基于電力載波技術的即插即用式智能家居系統

盛　軍,謝志婉（平頂山工業職業技術學院,河南　平頂山　467001）

基于電力載波技術的即插即用式智能家居系統

盛軍,謝志婉
（平頂山工業職業技術學院,河南平頂山467001）

摘要：為簡化傳統智能家居系統的復雜結構，并增強其擴展性和易用性，提出了一種基于電力線通信技術結合智能設備即插即用的智能家居系統。通過構建基于低壓配電網，結合智能插座，降低智能設備對家庭網關的依賴性，為智能家居系統和電力載波通信技術的應用提出了新的思路。

關鍵詞：即插即用式；電力載波技術；智能家居系統

0　引言

電力載波通信由于使用電力線作為載波信號的傳輸媒介，是電力系統特有的、基本的通信方式，因此具有信息傳輸路由合理，穩定可靠、可同時復用信號等特點。室內家電無須增加雙絞線、紅外線等接口，由于電力線和信號線合一，只要在內部配備電力線載波通信芯片、更新程序，或者使用智能插座，便可實現對原有家電的改造，人們原來家用電器的使用習慣都基本不受影響。電力載波通訊技術在智能家居應用方面有著較廣泛的前景，表現在家電系統控制信息量小，即使電力線載波速度慢也不影響其通信質量，在中速率傳輸應用方面，具有造價低廉、可靠性高等優點，從多方面來講，基于電力載波技術的即插即用式智能家居系統占有明顯優勢。

1　基于電力載波技術的即插即用式智能家居系統整體方案

目前，智能家居系統發展到了逐步成熟的階段，而且人們組建智能家居系統更具擴展性和靈活性。但是在智能家居系統的即插即用組網方面還存在發展的空間，本文設計了基于電力載波技術的即插即用式智能家居系統的整體方案。

1.1采用電力線傳輸媒介的優勢

以電力載波通信技術基礎的智能家居系統，采用電力線作為唯一通信傳輸媒介。通過對比目前使用較多的通信方式手段，比如無線、4G技術，電力線介質有著獨特的優勢。在對用戶的應用需求和市場調查，發現無論從經濟方面、技術方面，還是可靠性方面，采用電力線傳輸媒介的智能家居系統是較為實用和完善的方案。

在已經建成的住宅中，電力系統是必不可少的基礎設施，因此電線遍布每個房間。使用電力線傳輸媒介，節省了無線部署或重新布線的麻煩，當然也節約了大量資金。在每一個房間都會有電源插座，只需在電源插座后插入智能插座，或者將房間原有的電源插座替換為擁有通信控制開關和電力線通信模塊的智能插座，然后通過配置，與家庭網關連接實現對各個智能插座的通信控制，家庭網關再連接ISP網絡實現遠程控制，從而即簡單又方便的建立起智能家居系統。電力線傳輸數據信息，因其具有安裝簡單、配置方便靈活，以及較強的擴展性，充分滿足了智能家居系統的設計與應用需求。

1.2智能家居系統網絡結構設計

傳統智能家居系統中，可以將智能家居設備分為復雜設備和簡單設備，一般情況復雜設備具有網絡連接能力，簡單設備一般不具有網絡連接能力只有控制開關功能。傳統智能家居系統采用ZigBee網絡連接，設備節點需要解決供電和通信雙重問題，因為通信是采用非電力線以外的其他方式，所以成本高。我們使用的智能插座，是具有帶數據交互和網絡通信功能的電源插座，解決了為簡單設備供電的同時實現了網絡連接問題。智能家居網絡結構如圖1所示。

該智能家居網絡結構優勢如下：

（1）在系統部署中，根據應用需求，可以隨意地增加或撤除智能插座，網絡的擴展性較好；

（2）有效降低智能家居網絡部署的復雜性。使用智能插座可以兼容絕大部分家電設備，而不需要改動原有的家電設備或者購買帶有智能模塊的家電。

（3）智能插座屏蔽了簡單設備特定的接口類型和底層通信協議，智能設備對家庭網關而言保持了一致性，是家庭網關設計的基礎[1]。

2　智能插座

智能插座除具有供電模塊外，由通信模塊、電流采樣模塊、電壓采樣模塊、報警模塊組成。通信模塊由福星曉程PLC3000系列載波調制芯片及控制器、載波發射模塊、功率強度顯示模塊組成。報警模塊通過導線溫度采樣異常情況實現報警。智能插座模塊結構圖如圖2所示。

