消費(fèi)總線電力線接口電路的設(shè)計(jì)

智能家庭要求家用電器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（總線）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互操，總線協(xié)議是其精髓所在。目前，國(guó)際上占主導(dǎo)地位的家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有：美國(guó)的X10[1]、消費(fèi)總線（CEBus）[2]、日本的家庭總線（HOME BUS）[3]、歐洲的安裝總線(EIB)[4]。

消費(fèi)總線使用五種類型的介質(zhì)(電力線、無(wú)線、紅外、雙絞線和同軸電纜)，其中以電力線的應(yīng)用最為廣泛。消費(fèi)總線得到IBM、Hownywell、Microsoft、Intellon、Lucent、Philips、Siements等大公司的支持，1992年成為美國(guó)電力工業(yè)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)（EIA600、EIA721）。1997年，EIA600成為美國(guó)ANSI標(biāo)準(zhǔn)；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電力線物理層

鑒于家庭中電力線載波通訊的特殊性，CEBus采用價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易行的線性調(diào)頻（chirp）擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。摒棄了傳統(tǒng)電力線載波通常應(yīng)用的直接序列擴(kuò)頻、調(diào)頻擴(kuò)頻、跳時(shí)擴(kuò)頻等設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。

圖2 通用通訊模塊的原理圖

消費(fèi)總線的物理層有四種碼，分別是:“0”、“1”、“EOF”和“EOP”。均為掃頻信號(hào)，正弦信號(hào)載波，從203kHz經(jīng)過(guò)19個(gè)周期線性地變?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(fèi)總線中用多少個(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)放大耦合到電力線上，放大后的幅度應(yīng)適中。幅度太低，給接收電路帶來(lái)困難；幅度太大，又會(huì)對(duì)電力線上的設(shè)備產(chǎn)生干擾。CEBus的規(guī)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(shè)備輸入阻抗值

同時(shí)也規(guī)定了電器設(shè)備對(duì)信號(hào)的阻抗。如果阻抗很小，就會(huì)將信號(hào)吸收從而無(wú)法傳送國(guó)。規(guī)定如表2[5]所示。

線性調(diào)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(qiáng)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(shè)備可以同時(shí)識(shí)別從網(wǎng)上任意設(shè)備發(fā)出的這種特殊波形。

2 通訊模塊的設(shè)計(jì)

根據(jù)P89C51RD2和P300的芯片手冊(cè)[6][7]，設(shè)計(jì)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(shè)備的設(shè)計(jì)。