智能家居是信息技術(shù)和自動化技術(shù)在家庭中應(yīng)用的集中體現(xiàn)。電力線通信[1-2]（Power Line communication，PLC）是利用已經(jīng)存在的電力線為通信媒介，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的一種技術(shù)。電力線通信技術(shù)運(yùn)用調(diào)制解調(diào)的原理，信息發(fā)送時(shí)將其調(diào)制并耦合至電力線上進(jìn)行傳輸，在信息接收端將信息從電力線上解耦解調(diào)，從而完成信息的傳遞。本文設(shè)計(jì)了基于電力線通信的智能家居方案，避免了重新布線以及對原有建筑環(huán)境的破壞之虞，并且節(jié)約了投資的成本。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
圖1所示是基于電力線通信技術(shù)的智能家居總體方案框架。系統(tǒng)中包括：
圖1 基于電力線通信的智能家居總體方案
1）由家居電氣設(shè)備和家庭網(wǎng)關(guān)組建的家庭內(nèi)部電力線通信網(wǎng)絡(luò)，用以完成設(shè)備的信息采集及控制信息的傳遞等功能；
2）家庭網(wǎng)關(guān)完成電力線通信網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部電力線通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的信息交互；另外，家庭網(wǎng)關(guān)還作為家居主節(jié)點(diǎn)完成設(shè)備的本地可視化管理；
3）計(jì)算機(jī)和移動終端用以實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程可視化管理。
1.1 主控制器
本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司AVR系列單片機(jī)中的ATmega128作為電力線通信的核心處理器。ATmega128主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算速度快，最高可達(dá)16MIPS；資源豐富，有53個(gè)通用I/O接口，SRAM和EEPROM均為4K字節(jié)，F(xiàn)lash為128字節(jié)，另外還有一個(gè)SPI以及兩個(gè)USART串行通信接口；能耗低。這些優(yōu)點(diǎn)決定了ATmega128很適宜通信和控制。
1.2 IT700PIM電力線通信模塊
本設(shè)計(jì)采用以色列Yitran公司開發(fā)的以IT700電力線通信芯片為核心的IT700PIM電力線通信模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電力線通信。IT700電力線通信芯片具有強(qiáng)大的物理層特性，同時(shí)還提供了極為高效的數(shù)據(jù)鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議[3]。IT700芯片中的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議Y-Net可以方便的實(shí)現(xiàn)電力線通信網(wǎng)絡(luò)的自動組網(wǎng)和路由。
2 IT700PIM與ATmega128的接口原理
圖2 IT700PIM與ATmega128的接口原理
圖2所示為IT700PIM與ATmega128的接口原理圖，IT700PIM通過全雙工的串行通信接口與控制核心ATmega128實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。ATmega128可以通過IT700定制的Y-Net網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議控制命令實(shí)現(xiàn)各通信節(jié)點(diǎn)的自動組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信。
3 家庭網(wǎng)關(guān)的總體設(shè)計(jì)
圖3 家庭網(wǎng)關(guān)的總體設(shè)計(jì)
家庭網(wǎng)關(guān)是智能家居系統(tǒng)的樞紐部分，其總體設(shè)計(jì)如圖3所示。本設(shè)計(jì)采用網(wǎng)卡芯片ENC28J60，并通過HR911102A內(nèi)置的隔離變壓器和以太網(wǎng)接頭RJ45實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)接入。控制核心ATmega128與IT700PIM電力線通信模塊的接口在上節(jié)已有所敘述，本節(jié)不再重復(fù)。
家庭網(wǎng)關(guān)的軟件架構(gòu)如圖4所示，主要分為兩部分[4]：1）應(yīng)用嵌入式的TCP/IP精簡協(xié)議棧uIP以及網(wǎng)頁技術(shù)實(shí)現(xiàn)嵌入式的Web server；2）為實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部電力線通信網(wǎng)絡(luò)的組建，運(yùn)用IT700芯片自帶的網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議Y-Net。
4 結(jié)語