智能插座工作原理：

（1）設備控制：MCU是處理中心，把從電源插頭火線處的電壓、電流互感器采樣的數據，經A/D轉換器轉換為數字信號，與正常數據進行比較，將數據存儲，同時將控制功率強度數據采用LED方式顯示。

（2）溫度報警：在火線絕緣層外安裝溫度傳感器，MCU將溫度傳感器采集的數據進行預處理與存儲，然后通過載波通信模塊以一定的時間間隔把采集的數據通過電力線發送到家庭網關數據庫，用于查詢、報警。

（3）當MCU偵測到電流強度超過預設參數上限；,電流強度持續在5秒內高過預設上限，則繼電器斷開，實現跳閘，同時功率強度LED指示燈開始閃爍，蜂鳴器開始響起。MCU發送報警指令到家庭網關，向用戶發送報警信息。

（4）當MCU偵測到導線溫度超過預設參數上限；MCU處理器開始計數，導線溫度傳感器數據持續在5秒內高過預設上限，則保護繼電器斷開，實現跳閘，同時溫度報警LED指示燈開始閃爍，蜂鳴器開始響起。MCU發送報警指令到家庭網關，向用戶發送報警信息。

3　電力線即插即用式智能家居系統的功能

（1）實現各種家電設備的自動控制、遠程控制。比如：空調可以根據室內、外溫度變化自動調整,始終保持令人舒適的室內溫度,用戶也可以遠程控制開關空調。可以遠程控制廚房家電，電磁爐、電飯鍋、微波爐等，提前做出可口的飯菜。可以控制衛生間浴室的熱水器的開關與溫度，可以再你會見前就準備好洗澡水。可以控制家庭影院系統定時或隨時播放背景影音等。

（2）具有安全預警功能。比如可以實現非法闖入報警，水、煤氣泄漏、火災報警，關鍵部位現場拍照錄像，當有人員入侵，自動向用戶發送報警信息,同時啟動相關電器,實現主動防范。

（3）能夠水、電、氣、熱表等遠程抄表功能,進一步實現家庭與物業管理公司的聯系

（4）家庭各房間可以利用智能插座通信功能，實現寬帶網絡服務，免除穿墻布線的麻煩。

（5）具有大數據功能。智能信息家電可以通過網絡直接從家電制造商的服務網站相連，利用大數據技術，搜集用戶使用習慣，為用推送更新驅動程序及診斷程序,實現家電的遠程故障自診斷和智能化新功能擴展。

4　結論

通過研究開發了基于電力載波技術的即插即用式智能家居系統，使用即插即用式智能插座，降低家庭網關與智能家電設備的依賴性。利用電力載波技術，使用電力線實現網絡通信與供電控制合二為一，避免了繁瑣的網絡布線或無線設備部署，即有效滿足了智能家居的實用性，有提高了設備的可靠性和兼容性，同時具有良好的抗干擾能力，從而為利用電力載波技術和智能家居系統應用提供了新的思路與發展方向。

參考文獻：

[1]蘇詩薦,章杰,林培杰,戴曼娜,程樹英.一種即插即用的智能家居系統設計[J].微型機與應用,2014,33(22):4-7.

[2]邵鵬飛,王喆,張寶儒.面向移動互聯網的智能家居系統研究[J].計算機測量與控制,2012,20(02):474-479.

[3]宋倩,李祥珍.基于電力線通信技術的智能家居系統[J].電力系統通信,2004,12(01):40-43.

[4]肖曉霞.基于Jini技術的智能家居網絡應用探討[J].湘潭師范學院學報,2009,31(02):65-67.

[5]福州大學.帶數據采集和網絡通訊功能的智能插座:中國，201320336673.5[P].2013,12(04).

作者簡介：盛軍（1977-），男，碩士，講師，研究方向：機電一體化，計算機網絡應用。