基于电力线载波通信的智能家居控制系统

基于电力线载波通信的智能家居控制系统设计李玉平;罗友;秦会斌;张稳【摘要】In order to improve the stability and reliability of intelligent household control system,power line commu-nication technology was applied to smart home control system on the basis of analyzing the characteristics of power line carrier communication technology. The system,which takes STM32 MCU as the core,embedding WEB server and combining with GPRS network,power line carrier communication technology and sensor technology,can realize remote intelligent monitoring of the indoor environmental information,home appliance switch,doors and windows, etc. The overall design of the system, hardware and software implementations are introduced. The experimental results indicate that the system can well meet the needs of remote family intelligent control, as well, the success proportion of communication fulfill the experimental requirements. The system is simple, stable, reliable and it application can be extended easily.%为了提高智能家居控制系统的稳定性和可靠性，在分析了电力线载波通讯技术特点的基础上，将电力线载波技术应用到智能家居控制系统中。

电源载波通信原理电源载波通信是一种通过电力线传输数据的通信方式，它利用电力线作为传输介质，将信息通过载波信号传输到远程设备。

电源载波通信有着广泛的应用，包括智能家居、工业控制、能源管理等领域。

是基于电力线具有传输信息的能力，通过对电力线载波信号的调制和解调来实现数据的传输。

其基本原理如下：1. 载波信号的生成：电源载波通信系统会在电力线上注入一定频率的信号，这个信号称为载波信号。

载波信号的频率范围通常在几十千赫兹至几百千赫兹之间，可以选择不同频率的载波信号来传输不同的数据。

2. 信息的调制：通过调制技术将需要传输的信息信号与载波信号进行混合，形成载波调制信号。

常用的调制技术包括频率调制、相位调制和幅度调制。

3. 数据的传输：将载波调制信号通过注入到电力线中的载波信号传输到目的设备。

这样，数据就可以通过电力线的传输介质传输到远程设备。

4. 信息的解调：在目的设备接收到载波调制信号后，需要进行解调来恢复原始信息信号。

解调技术和调制技术相对应，可以采用频率解调、相位解调和幅度解调等技术。

电源载波通信的优点在于利用了已经存在的电力线作为传输介质，无需单独建设通信线路，因此成本较低。

同时，电力线通信还具有较强的抗干扰能力，能够适应复杂的工业环境和多种电器设备同时工作的情况。

但是，电源载波通信也存在一些限制，比如受到电力线噪声的影响，通信距离受限等。

另外，由于电力线本身并不是设计用于通信传输的介质，因此传输速度和可靠性会受到限制。

总的来说，电源载波通信是一种方便实用的通信方式，适用于一些特定的场景和需求。

随着技术的不断发展和完善，电源载波通信系统的性能和可靠性也将得到提高，进一步推动其在各个领域的应用。

（物联网）中凯城市之光智能家居系统方案“中凯城市之光”智能家居系统方案壹、索博智能家居系统简介：索博智能家居系统主要采用电力线通信总线技术（荷兰PLC-BUS技术）来实现家居智能化控制，PLC-BUS 技术是壹种高稳定性及较高价格性能比的双向电力线通信总线技术，它主要利用已有的电力线来实现对灯光、家用电器及办公设备的智能控制。

这种电力线通信技术是由位于荷兰阿姆斯特丹市的荷兰ATS电力线通信XX公司（ATS.,CO）研发而成，它们致力于设计、开发和制造先进的电力载波智能家居控制技术，且因此技术的革新被获得多项专利。

ATS.,CO公司推出的壹整套基于PLC-BUS技术的智能家居控制系统，它重新定义了家庭内部高可靠、低成本智能家居控制的新标准，此项技术拥有超强的系统稳定性和可靠性，为商业住宅提供了更为经济的智能化控制解决方案。

