基于电力载波技术的即插即用式智能家居系统

盛　军,谢志婉（平顶山工业职业技术学院,河南　平顶山　467001）

基于电力载波技术的即插即用式智能家居系统

盛军,谢志婉
（平顶山工业职业技术学院,河南平顶山467001）

摘要：为简化传统智能家居系统的复杂结构，并增强其扩展性和易用性，提出了一种基于电力线通信技术结合智能设备即插即用的智能家居系统。通过构建基于低压配电网，结合智能插座，降低智能设备对家庭网关的依赖性，为智能家居系统和电力载波通信技术的应用提出了新的思路。

关键词：即插即用式；电力载波技术；智能家居系统

0　引言

电力载波通信由于使用电力线作为载波信号的传输媒介，是电力系统特有的、基本的通信方式，因此具有信息传输路由合理，稳定可靠、可同时复用信号等特点。室内家电无须增加双绞线、红外线等接口，由于电力线和信号线合一，只要在内部配备电力线载波通信芯片、更新程序，或者使用智能插座，便可实现对原有家电的改造，人们原来家用电器的使用习惯都基本不受影响。电力载波通讯技术在智能家居应用方面有着较广泛的前景，表现在家电系统控制信息量小，即使电力线载波速度慢也不影响其通信质量，在中速率传输应用方面，具有造价低廉、可靠性高等优点，从多方面来讲，基于电力载波技术的即插即用式智能家居系统占有明显优势。

1　基于电力载波技术的即插即用式智能家居系统整体方案

目前，智能家居系统发展到了逐步成熟的阶段，而且人们组建智能家居系统更具扩展性和灵活性。但是在智能家居系统的即插即用组网方面还存在发展的空间，本文设计了基于电力载波技术的即插即用式智能家居系统的整体方案。

1.1采用电力线传输媒介的优势

以电力载波通信技术基础的智能家居系统，采用电力线作为唯一通信传输媒介。通过对比目前使用较多的通信方式手段，比如无线、4G技术，电力线介质有着独特的优势。在对用户的应用需求和市场调查，发现无论从经济方面、技术方面，还是可靠性方面，采用电力线传输媒介的智能家居系统是较为实用和完善的方案。

在已经建成的住宅中，电力系统是必不可少的基础设施，因此电线遍布每个房间。使用电力线传输媒介，节省了无线部署或重新布线的麻烦，当然也节约了大量资金。在每一个房间都会有电源插座，只需在电源插座后插入智能插座，或者将房间原有的电源插座替换为拥有通信控制开关和电力线通信模块的智能插座，然后通过配置，与家庭网关连接实现对各个智能插座的通信控制，家庭网关再连接ISP网络实现远程控制，从而即简单又方便的建立起智能家居系统。电力线传输数据信息，因其具有安装简单、配置方便灵活，以及较强的扩展性，充分满足了智能家居系统的设计与应用需求。

1.2智能家居系统网络结构设计

传统智能家居系统中，可以将智能家居设备分为复杂设备和简单设备，一般情况复杂设备具有网络连接能力，简单设备一般不具有网络连接能力只有控制开关功能。传统智能家居系统采用ZigBee网络连接，设备节点需要解决供电和通信双重问题，因为通信是采用非电力线以外的其他方式，所以成本高。我们使用的智能插座，是具有带数据交互和网络通信功能的电源插座，解决了为简单设备供电的同时实现了网络连接问题。智能家居网络结构如图1所示。

该智能家居网络结构优势如下：

（1）在系统部署中，根据应用需求，可以随意地增加或撤除智能插座，网络的扩展性较好；

（2）有效降低智能家居网络部署的复杂性。使用智能插座可以兼容绝大部分家电设备，而不需要改动原有的家电设备或者购买带有智能模块的家电。

（3）智能插座屏蔽了简单设备特定的接口类型和底层通信协议，智能设备对家庭网关而言保持了一致性，是家庭网关设计的基础[1]。

2　智能插座

智能插座除具有供电模块外，由通信模块、电流采样模块、电压采样模块、报警模块组成。通信模块由福星晓程PLC3000系列载波调制芯片及控制器、载波发射模块、功率强度显示模块组成。报警模块通过导线温度采样异常情况实现报警。智能插座模块结构图如图2所示。

