基于电力载波通信的智能家居控制系统

基于WiFi和电力载波的智能家居控制系统设计张正华;徐杨;刘平;顾骏;吕东方【摘要】Among the existing network modes in smart home,wired network is not easy to construct and the workload is heavy,and wireless network has shortcomings such as high power and high radiation.In order to solve this problem,this paper proposes a new net⁃work scheme for smart home based on WiFi and low voltage power carrier communication.This paper describes the design of the whole household system,the combination of WiFi and power line communication,the design of electric power carrier terminal module and con⁃trol terminal software and so on.Actual tests prove the system realizes the complementary advantages of the two kinds of communication technology.The system can monitor the state of the electronic equipment and control them in real time reliably.It will have a good market prospect.%现有的智能家居组网方式中有线组网不易施工、工程量大，而无线组网则有功耗大、辐射大等缺点。

基于电力线通信技术的智能家居控制系统研制摘要：从电力通信技术的基础上，研制出全电力线的智能家居系统，通过电力线高速数据通信系统，从而建设出智能化数字小区，带给了电力线通信技术以及智能家庭网络系统应用的新思路，本文主要分析了基于电力线通信技术的智能家居控制系统供参考。

关键词：电力线通信技术；智能家居；控制系统；研制智能家居系统也就是智能住宅，它可以被理解为一个过程或是系统，采用先进的网络通信技术、计算机技术以及综合布线技术，结合家居生活相关的多种系统。

对比普通家居，智能家居不但有传统居住功能，能够带给人们安全以及舒适的环境，同时还通过之前被动静止结构变成能动智慧工具，可以起到信息交换的效果，更加及时且便捷地传递信息，使生活方式更加便捷，提高家居生活安全性还能够在一定程度上节省资金。

1 智能家居系统实现的功能第一，网络服务持续在线，能够及时连接互联网，便于家庭办公。

第二，安全措施：智能安防能够对火灾、非法入侵、紧急呼救等问题及时地监控。

只要发生问题，系统能够自行朝中心传递报警信息，另外自动进入到应急联动的形态，进而能够主动防控。

第三，智能控制不同消费电子产品。

第四，交互式智能控制。

能够利用语音识别系统声控智能家电，利用多种主动式传感器能够完成智能家居系统装置自主性动作相应。

第五，自动控制环境，例如中央空调按室内外温度改变对工作状态进行调整，使室内温度合适。

第六，带来全面的娱乐，例如家庭中央背景音乐系统等。

第七，厨卫现代化，能够对整体卫生间以及厨房进行全面控制。

第八，家庭信息服务，对各类家庭信息进行管控，例如抄送水电读表等。

第九，提供家庭理财功能，利用网络进行有关操作。

第十，自动维护。

可从服务器中进入到制造商的服务网站，自动更新内容，从而能够使故障诊断以及新功能的拓展更加智能化。

2 智能家居系统应处理的问题为了使智能家居系统更好的为人们服务，那么就需要将下面几个主要问题处理好：第一，家用设备的联网形式，家庭网络要有特有的通讯协议及总线布线方案。

基于GSM和电力线载波的智能家居控制系统的研究与设计摘要】：随着科技的飞速发展及生活水平的不断提高,人们对智能化家居生活的需求也逐渐增大。

智能家居利用先进的网络技术、无线通信技术、计算机技术、电力线载波技术,将与家居生活相关的各种电器有机地结合在一起,通过网络化的控制,让家居生活更优质、高效、舒适、安全。

本课题以普通家庭的实际需求为基础,研究与设计一套完整的基于GSM网络和电力线载波的智能家居控制系统。

首先,本课题根据智能家居的概念,分析了智能家居的背景、意义和发展趋势,重点研究了电力线通信方式中窄带通信和扩频通信及正交频分多路复用(OFDM)技术,并结合研究GSM网络下语音通话平台的按键双音多频(DTMF)解码技术,从而实现远程实时控制,构建了基于电力线载波通信技术的智能家居控制系统的总体方案。

其次,从系统的角度细化智能家居控制系统的技术原理,给出系统模型,分析系统工作流程,同时从工程实现的角度分析系统硬件模型,并根据模型设计硬件电路,在Altium Designer软件平台绘制电路原理图,设计PCB印制电路板。

在硬件电路平台的基础上,分析软件工作流程,同时从实际编程的角度分析软件模型,并利用C语言编写系统的程序代码,在keil编译软件平台编译通过,并进行软、硬件联合调试,实现智能家居控制系统协调工作。

