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基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-08-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  電力網(wǎng)是每個(gè)家庭都要用到的物理網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)有的基本功能是傳輸電力。利用現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信 , 而無需增加額外的通信線路,可以大大節(jié)約建設(shè)成本。本文所介紹的智能系統(tǒng)只需將本系統(tǒng)中不同功能的通信模塊和電源電路像墻壁插座一樣嵌入墻壁,接入市電,即可實(shí)現(xiàn)本智能家居系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  整個(gè)系統(tǒng)由不同的智能模塊組成,智能模塊由電源電路、收發(fā)電路及外圍電路組成。每個(gè)智能模塊對應(yīng)一個(gè)不同的地址,以免執(zhí)行不屬于本模塊的命令。地址可由一個(gè)自定義的紅外遙控器設(shè)置。
2 智能模塊硬件電路
  硬件電路分為電源、收發(fā)電路及外圍電路、功能電路3部分。
2.1 電源硬件
  電源硬件模塊示意圖如圖2所示,各模塊的功能如下:

基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  (1)框1為耦合電路。耦合電路是載波信號的輸出和輸入通路,并有隔離220 V/50 Hz工頻的作用。該電路在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮220 V線路側(cè)的阻抗特性, T1為信號耦合變壓器,220 V線路側(cè)阻抗一般取3 Ω~30 Ω。然后確定線圈初次級的匝數(shù)比或阻抗比。最后設(shè)計(jì)功率放大器的輸出匹配電阻。輸入通道接一個(gè)浪涌保護(hù)二極管,經(jīng)電阻隔離后接二極管箝位電路輸出給前級濾波電路。
  (2)框2為電源與通信模塊的接口。通過POUT(發(fā)) 與 SIN(收) 2個(gè)腳與別的智能模塊通信。這樣可以用一個(gè)智能模塊控制另外一個(gè)智能模塊。
  (3)框3把+12 V穩(wěn)壓至+5 V,給系統(tǒng)供電。
  (4)框4為單片機(jī)I/O口控制的繼電器電路。把所需控制的電器一根電源線接到繼電器輸出腳,這樣就可以實(shí)現(xiàn)控制電器的開與關(guān)。鑒于電源模塊的體積,一個(gè)電源模塊上可以接3個(gè)繼電器為好。
  (5)框5通過整流得到+12 V電源。
2.2 SC1128收發(fā)電路及外圍電路
  硬件系統(tǒng)的核心電路是SC1128的收發(fā)電路。
  (1)SC1128通過傳輸與接收的電路[1]
  SC1128芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴(kuò)頻調(diào)制/解調(diào)器電路。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù),因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強(qiáng)的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴(kuò)頻/解擴(kuò)、調(diào)制/解調(diào)、D/A和A/D轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動(dòng)、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(jī)(MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應(yīng)用系統(tǒng)中可以起到降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。
  SC1128通過電力線收發(fā)圖如圖3所示。

基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  耦合電路可將功率放大器發(fā)射的信號耦合到電力線;又可將電力線上接收的信號耦合到帶通濾波器上。帶通濾波器和前級放大器為前級接收通道,它將接收的信號經(jīng)放大、濾波,送入SC1128的一級運(yùn)算放大器處理。功率放大器將SC1128發(fā)出的調(diào)相信號進(jìn)行功率放大,經(jīng)耦合線圈送入電力線。
  (2)SC1128與單片機(jī)的連接電路[2]
  單片機(jī)選用宏晶科技推出的超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的STC89C58RD+。該款單片機(jī)內(nèi)部自帶32 KB Flash,1280 B的RAM,可以免外擴(kuò)EEPROM,特別是該單片機(jī)支持在線燒寫,為以后的軟件升級帶來了便利。
  SC1128與單片機(jī)連接如圖4所示。

基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  36腳為收發(fā)控制端,0為接收,1為發(fā)射;37腳在發(fā)射和接收同步后產(chǎn)生同步脈沖信號,頻率隨工作主時(shí)鐘和周波的變化而變化;38腳為輸出發(fā)送和接收的數(shù)據(jù);39腳為設(shè)置數(shù)據(jù)及狀態(tài)的輸入輸出端;40腳為同步設(shè)置時(shí)鐘輸入端;41腳為片選輸入端。
  發(fā)射狀態(tài)時(shí),單片機(jī)將SR端(36腳)置高,SC1128芯片發(fā)出同步頭(37腳),單片機(jī)通過TX端(38腳)同步發(fā)送數(shù)據(jù)。
  接收狀態(tài)時(shí),單片機(jī)將SR端(36腳)置低,SC1128芯片若接收到數(shù)據(jù),則產(chǎn)生同步頭,通過TX端(38腳)將數(shù)據(jù)同步發(fā)送到單片機(jī)。
  正常工作時(shí),SC1128第 36腳(SR)不發(fā)射時(shí)始終置0,處于等待接收狀態(tài)。
2.3 功能電路
  功能電路是根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的不同功能所加的電路,包括:
  (1)按鍵電路:通過按鍵來控制繼電器,達(dá)到控制電器的作用;
  (2)語音電路:可實(shí)現(xiàn)電器遠(yuǎn)程電話控制;
  (3)傳感器電路:根據(jù)需要來選擇傳感器,如紅外傳感器,當(dāng)有人經(jīng)過時(shí),傳感器給單片機(jī)發(fā)送信號,來控制繼電器,這里的繼電器可以接點(diǎn)燈,或報(bào)警模塊。煤氣傳感器可以探測煤氣泄漏并報(bào)警;
  (4)電腦接口電路:可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制,也可以在電腦中顯示電器的狀態(tài)或控制各個(gè)電器;
  (5)液晶接口電路:可以顯示各個(gè)電器狀態(tài);
  (6)遙控電路:簡單地說,就是可以學(xué)習(xí)一個(gè)房間內(nèi)所有帶遙控電器的遙控編碼,這樣就可以用一個(gè)自定義的遙控器遙控所有的電器。
3 智能模塊軟件部分[3]
  單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要收發(fā)流程圖如圖5所示。

基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  在第一次使用智能模塊時(shí),通過紅外遙控器設(shè)置地址。一個(gè)家庭內(nèi)所有不同的智能模塊有各自的地址,這個(gè)可以以樓層、房間號和所用電器來定義。具體可以根據(jù)實(shí)際情況來確定。
  本系統(tǒng)經(jīng)過長時(shí)間試驗(yàn)運(yùn)行證明,具有維護(hù)量小、誤碼低,抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該擴(kuò)頻系統(tǒng)只需很小的空間,無需增加額外布線,工程建設(shè)周期短,給人們生活質(zhì)量帶來了很大的提高和便捷,提高了家庭的安防能力。



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