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基于电力线载波的智能家居控制系统研究

2014-06-16 17:11
潇纵
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  2系统硬件设计

  系统硬件设计主要包括家庭网关和控制器的设计。电力线载波通信模块是网关和控制器的重要组成部分。下面主要介绍家庭网关、控制器以及电力线载波通信模块的设计。

  2. 1家庭网关设计

  家庭网关主要由主控MCU、电平转换电路、无线收发模块以及电力线载波通信模块组成。家庭网关的主控MCU采用AT89S52单片机,负责数据的处理与转发。家庭网关与中心控制器之间的通信通过串口通信实现。利用MAX232芯片,完成RS-232电平与TTL电平的转换,将数据送入单片机进行处理。

  采用RF1100射频收发模块,实现网关的遥控功能。电力线载波通信模块与主控MCU通过SPI接口进行通信,完成数据交换。

  2. 2控制器设计

  控制器主要由主控MCU、输入模块、输出模块和电力线载波通信模块组成,。输入模块包括传感器模块、按键模块等,提供单片机外部信号的输入。单片机利用各种输出模块实现对外部设备的控制。MCU再将相应的指令通过电力线载波通信模块转发到低压220 V电力线上。

  2. 3电力线载波通信模块

  本文所述的电力线载波通信模块是采用MI200E芯片设计的。MI200E是一款高集成度的电力线载波芯片,采用先进的扩频通信原理,同时具有更少的外围器件和高达2 kb/s的通信速率。MI200E专门针对低压电力线载波信道进行优化设计,内部高度集成了低噪声放大器、数字功率放大器、DSP运算模块、全数字锁相环、扩频调制解调器等部件,外部采用标准的SPI接口,并提供有效帧提示信号,采用SOP24封装,方便与MCU接口连接。

  在电力线载波模块中,MI200E的外围电路非常简单。MI200E芯片和低压电力线接口涉及6个引脚,分别为PA、PB、RA+、RA-、VAC+、VAC-。调制信号输出引脚PA、PB,经变压器耦合至低压电力线。

  在T1的一次侧与二次侧都需加上一个TVS保护管,避免在线路上有高压脉冲冲击时损坏后端器件。MI200E的外围发送滤波器由一级简单的LC带通滤波器组成。对应不同的载波频率,C29、L4、C30、L12等器件的参数需要调整。接收引脚RA+、RA-间连接有LC谐振电路。MI200E可以有57.6 kHz、76.8 kHz和115.2 kHz 3种不同的载波频率,选用不同参数的器件构成谐振电路,进而从载波信号中获取信息。由于芯片内部集成了功率放大器,因此,外围电路不再需要相应电路,并且接收和发送共用耦合电路,大大减少了元器件的个数,降低了外围电路的复杂性。电力线检测引脚VAC+、VAC-用于芯片内部检测电力线过零及负载特性。

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