電力線智能家居設計論文

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關鍵詞：電力線通信技術智能家居網絡電力網關

摘要：簡要介紹了電力線通信技術，分析了對利用電力線通信技術實現智能家居網絡的載波技術、網絡控制技術等組網關鍵問題，介紹了一種基于LonWorks技術的電力線智能家居網絡解決方案。

基于電力線通信技術的智能家居網絡系統，利用電力線通信技術通過電源插座完成家庭聯網，并為家庭網絡提供互聯網接入和多媒體音視頻業務，通過家庭服務器對接入家庭網絡的信息家電、安全系統實行監控和管理。

一、電力線通信技術概述

電力線通信技術(PLC)是把載有信息的高頻加載于電流，用電力線傳輸，通過調制解調器將高頻信號從電流中分離出來，傳送到計算機或其他信息家電，以實現信息傳遞的一種通信方式。目前PLC技術已經形成寬帶接入型與家庭網絡型兩種發展模式，家庭網絡型是指通過電力線在用戶家中組建高速LAN。這種模式的PLC只提供家庭內部聯網，即通過家庭的內部的普通電力線，進行組網連接家庭內部局域網。電力線通信技術有以下優點：信息家電可以通過電力線進行通信，無需另外布線，利用電源線實現智能家居網絡成本較低；電力網是覆蓋范圍最廣的網絡，PLC技術可以輕松地滲透到每個家庭，其應用范圍廣泛；網絡的接入點是電源插座，電源插座隨處可見，數目較多且接插方便；不需要撥號，接入電源插座即接入網絡；電力線載波通信較容易實現自動抄表、家居監控等功能。利用電力線載波通信技術實現智能家居網絡最方便。

二、電力線智能家居網絡的關鍵問題

2.1載波技術1)正交頻分多路復用技術。低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點是具有時變性，衰減較大，而且各種干擾噪聲復雜。為提高電力線網絡的傳輸質量，電力線通信大都采用正交頻分多路復用技術(OFDM)進行調制。即將串行數據轉化為N個并行數據分配給N個不同的正交子載波，實現并行數據傳輸。這樣既可得到很高的數據傳送速率，又能夠有效地抑制碼間干擾。應用OFDM技術于電力線通信中具有明顯的優越性。OFDM頻帶不僅利用率高，而且抗干擾性強，可以克服電力線上固有的高噪聲、多徑效應和頻率衰減等現象，有效利用現有低壓電力線實現高速數字通信。2)擴展頻譜調制技術。這一技術的抗干擾和抗多徑效應也較強。因此，也有一些廠家采用這種技術開發電力通信產品。擴展頻譜調制技術在相對較寬的頻帶上擴展了信號頻譜，降低了信號的功率譜密度，降低了電磁輻射，削弱了對其他通信系統的干擾。而且接收端通過窄帶濾波技術提取有用信號，信號的信噪比很高，抗干擾性增強。另外，擴頻通信可以實現碼分多址。對于1Mbps左右的系統，應用擴頻技術就可以完全滿足傳輸容量的要求，且其設備簡單，擴頻調制方式較為經濟。當傳輸速率要求在10Mbps及以上時，擴頻技術實現起來較困難。在10Mbps及以上傳輸速率宜采用OFDM調制技術。

2.2網絡控制技術目前，家庭自動化網絡標準有許多種，較為成熟的有X210、CEBus和LonWorks等。1)X210是最早應用于家庭設備自動控制系統的。X210的控制模式為主從控制模式，信息是單向傳輸的，從控點只能接收主控點發來的信息，不能反饋。X210的系統信息的傳輸較慢(傳送一個指令需時0.883s)，抗干擾性能差，可用節點數為256個，只能用于普通家庭中的簡單控制和專項控制。但其價格十分低廉，而且安裝使用較方便，如僅組建一個簡單的家居智能網絡，可以考慮X210技術。2)CEBus是一個較完整的開放系統，美國電子工業協會(EIA)于1992年正式推出，并定為IS260/EIA2600標準。它定義了在幾乎所有傳送媒體(Medium)中信號的傳輸標準，并要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度(10Kbps)傳送，從而有效地避免信號傳輸中可能出現的“瓶頸”問題。CEBus的抗干擾能力比X210強，控制功能亦十分豐富。但接口技術比較復雜，價錢較貴，在中國的應用不多見。3)LonWorks是由美國Echelon公司于1990年12月開發成功的全分布式智能控制網絡技術。1997年8月，被EIA的集成家庭系統技術委員會定為家庭網絡(HomeNetworking)的標準。Lon2Works完全支持OSI的7成協議，具有良好的開放性、互操作性，其網絡系統組成以分布控制為控制模式。對于網絡家電來說，只需要將已定義的的網絡家電之間信息傳遞的語法和語義標準在應用層實現后，就能夠實現不同廠商之間產品的相互兼容。LonWorks的分布式架構使其具有獨立性，部分節點的故障不會造成系統癱瘓。LonWorks最基本的部件是同時具有通信與控制功能的神經元芯片，具有很強的通信能力和一定的數據處理能力。其抗干擾能力很強，其可靠度是這三種網絡控制技術最高的(約99.8%)，并具有完善的開發系統和工具。LonWorks的分布式架構，每一個控制裝置都可以有隨插即用的功能，減免了二次拉線造成的成本，并避免了重新布線的不便。LonWorks可擴展性強，在將來對系統升級時，可充分利用原有資源，降低升級的復雜性及成本。上述三類家庭自動化網絡技術都是各有其特點，組網時可根據實際情況進行選擇。但如果要組建一個統一的、操作性強、功能完善、可靠性高、可擴展性強的家居智能網絡，采用LonWorks技術是一個明智的選擇。

三、電力線智能家居網絡的組成

本文以LonWorks技術為基礎，采用電力線載波技術來構建家居智能網絡。該網絡以分布控制、集中管理為控制模式，其網絡系統可依靠網絡節點完成自治的控制功能，通信媒體采用電力線。主控節點與家用電腦相連，可控制從節點的功能配置并監控從節點的狀況，并且還負責與Internet的通信。通過主控節點可查看電表、水表、煤氣表的讀數，實現三表的集抄。從節點可接收從電力線傳來的控制信息，完成自治的控制功能，同時反饋家電的一些狀態信息。從節點由電力線網關、信息家用電器組成。在這個網絡系統中，電力網關是一個重要的部件，它用于對網絡信息的發送與接收。電力網關由基于LonWorks網絡系統的LonTalk網絡協議和神經芯片、電力線載波模塊和耦合電路組成。公務員之家

四、結束語

本文介紹了電力線通信技術，并對電力線通信技術實現智能家居網絡組網的關鍵問題進行分析，給出了一種基于LonWorks技術的電力線智能家居網絡解決方案。該方案具有可靠性高、靈活性好、可擴展性強等特點，充分發揮了Lon2Works技術的網絡控制功能。