基于电力载波通信技术的智能家居系统的应用研究

魏 亮

甘肃省庆阳市建筑设计院有限责任公司，甘肃 庆阳 745000

0 引言

随着社会的发展，为了满足人们对于智能家具管理的要求，文章应用电力载波技术构建了智能家居系统，能为节能环保提供保障，为高效、高质生活奠定坚实基础。

1 基于电力载波通信技术的智能家居系统的结构

基于电力载波技术建立智能家居系统主要包括灯光系统、家电控制系统、采暖通风系统及安防报警系统[1]。

（1）灯光系统。智能家居系统能够智能、实时控制家中的照明设备，从而形成相应的智能化处理模式，提高相关信息处理单元的应用效果。通过智能家居系统能及时了解设备开启、关闭、亮度调节及状态等内容。

（2）家电控制系统。智能家居系统可以远程管理家用电器，从而实现实时控制，打造便捷、高效的家电应用服务模式，实现对所有家电的统一管控。

（3）温度采暖和通风控制系统。智能家居系统可以结合外界环境及内部参数进行自动调节，确保电动窗帘开关、抽风机和换气扇启停处理等工序都能贴合实际环境需求，从而真正实现智能化管理，实现温度的动态调节[2]。

（4）安防报警系统。安防报警管理系统是智能家居系统中非常关键的系统环节，一旦出现外力入侵，系统就会自动鸣笛报警，并借助手机中设定的电话通报处理单元，连通小区报警电话。为了实现火灾报警功能，需要在家中安装烟雾传感器，烟雾传感器一旦感应到烟雾，会使系统自动鸣笛报警，并且能拨通火警电话；防煤气泄漏单元能依据系统获取的情报自动关闭煤气阀门。安防报警管理系统也可以利用综合控制器完成报警解除和撤防。

2 基于电力载波通信技术的智能家居系统的应用方案

2.1 整体架构

在智能家居系统的整体架构中，系统的组成元件主要包括服务器、移动设备客户端、智能网关和智能插座。依据整体架构体系的结构模式分类，系统的组成元件可以分为室内架构单元、室外架构单元及服务器架构单元三个组成部分。

2.1.1 室内架构单元

室内架构单元主要用于智能网关和智能插座的实时管理，可以配合用电器、智能插座完成相应操作[3]。其中，智能插座能计算、分析电量，及时采集并汇总瞬时电压参数、电流参数及功率参数，以便开展节能省电的智能处理工序。智能网关的一端连接网线及服务器通信单元，另一端连接电力线。利用电力载波通信技术可以匹配室内的全部插座通道，维持智能插座开关状态信息、用电数据信息的实效性，并利用网络将数据信息直接上传到服务器，借助特定命令帧或者符号处理系统，建立实时控制和命令单元。智能网关在获取相关信息内容后，可以利用电力载波通信技术向指定的智能插座推送相应的指令，使其执行相关操作，实现最终结果的回馈，以便于服务器了解各个家用电器的智能管理状态。

2.1.2 室外架构单元

为了维持室外架构单元的一致性和规范性，要保证室外架构单元的规范性。在GPRS/5G或者Wi-Fi技术环境中利用终端监控单元，用户能够随时随地地监控、了解家用电器的日常状态[4]。此外，室外架构单元不仅能利用电力载波通信技术完成通信，还能借助PC浏览器登录智能服务器，配合客户端应用标准，选取适配服务器。用户登录相应网站或者PC端服务器，就能及时了解家中电器的基本运行状态及用电量，并完成控制工作。

2.1.3 服务器架构单元

在服务器架构单元中，为了保证实时监控管理的规范性，要明确服务器的功能单元，结合具体应用处理标准，维持系统处理的平衡。在搭建服务器架构单元后，配合应用要求实现相关功能，提高执行效果。

（1）服务器架构单元可以向整个系统提供接口监控设备，并且通过服务器能查询所有连接到家庭网关的数据，从而维持应用的合理性和规范性，及时形成对应的响应模式。用户可以定时上传数据，并将其保存在数据库中，完成实时性数据和历史数据的对比分析工作，从而建立家庭整体用电量或者单一电器独立用电量的汇总控制模式。在服务器架构单元中，相应单元还能借助特定的命令帧格式实时监控家庭智能网关，读取实时性命令，从而维持综合控制的效果[5]。

（2）服务器架构单元可以建立静态网页信息管理和动态网页信息发布模式，及时向PC端发出指令要求，保证浏览器登录服务模式的科学性和规范性。服务器架构单元可以响应读取命令和控制命令，执行具体内容，最大程度上确保读取的时效性。与此同时，服务器还能结合设计需要建立不同地域环境、不同网络参数标准的登录、控制单元，以实现智能化的全程管理目标，维持服务器架构单元控制效果的最优化，促进电力载波技术的全面进步[6]。

