基于电力载波的家电网络控制电路的设计

李兴宁，陈 震

（泰州职业技术学院机电技术学院，江苏 泰州225300）

家用电器如何组网进行数据通信是家电网络控制的一个重要问题。利用传统的数据线与电力线分离的技术，必须为通信线路铺设专门的电缆线。这些电缆线的安装和维护费用较高 ，而且不能方便地分支或连线。在所有的通信方式中，电力线载波通道是最直接、最经济的通信媒介，但电力线存在各种电磁干扰，必须采取有效手段加以排除后才能利用。本文介绍利用电力线MODEM芯片ST7536，采用电力载波形式，设计出可靠的家电网络控制电路，对位于同一配电变压器范围内的多路家用电器的运行情况进行实时监测和控制。

1 系统组成及工作原理

系统组成及原理框图如图1所示。系统由一个主控单元、220 V的电力线传输通道和若干并接在电力线上的受控单元组成。

主控单元主要由主控CPU及调制解调电路等组成。主控CPU有两种工作方式：现场控制和远程控制。在现场控制方式中，主控CPU对现场控制电路设定的控制命令进行编码，并输出编码信号；在远程控制方式中，现场计算机通过以太网或电话线接受远程计算机发出的控制命令，将其通过RS232总线转发至主控CPU，主控CPU对接受到的远程控制命令进行编码并输出编码信号。主控CPU输出的编码信号经主电力载波装置调制后送入电力线传送。同时，主控CPU根据需要，接收来自各个受控CPU上送的受控电器的状态，将它们反映在状态显示电路上，并通过RS232总线将状态上送至远程控制端。

图1 系统组成及原理框图

受控单元主要由受控CPU及执行电路和受控的家用电器组成。从电力线传送来的调制信号由电力线接口（PLI）中的变压器从电力线上采样得到接收的信号，并经过一前置放大器将34 dB的电平放大。放大后的调制信号经电力载波调制解调芯片ST7536解调后，再由受控CPU进行译码和地址判别。如编码信号不是发给本地址单元的，则执行电路不执行任何命令。当编码信号中地址与本受控单元地址相同时，则执行机构执行编码信号中的状态控制功能，继电器作吸合或释放动作，实现对目标电器的开关控制，同时返回家用电器的开关状态。对于具有智能控制能力的受控家用电器，受控CPU还可将更复杂的控制命令通过RS232总线下发至家用电器，让其自身执行各种高级功能；而且家用电器本身还可将自身的各个状态根据主控CPU的要求返回给受控CPU，让其能够将信息上送到主控CPU以便于监视［1］。

2 基于电力载波的家电通讯系统设计

基于电力载波的家电通讯系统（以下简称电力载波通讯系统）主要是由主控单元和受控单元构成，两者都是由控制电路和电力线载波调制解调电路组成。本节主要对两者的控制电路进行论述。

2.1 主控单元控制电路

主控单元控制电路中包括几个主要的功能：控制命令输入，控制命令输出，受控家用电器状态显示，RS232总线接口［2］。

控制电路硬件结构如图2所示。该电路功能主要由单片机AT89C52，三片8路双向总线收发器74LS245、两片8D总线数据锁存器74LS377和RS232接口芯片MAX232完成。三片74LS245负责接收现场控制命令的输入，U3上对应的8路输入作为8路受控CPU工作方式选择；U4上对应的8路输入作为8路受控CPU地址选择；U5上对应的8路输入作为8路受控CPU命令选择；两片8D总线数据锁存器74LS377负责对8路受控CPU和其对应的受控家用电器状态显示，U6上连接的8只LED显示8路受控家用电器的开合状态；U7上连接的8只LED显示8路受控CPU和其对应的受控家用电器的出错状态。232接口芯片MAX232用作CMOS电平与RS232总线逻辑电平的转换。在控制电路中单片机AT89C52利用其P1口上的P1.2，P1.3，P1.4和外部中断0做为与modem芯片ST7536的接口线。ST7536的复位信号，CLR/T信号是通过非门与AT89C52的复位信号和外部中断0取得一致的。AT89C52的P1.3，P1.4两根I/O口线作为ST7536的TXD和RXD；该接口实现控制命令的输出和接收受控CPU信息上送［3］。

图2 主控制电路硬件结构

2.2 受控单元控制电路

受控单元控制电路中包括了几个主要的功能：接受主控命令，受控家电状态上送，受控CPU地址输入，控制执行命令输出，受控家用电器状态显示，RS232总线接口［4］。

控制电路硬件结构如图3所示。该电路功能主要由单片机AT89C52、一片8路双向总线收发器74LS245、一片8D锁存器74LS377和232接口芯片MAX232完成。一片74LS245负责接收受控CPU地址输入，它传送一组8位拨码开关的状态给主控CPU，其上对应的8路输入作为受控CPU的地址；一片8D锁存器74LS377负责对其控制的受控家用电器状态显示和执行机构（继电器）的输出；RS232接口芯片MAX232用作CMOS电平与RS232总线逻辑电平的转换。拨码开关输入状态的读取在定时器中断中执行。

图3 受控单元控制电路硬件结构

在受控单元的控制电路中，单片机AT89C52与modem芯片ST7536的接口形式完全一致，请参照第2.1节中描述的单片机 AT89C52与 modem芯片ST7536的接口形式。

3 结束语

本文介绍是以电力线为通讯介质的家电网络控制电路。主控单元是体积小、功耗低、携带方便的家电集中控制器，实现对多个家用电器（电饭煲、电灯、空调等）的远程监控。受控单元是与家电集中控制器配套的多个接收插座，通过插座上的拨码开关设置所连接电器的地址编号，从而形成家电联网远程控制系统。实验证明，应用电力载波通讯技术，可以有效地控制家用电器，省去家庭重新布线的麻烦。

［1］ 魏 丰，孙颂林.一种低速电力载波家庭网络通讯介质访问方法［J］.自动化与仪表，2007，（2）：41－44.

［2］ 孟逢逢.基于电力线的信息家电联网［J］.通信技术，2007，40（07）：22－23.

［3］ 李晓广.基于电力线载波通讯技术的家电远程控制系统的设计［J］.现代电子技术，2007，（6）：47－49.