本文提出了基于電力線通信技術(shù)的智能家居設(shè)計(jì)方案，并對系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以電力線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并綜合運(yùn)用Internet互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)建立了一套完整的智能家居系統(tǒng)，進(jìn)而將家居電氣設(shè)備置于網(wǎng)絡(luò)之中，使其具有了網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特征。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
圖1所示是基于電力線通信技術(shù)的智能家居總體方案框架。系統(tǒng)中包括：
圖1 基于電力線通信的智能家居總體方案
1）由家居電氣設(shè)備和家庭網(wǎng)關(guān)組建的家庭內(nèi)部電力線通信網(wǎng)絡(luò)，用以完成設(shè)備的信息采集及控制信息的傳遞等功能；
2）家庭網(wǎng)關(guān)完成電力線通信網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部電力線通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的信息交互；另外，家庭網(wǎng)關(guān)還作為家居主節(jié)點(diǎn)完成設(shè)備的本地可視化管理；
3）計(jì)算機(jī)和移動終端用以實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程可視化管理。
1.1 主控制器
本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司AVR系列單片機(jī)中的ATmega128作為電力線通信的核心處理器。ATmega128主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算速度快，最高可達(dá)16MIPS；資源豐富，有53個(gè)通用I/O接口，SRAM和EEPROM均為4K字節(jié)，F(xiàn)lash為128字節(jié)，另外還有一個(gè)SPI以及兩個(gè)USART串行通信接口；能耗低。這些優(yōu)點(diǎn)決定了ATmega128很適宜通信和控制。
1.2 IT700PIM電力線通信模塊
本設(shè)計(jì)采用以色列Yitran公司開發(fā)的以IT700電力線通信芯片為核心的IT700PIM電力線通信模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電力線通信。IT700電力線通信芯片具有強(qiáng)大的物理層特性，同時(shí)還提供了極為高效的數(shù)據(jù)鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議[3]。IT700芯片中的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議Y-Net可以方便的實(shí)現(xiàn)電力線通信網(wǎng)絡(luò)的自動組網(wǎng)和路由。
2 IT700PIM與ATmega128的接口原理
圖2 IT700PIM與ATmega128的接口原理
圖2所示為IT700PIM與ATmega128的接口原理圖，IT700PIM通過全雙工的串行通信接口與控制核心ATmega128實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。ATmega128可以通過IT700定制的Y-Net網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議控制命令實(shí)現(xiàn)各通信節(jié)點(diǎn)的自動組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信。
3 家庭網(wǎng)關(guān)的總體設(shè)計(jì)
圖3 家庭網(wǎng)關(guān)的總體設(shè)計(jì)
家庭網(wǎng)關(guān)是智能家居系統(tǒng)的樞紐部分，其總體設(shè)計(jì)如圖3所示。本設(shè)計(jì)采用網(wǎng)卡芯片ENC28J60，并通過HR911102A內(nèi)置的隔離變壓器和以太網(wǎng)接頭RJ45實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)接入。控制核心ATmega128與IT700PIM電力線通信模塊的接口在上節(jié)已有所敘述，本節(jié)不再重復(fù)。
家庭網(wǎng)關(guān)的軟件架構(gòu)如圖4所示，主要分為兩部分[4]：1）應(yīng)用嵌入式的TCP/IP精簡協(xié)議棧uIP以及網(wǎng)頁技術(shù)實(shí)現(xiàn)嵌入式的Web server；2）為實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部電力線通信網(wǎng)絡(luò)的組建，運(yùn)用IT700芯片自帶的網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議Y-Net。
4 結(jié)語
本文提出了基于電力線通信技術(shù)的智能家居設(shè)計(jì)方案，并對系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以電力線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并綜合運(yùn)用Internet互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)建立了一套完整的智能家居系統(tǒng)，進(jìn)而將家居電氣設(shè)備置于網(wǎng)絡(luò)之中，使其具有了網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特征。