2.2 硬件结构设计

2.2.1 智能网关设计

智能网关硬件结构主要分为以下部分。

（1）MCU中心计算和控制单元：采取STM32F103R BT6微控制器，可以实现功能集成化控制[7]；

（2）网口电路：依据智能家居的整体应用环境和要求标准，选取对应的电流和外围电路模式，可以保证网络结构的有效连接和服务器通信规范性；

（3）串口电路：可以保证对PC端的通信管理，完成对应工序和指令执行信号参数的设置工作；

（4）载波电路：分为电力载波通信技术应用电路和外围电路，能与家用电器的智能插座连接，完成匹配的通信指令；

（5）时钟及电源电路：能打造时钟模式，保证电源支持结构的规范性，最大程度上维持应用控制效能；

（6）存储单元：型号为SST25VF032，能及时完成参数的存储和管理。

智能网关是整个智能家居系统的硬件基础，可以建立基本的信息和内容管理平台，维持良好的应用效果。

2.2.2 智能插座设计

智能插座结构主要包括MCU中心计算单元、磁保持继电器控制电路、串口电路、PL3106和外围电路、校表电路、键盘和LCD等。

（1）MCU中心计算单元：与控制单元、外部计算机电路连接，能及时获取数据，便于后续开展相应作业；

（2）磁保持继电器控制电路：主要借助对应的功能单元管控电器通断，维持应用的规范性和合理性；

（3）串口电路：MAX3232和外围电路，能与PC端进行通信设置，配合插座能建立唯一的ID地址，而且能将获取的数据信息等内容直接应用在存储单元内；

（4）PL3106和外围电路：组成基本的载波电路单元，并且可以与智能网关实现实时通信，在获取网关指定协议内容后，可以全面分析协议帧，在读取命令的基础上汇总用电量和状态信息，确保网关能了解各个设备的实时应用情况，为后续制订更加科学的应用决策提供支持；

（5）校表电路：在实际应用过程中，对外可以提供校表接口，提升计算量分析的准确性，同时校表电路的铺设和处理能保证电路的稳定性；

（6）键盘和LCD：键盘能为智能家居系统提供查询和实时性控制指导，而相匹配的时钟和电源能为整体应用结构提供必要的服务。

2.3 软件结构设计

在软件结构设计中，需要根据网关应用要求落实相应的工作单元，确保家用电器用电量与状态都能及时发送到服务器并及时保存在数据库中，为后续数据处理和数据应用控制提供支持，也能最大程度上保证家用电器智能化控制的一致性。

2.3.1 用户登录

用户借助PC端浏览器或者手机、Pad等客户端填写家庭用户名称和密码，以保证能有效登录网络服务器。在应用控制模式中，程序进入起始项时，用户需要完成认证才能进入用户登录界面。此时，用户要设置服务器的独立IP地址和端口界面信息，设置成功后返回，填入家庭用户名及密码，完成登录，然后自动连接服务器的功能处理单元，基本流程如图1所示。服务器在接收到相关登录信息后能及时对比数据信息，将其和数据库中的信息数据进行合法性验证，并返回客户端提示登录成功。

图1 基本流程

2.3.2 数据读取和管理

登录后可以读取和管理家庭总用电信息或某一个家用电器的历史用电信息。配合数据的读取分析，能制订相应的指令，在维持综合控制效果的基础上，保证应用模式的规范性。在服务器验证操作结束后，软件会从服务器中自动下载当天家庭总电量及相关信息，用户可以点击对应的按钮，连接服务器下载智能插座信息。用户在获取信息列表数据内容后，就能处理后续工作指令。例如，用户能在实际选择界面中选取某一个智能插座，查询其历史数据和用电信息，通过对比当天的实际用电量，就能了解智能控制的情况。同时，服务器要从数据库提取信息，并且将信息直接反馈至PC端，用户通过查询历史数据，可以保证相应执行指令的应用效果。

2.3.3 指令下发和控制

用户可以结合实际需求下发对应的指令，并且通过读取实时信息内容，对家用电器进行统一控制。用户登录成功后能设置独立的家庭网关信息和参数信息，确保服务器在接收到指定命令后配合网格发送信息，从而提高网关应用实效性。另外，网关在获取验证用户密码后，也能匹配合理的控制模式，建立实时控制体系。网关能将对应的智能插座执行后的情况和结果再次反馈至服务器，并告知用户，从而建立实时的系统控制闭环模式。

3 系统应用效果

在建立了完整的系统模式和处理工序后，需要按照指令要求和规范落实具体工作，并且保证执行过程满足标准。运行测试结果表明，基于电力载波通信技术的智能家居系统的实时性和应用效能较好，能搭建较为完整的应用控制模式。智能家居系统能管理家中相关电器工作状态，并且汇总信息内容和历史数据；能实时查询家用电器的总用电量和个别电器的用电量，并且可以了解家用电器的实时运行状态；利用智能家居系统能较为直观地了解家用电器的使用频率、工作效率及工作能耗，便于后续采取更加科学合理的使用方案，在减少家庭电量消耗的基础上，最大程度上保证使用体验。

4 结束语

总之，在智能家居系统中应用电力载波技术具有重要的意义，能打造完整的电器应用管理平台，能及时分析数据并获取对比结果，建立科学规范的用电控制模式，为环保性电能应用提供保障，也为高效管理、高效生活奠定坚实基础。