电力线智能家居设计论文

关键词： 电力线通信技术 智能家居网络 电力网关

摘 要：简要介绍了电力线通信技术，分析了对利用电力线通信技术实现智能家居网络的载波技术、网络控制技术等组网关键问题，介绍了一种基于LonWorks技术的电力线智能家居网络解决方案。

基于电力线通信技术的智能家居网络系统，利用电力线通信技术通过电源插座完成家庭联网，并为家庭网络提供互联网接入和多媒体音视频业务，通过家庭服务器对接入家庭网络的信息家电、 安全系统实行监控和管理。

一、电力线通信技术概述

电力线通信技术(PLC)是把载有信息的高频加载于电流，用电力线传输，通过调制解调器将高频信号从电流中分离出来，传送到计算机或其他信息家电，以实现信息传递的一种通信方式。目前 PLC 技术已经形成宽带接入型与家庭网络型两种发展模式，家庭网络型是指通过电力线在用户家中组建高速 LAN。这种模式的 PLC只提供家庭内部联网，即通过家庭的内部的普通电力线，进行组网连接家庭内部局域网。电力线通信技术有以下优点：信息家电可以通过电力线进行通信，无需另外布线，利用电源线实现智能家居网络成本较低;电力网是覆盖范围最广的网络，PLC技术可以轻松地渗透到每个家庭，其应用范围广泛;网络的接入点是电源插座，电源插座随处可见，数目较多且接插方便;不需要拨号，接入电源插座即接入网络;电力线载波通信较容易实现自动抄表、 家居监控等功能。利用电力线载波通信技术实现智能家居网络最方便。

二、电力线智能家居网络的关键问题

2. 1 载波技术

1) 正交频分多路复用技术。低压电力线载波信道的传输特性的特点是具有时变性，衰减较大，而且各种干扰噪声复杂。为提高电力线网络的传输质量，电力线通信大都采用正交频分多路复用技术(OFDM)进行调制。即将串行数据转化为 N 个并行数据分配给 N 个不同的正交子载波，实现并行数据传输。这样既可得到很高的数据传送速率，又能够有效地抑制码间干扰。应用 OFDM 技术于电力线通信中具有明显的优越性。OFDM 频带不仅利用率高，而且抗干扰性强，可以克服电力线上固有的高噪声、 多径效应和频率衰减等现象， 有效利用现有低压电力线实现高速数字通信。

2) 扩展频谱调制技术。这一技术的抗干扰和抗多径效应也较强。因此，也有一些厂家采用这种技术开发电力通信产品。扩展频谱调制技术在相对较宽的频带上扩展了信号频谱，降低了信号的功率谱密度，降低了电磁辐射，削弱了对其他通信系统的干扰。而且接收端通过窄带滤波技术提取有用信号，信号的信噪比很高，抗干扰性增强。另外，扩频通信可以实现码分多址。对于 1 Mbp s 左右的系统，应用扩频技术就可以完全满足传输容量的要求，且其设备简单，扩频调制方式较为经济。当传输速率要求在 10 Mbp s 及以上时，扩频技术实现起来较困难。在 10 Mbp s 及以上传输速率宜采用 OFDM 调制技术。

2. 2 网络控制技术目前，家庭自动化网络标准有许多种，较为成熟的有 X210、 CEBus和LonWorks等。

1) X 210是最早应用于家庭设备自动控制系统的。X 210的控制模式为主从控制模式，信息是单向传输的，从控点只能接收主控点发来的信息，不能反馈。X 210的系统信息的传输较慢(传送一个指令需时0. 883 s)，抗干扰性能差，可用节点数为256个，只能用于普通家庭中的简单控制和专项控制。但其价格十分低廉，而且安装使用较方便，如仅组建一个简单的家居智能网络，可以考虑 X 210技术。

2) CEBus是一个较完整的开放系统，美国电子工业协会( EIA) 于 1992 年正式推出，并定为IS260/ EIA2600 标准。它定义了在几乎所有传送媒体(Medium)中信号的传输标准，并要求控制信号在所有的媒体中都要以相同的传送速度 ( 10Kbp s)传送，从而有效地避免信号传输中可能出现的 “瓶颈” 问题。CEBus 的抗干扰能力比 X210强，控制功能亦十分丰富。但接口技术比较复杂，价钱较贵，在中国的应用不多见。

3) LonWorks 是由美国 Echelon 公司于 1990年12月开发成功的全分布式智能控制网络技术。1997年8月，被 EIA 的集成家庭系统技术委员会定为家庭网络( Home Networking)的标准。Lon2Works完全支持OSI的7成协议，具有良好的开放性、 互操作性，其网络系统组成以分布控制为控制模式。对于网络家电来说，只需要将已定义的的网络家电之间信息传递的语法和语义标准在应用层实现后，就能够实现不同厂商之间产品的相互兼容。 LonWorks的分布式架构使其具有独立性，部分节点的故障不会造成系统瘫痪。LonWorks最基本的部件是同时具有通信与控制功能的神经元芯片，具有很强的通信能力和一定的数据处理能力。其抗干扰能力很强，其可靠度是这三种网络控制技术最高的(约99. 8 %)，并具有完善的开发系统和工具。

LonWorks的分布式架构，每一个控制装置都可以有随插即用的功能，减免了二次拉线造成的成本，并避免了重新布线的不便。LonWorks可扩展性强，在将来对系统升级时，可充分利用原有资源，降低升级的复杂性及成本。上述三类家庭自动化网络技术都是各有其特点，组网时可根据实际情况进行选择。但如果要组建一个统一的、 操作性强、 功能完善、 可靠性高、可扩展性强的家居智能网络，采用 LonWorks 技术是一个明智的选择。

三、电力线智能家居网络的组成

本文以 LonWorks 技术为基础，采用电力线载波技术来构建家居智能网络。该网络以分布控制、 集中管理为控制模式，其网络系统可依靠网络节点完成自治的控制功能，通信媒体采用电力线。主控节点与家用电脑相连，可控制从节点的功能配置并监控从节点的状况，并且还负责与 Internet 的通信。通过主控节点可查看电表、 水表、 煤气表的读数，实现三表的集抄。从节点可接收从电力线传来的控制信息，完成自治的控制功能，同时反馈家电的一些状态信息。从节点由电力线网关、 信息家用电器组成。在这个网络系统中，电力网关是一个重要的部件，它用于对网络信息的发送与接收。电力网关由基于 LonWorks 网络系统的Lon Talk 网络协议和神经芯片、 电力线载波模块和耦合电路组成。公务员之家

四、结束语

本文介绍了电力线通信技术，并对电力线通信技术实现智能家居网络组网的关键问题进行分析，给出了一种基于 LonWorks 技术的电力线智能家居网络解决方案。该方案具有可靠性高、 灵活性好、 可扩展性强等特点，充分发挥了 Lon2Works技术的网络控制功能。