而其它的电力线控制技术和PLCBUS技术于系统功能、可靠性和成本上是没办法相比的。

PLC-BUS技术的解决方案包括如下领域的应用：灯光控制，电器控制，HVAC控制以及网络和电器设备间的通信。

ATS.,CO公司目前已经就此项技术和多家制造商进行了有偿授权使用此项专利的合作，其中包括世界上最大的电子设备厂商。

当下上海索博智能电子XX公司是中国大陆及亚洲地区此项专利技术的唯壹授权生产商。

PLC-BUS系统主要由三部分组成，即发射器、接收器和系统配套设备。

发射器主要作用是通过电力线发射PLC-BUS控制信号给接收器，通过对接收器的控制，从而达到间接控制灯及电器设备的目的。

接收器主要作用是接收来自电力线的PLC-BUS控制信号，且执行关联控制命令，从而达到灯及电器控制的目的。

系统配套设备主要是为了配合发射器及接收器设备，辅助实现控制目的，例如：三相耦合器、信号转换器、信号强度分析仪、吸波器等。

二、索博智能家居功能简介：索博智能家居系统主要包括智能照明和智能电器控制俩大系统。

所谓智能照明系统，通俗的讲就是对灯光进行智能控制和管理的系统，跟传统照明相比，它主要能够实现对白炽灯的调光、壹键场景、壹对壹遥控及分区灯光全开全关等管理，且能够用多种控制方式实现之上功能，最主要的控制方式为无线遥控、定时控制、集中控制、甚至远程控制等，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能。

智能家居十大功能：1. 智能灯光控制用我们的开关直接替换传统开关，实现对家里的灯光进行一对一的开和关、全开和全关以及组合的形式，可采用电力载波和总线技术两种方式组成系统，控制种类分遥控控制、电话手机控制、电脑远程控制、定时控制和场景等多种控制，采用这套系统可以让您的生活更具有品位、节能（调光）、时尚方便等优点。

2. 智能电器控制电器控制主要针对传统的电器进行智能控制，对于电器没有要求，比如家用的空调、热水器、饮水机、电视以及电动窗帘等设备进行控制，可以融合灯光系统成为更全的智能家居系统，控制种类分遥控控制、电话手机控制、电脑远程控制、定时控制和场景等多种控制，采用这套系统可以让您的生活更具有品位、节能环保、安全方便等优点。

3. 智能安防报警主要作用有防盗、防火以及防煤气泄露功能，可以设离家报警与在家报警，当离家报警时，所有设备都在工作，无论是室内还是室外只要发生情况都可以让主机本地报警、电话或者手机报警，在家报警的情况下，主人是可以在室内活动的，终端设备带有方向识别功能，可以分辨出人体是进还是出，以防止小偷有可乘之机，当家里出现火灾或者煤气泄露时，主机会自动联系主人，并且通过传感器自动将煤气总阀门关闭。

4. 智能背景音乐对于音乐发烧友来说这套系统是最合适不过了，特别适合现代的年轻人，这套系统最大优点是不光能够输出悦耳的音乐最关键的是它能够实现音源共享，并且可以将音源输出给多个播放器，每个播放器可以单独控制，并且通过遥控器控制播放器切换不同的音源（比如DVD、FM、电脑等）；另外还可实现定时打开的功能，比如当你早上8点钟要起床上班，它可以及时的用音乐将您唤醒；另外它还可以融入灯光控制系统里面，可以在各种场景模式下自动切换你想要播放的音乐。

5. 智能视频共享对于喜欢看电视的朋友来说，如果有套系统能够让您通过遥控器就能够切换有线电视信号、卫星电视信号、DVD、数字电话的话，那是件多么美的事情啊！这套系统就能够满足您的这种特殊需求，并且可以将每种视频信号（也称AV信号）最多可输出到8台电视上；另外如果加负责设备的话，还可以通过电视机来共享电脑主机，最多可以让四太电视机同时上网，加上键盘和鼠标就可以通过电视机上网以及玩游戏了。

智能家居布线方式目前市场上智能家居产品，根据布线方式划分，主要有集中控制、现场总线、无线方式三种技术。

其中无线控制系统又可分为红外通讯、射频无线通讯、电力载波通讯三类。

下面介绍这几种控制技术的基本概念。

1、集中控制技术采用集中控制方式的智能家居系统，主要是通过一个以单片机为核心的系统主机来构建，中心处理单元（CPU）负责系统的信号处理，系统主板上集成一些外围接口单元，包括安防报警、电话模块、控制回路输入/输出（I/0）模块等电路。

这类集中控制方式的系统主机板一般带8路的灯光、电器控制回路，8路报警信号输入，3-4路抄表信号接入等。

由于系统容量的限制，一旦系统安装完毕，扩展增加控制回路比较困难。

这类产品由于采用星型布线方式，所有安防报警探头、灯光及电器控制回路必须接入主控箱，与传统室内布线相比增加了布线的长度，布线较复杂。

目前市场上这类产品较多。

2、现场总线技术现场总线控制系统则通过系统总线来实现家居灯光、电器及报警系统的联网以及信号传输，采用分散型现场控制技术，控制网络内各功能模块只需要就近接入总线即可，布线比较方便。

