基于电力线载波技术的智能照明控制设计

王欣，王力

摘 要：文章通过电力载波技术实现了智能照明控制系统，选择适合电力载波技术的轻型通信协议，由电力线网关收集到的信息通过电力线传输到电力线载波模块进行解调后送到计算机，管理人员通过计算机根据收集到的信息对灯具的亮灭进行相应的控制，以达到照明的智能化，同时也不需要重新布线。

关键词：电力载波技术；照明控制；电力线网关

中图分类号：TM923 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）06-0095-02

Abstract： In this paper， the intelligent lighting control system is realized by the power carrier technology， and the light communication protocol suitable for the power carrier technology is selected. The information collected by the power line gateway is transmitted through the power line to the power line carrier module for demodulation and sent to the computer， in order to achieve the intelligent lighting， and at the same time do not need to rewire.

Keywords： power carrier technology； lighting control； power line gateway

電力线载波技术PLC（Power Line Communication），是指利用专门的调制解调器对信号加以调制解调，利用电力线网作为传输媒介，实现数据的传递和信息的交换。为了解决传统教学楼室内照明控制方式存在的问题，本文提出了基于PLC的智能照明控制系统的设计方案，电力线载波技术将室内原有的电力线作为传输媒介，采集到的信息数据通过电力线网关进行调制解调后传递到计算机，从而可以在远端根据传递来的信息对室内灯具的亮灭进行远程控制管理，不仅克服了传统机械式、粗放式照明控制方式的缺点，还大大提高了管理效率，节约了能源，使得照明控制方式更加智能化。

1 系统的功能特点

本文介绍的智能照明控制系统具有以下优点：

（1）控制方式便捷。管理人员能实时地根据实际情况对灯具进行相关地管理，提高了教学楼照明的智能化水平。

（2）智能化水平高。管理人员可以在计算机上的客户端操作界面进行操作从而控制各个教室的灯具亮灭。不需要安排专人根据作息时间对各个教室的灯具亮灭进行控制，极大地提高了教学楼照明控制的智能化水平。

（3）免于重新布线。基于ARM主控器的电力线载波技术除了可以完成数据的传输，还可直接利用教学楼原有的电力线进行通信，不需要额外的布线，极大地降低了对现有教学楼照明控制方式的改造成本。

2 总体设计方案

2.1 电力载波通信系统的总体设计

电力线载波通信系统总体架构如图1所示，信号接收时，通过耦合电路和选频网络接收来自电力线的载波信号，进行模拟前段处理和A/D转换后，送给FPGA进行解调，ARM与载波模块之间采用串口通信方式，控制电路实现客户的现场应用。信号发送时，主控制器模块将上位机信息通过串口输入给FPGA，经调制解调并通过功放电路和耦合网络后，加载到电力线上进行传输。

2.2 电力线网关设计

电力线网关上行通过网线将电力线网关与计算机连接进行通信，下行是电力线载波通道，能够实现对电力线上控制灯具的信息数据的收集、传输等操作。控制端将控制灯具亮灭的指令发送到电力线网关，经过电力线网关对控制指令的调制解调后发送到电力线上进行数据传输。同时，接收端通过电力线网关将电力线上的信息数据进行解调后转换成可操控的界面信息，实现对室内灯具的控制。电力线网关主要有主控器模块、FPGA模块、电源模块、信号耦合器、滤波器、深陷幅电路、以太网芯片、RS232接口以及RJ45接口，如图2所示。

3 软件设计

3.1 通信协议设计

在组网上，充分分析现有的PLC通信协议体制，选择适合电力载波的物联网控制传输通讯协议。本设计采用稀疏应用的轻型通信协议，最多支持7级路由，并还可以继续扩充路由数，采取“轮询+目的节点逆向推算”的路由算法，以便更好、更快地进行数据传输与控制。PC与主节点之间采取RS485通信，主节点与从节点、从节点与从节点之间采用电力线载波方式通信，如图3所示。

一个轮询通信系统包括一个主站和多个连接到该主站的子站。该主站包括一个地址控制部分和一个轮询控制部分。地址控制部分把一个预定的轮询周期分成多种类型的轮询间隔，其中每个轮询间隔具有一个不同的轮询次数，并且保持对应于相应轮询间隔的轮询目标子站的地址。轮询控制部分切换该轮询间隔，并且依据子站的状态改变在地址控制部分中的地址。每一个子站包括另一个轮询控制部分，它在该子站被主站轮询时发送一个答复。

3.2 智能照明控制程序设计

系统开始工作后，首先要进行上电初始化，初始化操作主要完成客户端控制界面对节点信息的获取、内外部资源和STM32F103的初始化，并完成对STM32F103控制寄存器的配置，将STM32F103芯片设置为接收状态，当接收到控制端发送的指令时执行相应操作。系统初始化之后，调用热释电红外检测程序，检测外界是否有人，只有检测到有人时，才调用照度调节子程序对灯具开关进行调节，否则不执行操作，如图4所示。

4 结束语

通过软硬件的设计和在现场的测试，效果非常好。本设计是针对如今照明控制方式存在的问题进行的改进，随着科技的不断发展、新技术的不断诞生，电力线载波技术也必将会得到进一步的改进、发展和完善，同时也会使得照明控制更加智能化。

参考文献：

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