基于電力載波的家電網絡控制電路的設計

李興寧，陳 震

（泰州職業(yè)技術學院機電技術學院，江蘇 泰州225300）

家用電器如何組網進行數(shù)據(jù)通信是家電網絡控制的一個重要問題。利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)線與電力線分離的技術，必須為通信線路鋪設專門的電纜線。這些電纜線的安裝和維護費用較高 ，而且不能方便地分支或連線。在所有的通信方式中，電力線載波通道是最直接、最經濟的通信媒介，但電力線存在各種電磁干擾，必須采取有效手段加以排除后才能利用。本文介紹利用電力線MODEM芯片ST7536，采用電力載波形式，設計出可靠的家電網絡控制電路，對位于同一配電變壓器范圍內的多路家用電器的運行情況進行實時監(jiān)測和控制。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

系統(tǒng)組成及原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)由一個主控單元、220 V的電力線傳輸通道和若干并接在電力線上的受控單元組成。

主控單元主要由主控CPU及調制解調電路等組成。主控CPU有兩種工作方式：現(xiàn)場控制和遠程控制。在現(xiàn)場控制方式中，主控CPU對現(xiàn)場控制電路設定的控制命令進行編碼，并輸出編碼信號；在遠程控制方式中，現(xiàn)場計算機通過以太網或電話線接受遠程計算機發(fā)出的控制命令，將其通過RS232總線轉發(fā)至主控CPU，主控CPU對接受到的遠程控制命令進行編碼并輸出編碼信號。主控CPU輸出的編碼信號經主電力載波裝置調制后送入電力線傳送。同時，主控CPU根據(jù)需要，接收來自各個受控CPU上送的受控電器的狀態(tài)，將它們反映在狀態(tài)顯示電路上，并通過RS232總線將狀態(tài)上送至遠程控制端。

圖1 系統(tǒng)組成及原理框圖

受控單元主要由受控CPU及執(zhí)行電路和受控的家用電器組成。從電力線傳送來的調制信號由電力線接口（PLI）中的變壓器從電力線上采樣得到接收的信號，并經過一前置放大器將34 dB的電平放大。放大后的調制信號經電力載波調制解調芯片ST7536解調后，再由受控CPU進行譯碼和地址判別。如編碼信號不是發(fā)給本地址單元的，則執(zhí)行電路不執(zhí)行任何命令。當編碼信號中地址與本受控單元地址相同時，則執(zhí)行機構執(zhí)行編碼信號中的狀態(tài)控制功能，繼電器作吸合或釋放動作，實現(xiàn)對目標電器的開關控制，同時返回家用電器的開關狀態(tài)。對于具有智能控制能力的受控家用電器，受控CPU還可將更復雜的控制命令通過RS232總線下發(fā)至家用電器，讓其自身執(zhí)行各種高級功能；而且家用電器本身還可將自身的各個狀態(tài)根據(jù)主控CPU的要求返回給受控CPU，讓其能夠將信息上送到主控CPU以便于監(jiān)視［1］。

2 基于電力載波的家電通訊系統(tǒng)設計

基于電力載波的家電通訊系統(tǒng)（以下簡稱電力載波通訊系統(tǒng)）主要是由主控單元和受控單元構成，兩者都是由控制電路和電力線載波調制解調電路組成。本節(jié)主要對兩者的控制電路進行論述。

2.1 主控單元控制電路

主控單元控制電路中包括幾個主要的功能：控制命令輸入，控制命令輸出，受控家用電器狀態(tài)顯示，RS232總線接口［2］。

控制電路硬件結構如圖2所示。該電路功能主要由單片機AT89C52，三片8路雙向總線收發(fā)器74LS245、兩片8D總線數(shù)據(jù)鎖存器74LS377和RS232接口芯片MAX232完成。三片74LS245負責接收現(xiàn)場控制命令的輸入，U3上對應的8路輸入作為8路受控CPU工作方式選擇；U4上對應的8路輸入作為8路受控CPU地址選擇；U5上對應的8路輸入作為8路受控CPU命令選擇；兩片8D總線數(shù)據(jù)鎖存器74LS377負責對8路受控CPU和其對應的受控家用電器狀態(tài)顯示，U6上連接的8只LED顯示8路受控家用電器的開合狀態(tài)；U7上連接的8只LED顯示8路受控CPU和其對應的受控家用電器的出錯狀態(tài)。232接口芯片MAX232用作CMOS電平與RS232總線邏輯電平的轉換。在控制電路中單片機AT89C52利用其P1口上的P1.2，P1.3，P1.4和外部中斷0做為與modem芯片ST7536的接口線。ST7536的復位信號，CLR/T信號是通過非門與AT89C52的復位信號和外部中斷0取得一致的。AT89C52的P1.3，P1.4兩根I/O口線作為ST7536的TXD和RXD；該接口實現(xiàn)控制命令的輸出和接收受控CPU信息上送［3］。

圖2 主控制電路硬件結構

2.2 受控單元控制電路

受控單元控制電路中包括了幾個主要的功能：接受主控命令，受控家電狀態(tài)上送，受控CPU地址輸入，控制執(zhí)行命令輸出，受控家用電器狀態(tài)顯示，RS232總線接口［4］。

控制電路硬件結構如圖3所示。該電路功能主要由單片機AT89C52、一片8路雙向總線收發(fā)器74LS245、一片8D鎖存器74LS377和232接口芯片MAX232完成。一片74LS245負責接收受控CPU地址輸入，它傳送一組8位撥碼開關的狀態(tài)給主控CPU，其上對應的8路輸入作為受控CPU的地址；一片8D鎖存器74LS377負責對其控制的受控家用電器狀態(tài)顯示和執(zhí)行機構（繼電器）的輸出；RS232接口芯片MAX232用作CMOS電平與RS232總線邏輯電平的轉換。撥碼開關輸入狀態(tài)的讀取在定時器中斷中執(zhí)行。

圖3 受控單元控制電路硬件結構

在受控單元的控制電路中，單片機AT89C52與modem芯片ST7536的接口形式完全一致，請參照第2.1節(jié)中描述的單片機 AT89C52與 modem芯片ST7536的接口形式。

3 結束語

本文介紹是以電力線為通訊介質的家電網絡控制電路。主控單元是體積小、功耗低、攜帶方便的家電集中控制器，實現(xiàn)對多個家用電器（電飯煲、電燈、空調等）的遠程監(jiān)控。受控單元是與家電集中控制器配套的多個接收插座，通過插座上的撥碼開關設置所連接電器的地址編號，從而形成家電聯(lián)網遠程控制系統(tǒng)。實驗證明，應用電力載波通訊技術，可以有效地控制家用電器，省去家庭重新布線的麻煩。

［1］ 魏 豐，孫頌林.一種低速電力載波家庭網絡通訊介質訪問方法［J］.自動化與儀表，2007，（2）：41－44.

［2］ 孟逢逢.基于電力線的信息家電聯(lián)網［J］.通信技術，2007，40（07）：22－23.

［3］ 李曉廣.基于電力線載波通訊技術的家電遠程控制系統(tǒng)的設計［J］.現(xiàn)代電子技術，2007，（6）：47－49.