最后,对智能家居控制系统进行测试,结果表明整个系统在软硬件上基本达到各项功能指标。

本文综合运用电力线载波通信技术、GSM网络和微控制器技术,实现了基于GSM网络和电力线载波的智能家居控制系统,其中GSM网络解决了远程、实时控制的难题,而电力线载波技术则解决了家居布线的难题,尝试构建一套完整的、低成本、易于操作、适合普通家庭使用的智能家居控制系统。

本系统设计简单、成本低、实用性强、功能灵活、使用方便,不需要改变家庭的布线,可广泛应用于家用电器的远程实时控制,有较好的应用前景。

第一章绪论11-171.1 课题研究的背景与意义11-121.2 国内外研究现状12-141.2.1 国外现状12-131.2.2 国内现状13-141.3 课题研究工作与论文结构14-161.3.1 研究工作14-151.3.2 论文结构15-161.4 本章小结16-17第二章系统总体设计方案及关键技术介绍17-242.1 系统总体设计方案17-192.2 电力线载波技术19-222.2.1 窄带通信192.2.2 扩频通信19-212.2.3 正交频分多路复用212.2.4 电力线载波模块通信方式21-222.3 双音多频编解码技术22-23第三章系统硬件电路设计24-413.1 系统硬件电路总体设计方案24-253.2 系统主机硬件电路设计25-363.2.1 系统主机硬件电路总体设计方案25 3.2.2 单片机最小系统与显示模块电路25-27 3.2.3 手机模块接口电路27-303.2.4 双音多频解码电路30-313.2.5 语音提示电路31-333.2.6 电力线载波电路33-353.2.7 电源管理电路35-363.3 系统从机硬件电路设计36-383.3.1 系统从机硬件电路总体设计方案36-37 3.3.2 电力线载波与电源电路373.3.3 控制电路37-383.4 硬件抗干扰设计38-403.4.1 电源的分配38-393.4.2 去耦电路393.4.3 印制电路板的抗干扰措施39-403.5 本章小结40-41第四章系统软件设计41-544.1 系统软件的结构41-424.2 系统通信协议设计42-444.3 主机软件设计44-524.3.1 主机软件流程44-454.3.2 液晶显示模块程序设计45-464.3.3 手机模块语音通话程序设计46-484.3.4 双音多频解码程序设计484.3.5 语音提示模块程序设计48-514.3.6 电力线载波模块程序设计51-524.4 从机软件设计52-534.4.1 从机软件流程52-534.4.2 灯光和空调控制程序设计534.5 本章小结53-54第五章系统实现及测试54-625.1 测试方法545.2 测试内容54-585.2.1 硬件电路测试55-565.2.2 软件测试56-585.2.3 软硬件联合测试585.3 现场功能测试58-605.3.1 测试环境与设备58-595.3.2 系统性能测试59-605.4 测试结论60-61第六章总结与展望62-65 6.1 工作总结62-636.2 研究展望63-65。