一般来说，现场总线类产品都支持任意拓扑结构的布线方式，即支持星型与环状结构走线方式。

灯光回路、插座回路等强电的布线与传统的布线方式完全一致。

“一灯多控”，在家庭应用比较普遍，以往一般采用“双联”、“四联”开关来实现，走线复杂而且布线成本高。

若通过总线方式控制，则完全不需要增加额外布线。

是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。

典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电（24V/DC），亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信，信号传输速率和系统容量则分别为10KBPS和4G。

现场总线控制系统采用总线式的结构，主要由电源供应器、双绞线和功能模块三个基本部分组成。

每个功能模块都是串连在双绞线上，互相的连接不分极性。

一、实训背景随着科技的不断发展，智能家居系统逐渐走进了我们的生活。

智能灯光控制系统作为智能家居系统的重要组成部分，能够实现对家庭灯光的智能化管理，提高生活质量。

本实训旨在通过对智能灯光控制系统的学习和实践，了解其工作原理、安装方法及操作流程，为今后从事相关领域工作打下基础。

二、实训目的1. 掌握智能灯光控制系统的工作原理。

2. 熟悉智能灯光控制系统的安装方法。

3. 熟练操作智能灯光控制系统，实现灯光的智能化管理。

4. 培养动手能力和团队协作精神。

三、实训内容1. 智能灯光控制系统原理智能灯光控制系统基于电力线网络，利用电力线载波技术和电力线信息传输X10协议，实现电话远程控制、集中控制、无线遥控、电脑控制、定时控制、网络控制等多种控制方式。

系统具有以下特点：（1）模块化结构设计，简单灵活，安装方便。

（2）控制回路与负载回路分离，确保安全。

（3）设备控制信息独立存储，设备损坏不影响其他设备。

（4）具有软启动功能，防止灯具损坏。

（5）通过软件设置实现开关、调光、就地控制、多点控制、遥控控制、区域控制等功能。

2. 智能灯光控制系统安装（1）准备工具：电钻、螺丝刀、剥线钳、剥线器、测试仪等。

（2）安装步骤：1）根据设计图纸，确定灯光控制系统的布局。

2）在墙壁上开孔，安装插座、开关等设备。

3）将插座、开关等设备与电源线连接。

4）将设备通过4芯低压电缆连接成网络。

5）连接输入设备（触摸屏、面板）。

3. 智能灯光控制系统操作（1）开关控制：通过触摸屏、面板或遥控器实现对灯光的开关控制。

（2）调光控制：通过触摸屏、面板或遥控器实现对灯光亮度的调节。

（3）场景控制：预设多种灯光场景，一键切换。

（4）定时控制：设置定时开关，实现自动控制。

（5）远程控制：通过手机APP、电脑等设备实现远程控制。

四、实训总结通过本次实训，我对智能灯光控制系统有了更加深入的了解。

以下是我对实训过程的总结：1. 智能灯光控制系统具有众多优点，如节能、环保、舒适、方便等。

目前的应用领域主要集中在家庭智能化，公用设施智能化（比如远程抄表系统，路灯远程监控系统等）以及工业智能化（比如各类设备的数据采集）。

在技术上，电力载波通讯不再是点对点通讯的范畴，而是突出开放式网络结构的概念，使得每个控制节点（受控设备）组成一个网络进行集中控制，目前在电力载波应用上具有网络协议及网络概念的企业不多，国外的有Echelon公司的Lonworks网络，国内的有KaiStar(凯星电子）电力载波远程智能控制系统，Risecomm（瑞斯康）公司的瑞斯康智能控制网络。

他们的网络协议都是根据国际标准协议EIA709.1,EIA709.2编写的。

列举三个应用领域的例子：应用案例一：智能家居智能家居控制网可用电力线载波技术来实现，其原理是将电力载波技术集成后嵌入到各电器中去，并利用家庭现有的电力线作为载波通信媒介，实现智能设备之间的通信与控制。

智能家居控制网中智能电器的互联互动，将为您带来高品质的生活体验和生活享受：随时查询所有电器状态任一开关集中控制家中所有智能电器设备组开组关指定电器，如场景灯等随时掌握家庭安防情况，如防盗、火警、探测燃气泄漏等通过互联网或电话对家中电器进行远程控制应用案例二：远程抄表系统（AMR）远程自动抄表（AMR）系统是智能控制网的重要应用之一。