智能插座工作原理：

（1）设备控制：MCU是处理中心，把从电源插头火线处的电压、电流互感器采样的数据，经A/D转换器转换为数字信号，与正常数据进行比较，将数据存储，同时将控制功率强度数据采用LED方式显示。

（2）温度报警：在火线绝缘层外安装温度传感器，MCU将温度传感器采集的数据进行预处理与存储，然后通过载波通信模块以一定的时间间隔把采集的数据通过电力线发送到家庭网关数据库，用于查询、报警。

（3）当MCU侦测到电流强度超过预设参数上限；,电流强度持续在5秒内高过预设上限，则继电器断开，实现跳闸，同时功率强度LED指示灯开始闪烁，蜂鸣器开始响起。MCU发送报警指令到家庭网关，向用户发送报警信息。

（4）当MCU侦测到导线温度超过预设参数上限；MCU处理器开始计数，导线温度传感器数据持续在5秒内高过预设上限，则保护继电器断开，实现跳闸，同时温度报警LED指示灯开始闪烁，蜂鸣器开始响起。MCU发送报警指令到家庭网关，向用户发送报警信息。

3　电力线即插即用式智能家居系统的功能

（1）实现各种家电设备的自动控制、远程控制。比如：空调可以根据室内、外温度变化自动调整,始终保持令人舒适的室内温度,用户也可以远程控制开关空调。可以远程控制厨房家电，电磁炉、电饭锅、微波炉等，提前做出可口的饭菜。可以控制卫生间浴室的热水器的开关与温度，可以再你会见前就准备好洗澡水。可以控制家庭影院系统定时或随时播放背景影音等。

（2）具有安全预警功能。比如可以实现非法闯入报警，水、煤气泄漏、火灾报警，关键部位现场拍照录像，当有人员入侵，自动向用户发送报警信息,同时启动相关电器,实现主动防范。

（3）能够水、电、气、热表等远程抄表功能,进一步实现家庭与物业管理公司的联系

（4）家庭各房间可以利用智能插座通信功能，实现宽带网络服务，免除穿墙布线的麻烦。

（5）具有大数据功能。智能信息家电可以通过网络直接从家电制造商的服务网站相连，利用大数据技术，搜集用户使用习惯，为用推送更新驱动程序及诊断程序,实现家电的远程故障自诊断和智能化新功能扩展。

4　结论

通过研究开发了基于电力载波技术的即插即用式智能家居系统，使用即插即用式智能插座，降低家庭网关与智能家电设备的依赖性。利用电力载波技术，使用电力线实现网络通信与供电控制合二为一，避免了繁琐的网络布线或无线设备部署，即有效满足了智能家居的实用性，有提高了设备的可靠性和兼容性，同时具有良好的抗干扰能力，从而为利用电力载波技术和智能家居系统应用提供了新的思路与发展方向。

参考文献：

[1]苏诗荐,章杰,林培杰,戴曼娜,程树英.一种即插即用的智能家居系统设计[J].微型机与应用,2014,33(22):4-7.

[2]邵鹏飞,王喆,张宝儒.面向移动互联网的智能家居系统研究[J].计算机测量与控制,2012,20(02):474-479.

[3]宋倩,李祥珍.基于电力线通信技术的智能家居系统[J].电力系统通信,2004,12(01):40-43.

[4]肖晓霞.基于Jini技术的智能家居网络应用探讨[J].湘潭师范学院学报,2009,31(02):65-67.

[5]福州大学.带数据采集和网络通讯功能的智能插座:中国，201320336673.5[P].2013,12(04).

作者简介：盛军（1977-），男，硕士，讲师，研究方向：机电一体化，计算机网络应用。