本文通过本实验室做的一些电力载波项目的实例来说明电力载波通讯的硬件电路设计。

电力载波智能控制系统基于BWP08电力线载波芯片而设计开发。

电力线载波( PLC) 是电力系统特有的、基本的通信方式, 具有信息传输稳定可靠, 路由合理、可同时复用信号等特点, 同时电力线和信号线合一, 无须铺设信号线, 人们原来使用和维护电器的习惯都不受影响, 家电只要在内部配备电力线载波通信芯片、更新程序, 便可实现对原有家电的改造.由于家电的信息量小, 电力线载波速度慢的缺点不突出, 因此电力线载波通讯技术在家居智能化应用方面有着广泛的前景, 特别是在中速率传输应用方面, 因其具有可靠性高、造价低廉等优点, 使其占有明显优势.由于现代通讯技术的发展,使电力线载波通讯成为可能.近几年, 随着智能住宅小区的兴起, 基于嵌入式系统的电力载波数据通信技术在智能小区, 智能家居系统中得到应用.关键词：电力载波 BWP08 通信In this paper, the laboratory power line carrier project examples to illustrate the power line carrier communication hardware circuit design.Power Line Carrier intelligent control system based BWP08 power line carrier chip design and development.Power line carrier (PLC) is specific to the power system, the basic communication, has information transmission stable and reliable, routing reasonable simultaneously multiplexed signals and other features at the same time the power line and signal line unity, without laying signal line, people turned out to use and habits are not affected, maintenance of electrical appliances as long as the in-house with power line carrier communication chips, update, you can achieve the transformation of the original appliances.Slow power line carrier disadvantage of not prominent, due to the small amount of information appliances, power line carrier communication technology has a broad prospect in the intelligent home applications, especially applications in the rate of transmission, because of its high reliability, low costetc, and it occupies a distinct advantage.Due to the development of modern communications technology, power line carrier communication possible.In recent years, with the rise of smart residential area, based on power line carrier data communication technology for embedded systems in intelligent community, intelligent home systems.Key words：Power Line Carrier BWP08 Communicate目录摘要 (1)Abstract (2)引言 (5)1. 电力载波通信技术概述 (5)1.1电力载波通信技术简介 (5)1.2电力载波通信的基本原理和构成方法 (5)1.3电力线载波通信中信号传输特性分析 (6)1.3.1 低压电力线上输入阻抗及其变化 (6)1.3.2低压电力上高频信号的衰减及其变化 (6)1.3.3低压电力线传输干扰特性分析 (6)1.4常用的低压电力线载波通信技术 (7)1.4.1窄带通信方式 (7)1.4.2多载波调制方式 (7)1.4.3扩频通信方式 (7)1.5扩频通信技术 (7)1.5.1扩频通信技术的简介 (7)1.5.2扩频通信的工作原理 (7)1.5.3扩频通信的特点 (7)1.6电力载波通信的实现 (8)1.6.1国外的电力线载波专用Modem芯片 (8)1.6.2国内电力载波的发展技术 (9)1.7电力线载波通信模块BWP08 (9)1.7.1．BWP08模块的介绍 (9)1.7.2．BWP10模块 (10)2. 智能家居 (10)2.1.智能家居的简介 (10)2.2智能家居的定义 (10)2.3智能家居的主要实现的功能 (11)2.3.1智能灯光控制 (11)2.3.2智能电器控制 (11)2.3.3安防监控系统 (12)2.3.4智能背景音乐 (12)2.3.5智能视频共享 (12)2.3.6可视对讲系统 (12)3. BWP08电力载波通信模块 (13)3.1.BWP08电力载波模块的简介 (13)3.2 BWP08模块的功能描述 (13)3.2.1载波数据速率可配置 (13)3.2.2 串行口速率可配置 (13)3.2.3数据传输类型可配置 (14)3.2.4关于定帧与定长传输的详细说明 (14)3.2.5载波频率的设置 (15)3.2.6宽电压供电（5-12V） (15)3.3 BWP08的使用说明 (15)3.3.1采用串行接口与用户系统连接 (15)3.3.2采用SPI接口与用户系统连接 (17)4.基于电力载波智能家居的实例 (17)4.1基于电力载波的太阳能热水器 (17)4.1.1室外部分 (17)4.1.2 室内部分 (18)结论 (19)参考文献 (19)引言电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。

基于电力线载波旳智能家居控制系统研究时间：2023-04-23 15:38:01来源：电子设计工程王颋，吴兆云，田于财，王利民，王慧鑫摘要：结合电力线载波通信技术旳发展状况，提出了基于电力线载波通信技术旳智能家居系统设计方案；详细地论述了该系统旳总体框架设计、远程终端系统软件设计以及嵌入式μC／OS系统控制器旳硬件设计和软件设计。

系统旳试验检测成果表明，该方案可以灵活、快捷地实现对家居设备旳控制，并且成本较低。

关键词：电力线载波；μC／OS实时操作系统；ARM7微处理器；智能家居；Android系统引言电力线通信(Power Line Communication)技术是指把载有信息旳高频加载于电流，运用既有电力线进行传播，通过调制解调器将高频信号从电流中分离出来，传送给计算机或其他信息家电，以实现信息传递。

运用电力载波通信技术，系统网络无需此外布线，减少了成本。

电力网是覆盖范围最大旳网络，只要是接入电力线旳电力设备就能进行通信。

每个导电插座都是网络旳接入点，数目多并且比较以便。

无需拨号，只要导电就能接入网络，具有灵活、以便、速率快等长处，适合对家庭设备旳控制和监控。

1 智能家居控制系统方案智能家居控制系统控制和监视着家庭中多种设备旳运行，如空调、微波炉等设备旳开关及工作状态旳调整。

本文综合智能家居系统旳功能和规定，研究了一套基于电力线通信旳智能家居控制系统方案，系统总体构造如图1所示。

该控制系统重要分上层网络和底层网络两个部分。

底层网络是指家庭内部旳电力线网络，将家中旳所有家电、照明设备、多种报警探头和水表等设备通过电力线终端连接到住宅中旳220 V电力线上，继而通过μC／OS系统控制器，构成基于电力线载波旳家庭内部网络，用以实现家庭多种开关设备、电器设备以及多种仪器仪表旳控制。

