发了专门针对自己协议的API，与其它组织的协议无法兼用。Home API所定义的不是一个协议，而是一个无固定协议的API和一个通用编程模型，它并不解决家庭设备的对等操作问题。它仅是将相应的设备功能提供给客户应用程序，而不管下层协议是否兼容。Home API是一种集中控制模型，从体系结构上看，位于以上各种协议的上层11。

57、第三章 用LM567实现电力线载波通信单元设计3.1 音频译码器LM 567介绍美国国家半导体公司生产的集成锁相环路解码器LM567以其优良的性能和低廉的价格而在各种解码电路中获得了广泛的应用，集成锁相环路解码LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种,其同类产品还有美国Signetics公司的SE567/ INE567等。LM567是一个高稳定性的低频集成锁相环路解码器,由于其良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通讯设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中。LM567的名称是“锁相环音频译码器”，为8脚直插式封装,其内部结构、引脚定义及外围元件连接方法如图3.1所示。图3.1 LM567内部结构，引脚及外围元件LM567内部包含了两个鉴相器PD1及PD2、放大器AMP、电压控制振荡器VCO等单元电路。在