它可以使电力供应商在提高服务质量的同时降低管理成本；并让用户有机会充分利用各种用电计划（如分时电价）来节省开支和享受多种便利。

系统功能特点远程自动抄表远程控制电表拉合闸实时查询用户用电量电表用量组抄或个别选择抄读可与收费系统联为一体根据电网负载的峰谷时段分段电价分时段抄表及计费控制非法窃电行为减少人力成本及管理成本自动保存抄读的历史数据统计电表数据，分析用电规律估计线损和由电表计量误差引起的自损配电系统评估、供电服务质量检测和负荷管理应用案例三：远程路灯监控系统远程路灯监控系统利用电力载波技术通过已有电力线将路灯照明系统连成智能照明系统。

嵌入式电力线载波通信模块设计及其智能应用曾素琼【摘要】In this paper, the module system of low- voltage power line carrier communication is designed based on LPC2132 and ST7538. The implementation of system is discussed mainly. The hardware and software are designed for the modular system. Finally, the application of the module on the intelligent home are designed and analysed. Module test:+ 12V power supply, communication speed: 4800bps, each frame length: 128Byte, power line carrier frequency: 82+0. 3kHz, the communication distance: about 500m, through experiments, the module apply successful on the intelligent home. The modular system is added only a small number of components, is added the control chip, which can be conveniently applied to narrow-band signals in the low -voltage power line carrier communication occasions. The design has the advantades of simple constructure, flexible operation mode, reliable communication, anti-interference ability etc.%设计了基于LPC2132与 ST7538低压电力线载波通信模块系统,重点介绍系统的实现过程；对模块系统作硬件和软件设计,对模块在智能家居上的应用作设计及分析；模块应用试验:±12V供电,通信速率:4800bps,每帧长度:128Byte,电力线载波频率:82±0.3kHz,通信距离:约500m,通过实验,模块成功地应用在智能家居上；模块应用时只需加少量元器件、控制芯片,可方便地应用于窄带低压电力线载波通信各场合,设计具有结构简单、工作方式灵活、可靠、抗干扰能力强等特点.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2012(020)008【总页数】4页(P2294-2296,2299)【关键词】电力线载波通信;调制与解调;模块;串行通信;智能控制【作者】曾素琼【作者单位】嘉应学院电子信息工程学院,广东梅州 514015【正文语种】中文【中图分类】TN915.853;PT273.50 引言低压电力载波通信技术作为有线、无线之外的另外一种数据通信方式，在实际应用中存在诸多优点：不易受外界无线信号干扰，信息保密性好，易实现远距离传输，采用自动组网与自动路由技术，可以组成一个非常大的应用网络，实现对一台变压器下所有信息点的覆盖[1－2]。

上海大学2014～2015学年秋季学期研究生课程考试课程名称：现代电路技术课程编号：07SAY9006题目：智能家庭网络研究生姓名：学号：评语：成绩：任课教师：评阅日期：智能家庭网络2014年10月17日摘要：本文通过对比ZigBee网络和电力线网络在家庭网络当中各自的优缺点，探讨一种更加经济、高效与便捷的智能家居系统解决方案。

ZigBee通信技术具有低功耗、低速率、低成本且双向通信等特点，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间数据传输等应用；而电力线载波通信是电力线系统特有的通信方式，其利用现有电力线通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输。

尽管电力载波通信由于电力线上固有的脉冲会对信号产生高度削弱，但是其具有的扩展性、可靠性和抗干扰能力是ZigBee技术无法取代的。

故设计智能家居系统，需要结合ZigBee技术和电力载波通信技术不同的特点，实现两种技术的优势互补，从而为建设高效节能的家居系统提供一种现实可行的良好方案。

Intelligent Home NetworkAbstract: In this paper, we explore a more economical, efficient and convenient smart home system solution bycomparing the advantages and disadvantages of ZigBee Network and Power Line Network in the domesticnetwork. ZigBee Communication Technology, which possess a characteristic of low power consumption, lowcost and low rate of two-way communication, mainly used for short distance and low power consumption andlow transmission rate such as data transmission between various kinds of electronic equipment. However,Power Line Carrier Communication is one of the power system communication mode, which use of existingpower line carrier way to transmit analog or digital signal in a high speed. Though the signal will be highlyweakened, due to inherent pulse on the Power Line Carrier Communication, its scalability, reliability andanti-interference ability is unable to replace by the ZigBee. Therefore, to provides a good practical and feasiblesolution for the construction of energy-efficient household system,we need to combine the characteristics ofZigBee Technology and Power Line Carrier Communication Technology, and complementary the advantages oftwo technologies.1. 引言随着物联网技术的不断发展，家庭网络化必将成为家庭现代化的发展趋势。