上层网络是指家庭内部网络与外部以太网旳连接，家庭内部网接入以太网以实现设备数据旳存储、PC端和终端旳远程控制和Android监控功能。

低压电力线载波通信技术及应用低压电力线载波通信技术是将数据信号转化为高频载波信号，并通过低压电力线进行传输。

在发送端，使用调制解调器将数据信号转化为高频载波信号，并通过电力线发送出去。

在接收端，使用调制解调器将高频载波信号还原成数据信号。

智能家居：智能家居系统可以利用低压电力线载波通信技术，实现家中各种设备的互联互通，如智能灯光、智能插座等。

智能楼宇：智能楼宇系统可以利用低压电力线载波通信技术，实现楼宇设备的智能化控制，如监控系统、照明系统等。

工业自动化：工业自动化系统可以利用低压电力线载波通信技术，实现生产设备的远程监控和自动化控制，提高生产效率。

智慧城市：智慧城市系统可以利用低压电力线载波通信技术，实现城市照明、交通、公共安全等各个领域的智能化管理。

无需额外布线：低压电力线载波通信技术利用现有的电力线作为传输媒介，无需额外布线，降低了成本。

高可靠性：由于电力线是已经存在的传输媒介，避免了无线通信中信号干扰和衰减的问题，提高了通信的可靠性。

高传输速率：低压电力线载波通信技术可以使用较高的传输速率，能够满足大数据量传输的需求。

随着智能化时代的到来，电力线通信技术正在飞速发展，其中低压电力线载波通信技术以其无需额外线路、高带宽等优势受到广泛。

本文将就低压电力线载波通信技术的研究现状、最新进展以及未来发展方向进行综述。

低压电力线载波通信技术是一种利用低压电力线作为传输媒介的通信技术。

通过特定的调制解调技术，将数据信号转化为高频信号，并在低压电力线上进行传输。

该技术具有无需额外线路、可以利用现有电力基础设施、高带宽等优势，在智能家居、智能城市等领域具有广泛的应用前景。

近年来，低压电力线载波通信技术的研究和应用取得了显著的进展。

在调制解调技术方面，研究者们不断探索更高效的调制方案，以提高数据传输速率和稳定性。

例如，正交频分复用（OFDM）技术因其高效率、抗干扰能力强等特点，已被广泛应用于低压电力线载波通信系统。

基于电力线通信的智能家电控制系统的设计与实现作者：王华明来源：《科协论坛·下半月》2012年第10期摘要：提出了一种由智能插座与集中器构成的智能家电控制系统。

智能插座对所连接用电器进行电量计量、报警信号检测及通断电管理，通过电力线载波通信实现与集中器的信息传送。

集中器实时监测各个智能插座电量数据、报警信号数据，将告警信息通过GSM短信方式发送给用户手机，从而实现对各用电器的监测和控制。

关键词：智能插座集中器电力线载波智能家电控制中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-034-021 基于电力线载波的智能家电控制系统的应用背景作为重要的能源基础产业，电力工业对节能减排、绿色能源、可持续发展的实现承担着重要责任和义务。

近年来随着智能电网走上历史舞台，智能家电控制将成为未来家居发展的主流。

与传统家居相比，拥有智能家电控制系统的新式家居会给人们带来更多的生活享受。

它不仅能提供舒适宜人、安全环保的家庭生活空间，而且使家用电器由原本的被动结构转变为具有安全意识的主动个体，提供多角度的信息交换功能，实现家居内部与外部畅通的信息交流。

在节能减排的前提下，智能家电控制系统的实现需要较少的经济投入，符合大众人群的经济水平要求。

电力线载波通信（Power Line Communication）是指利用中、低压电力线作为通信介质，实现数据、语音、图像等综合业务传输的通信技术。

利用电力线载波通信实现智能家居的网络化控制无需架线，不破坏住宅结构；同时，具有价格低廉、线路遍布整个住宅、连接方便的优势，能够通过电力线将整个家庭中的用电器与智能集中器联为一体，在室内设备之间构建可自由交换信息的局域网，使人们可以通过网络来控制家里的用电设备，成为智能家居走进寻常百姓家的基础。

2 智能家电控制系统的构成智能家电控制系统的硬件系统由智能插座，集中器，手机终端三部分组成。

以电力线载波作为信息传输介质，智能插座采集数据，集中器集中处理数据并发送报警信息及命令，智能插座响应命令执行相应操作。