SCI论文（www.lunwensci.com）
摘 要 ：随着网络通信技术的发展,智能家居改变了传统家电的控制模式,使人们可以随时随地通过网络控制联网家电。 但目前,智能家居大多需要设置专用的网络,且必须符合家庭网络通信的特点,以避免出现控制死角、控制信号差等问题。本 项目研究的基于电网宽带载波通讯技术的智能家居系统设计,可实现智能家居终端即通电即用、无需布线、无死角、信号稳定 等优势,解决了目前智能家居网络覆盖面小、网络信号差、网络干扰、网络环境不安全、接线复杂等问题。
关键词：智能家居,云控屏,宽带载波
The Research of Intelligent Home Control System Based on Power Line Broadband Carrier Communication Technology
LUAN Yujing
(Dezhou Vocational and Technical College, Dezhou Shandong 253034)
【Abstract】：With the development of network communication technology, smart home has changed the control mode of traditional home appliances, so that people can control networked home appliances anytime and anywhere through the network. However, most smart homes need to set up a dedicated network, and must be in line with the characteristics of home network communication to avoid problems such as control angle and control signal difference. The intelligent home system based on broadband carrier communication technology is designed in this project, the smart home terminal can be used when power is on, without wiring, no dead corner and stable signal. The invention solves the problems of small network coverage, poor network signal, network interference, unsafe network environment and complex wiring in smart home networks.
【Key words】：smart home;cloud control screen;broadband carrier
0 引言：随着物联网技术的高速发展,它在各个领域的应用 也趋于成熟,应用场所越来越广泛。智能家居作为一项 新兴快节奏生活产物,也成为物联网技术应用的一个场 景,且引起越来越多的关注,需求日益增加。但通过分 析智能家居目前的整体发展情况 , 发现智能家居暴露 出越来越多的问题 [1]。
首先,连接网络问题。智能家居使用什么网络作为 信息交互的连接支撑,什么样的网络结构更符合家居环 境。在选择产品网络的时候还需要考虑设计的人性化, 使设备接入网络简洁,易操作 [2]。
其次,各设备间的信息互联互通。目前,生产智能 家居设备的各厂商使用的通讯协议不统一,各种智能家 居产品相互不兼容,通讯各自相互独立,没有做到友好 的数据交换及信息的共享 [3]。
为了解决上述问题,我们设计了基于电力线宽带载 波通讯技术的智能家居控制系统,本控制系统在家居中 应用的最大特点就是即通电即用、无需布线、无死角、 信号稳定,可以轻松地体验智能控制所带来的便利。同 时,解决了目前智能家居网络覆盖面小、网络信号差、 网络干扰、网络环境不安全、接线复杂等问题。另外, 使云端控制与本地控制同步,操作更加方便 [4]。
1 主要研究内容
(1) 解析采用国家电网公司 Q/GDW1376.2-2013《电 力用户用电信息采集系统》通讯协议,通过 PLC 自由口 通讯发送符合 Q/GDW1376.2-2013 协议的命令到集中 器宽带载波模块(TCRS091)。
(2) 解析标准 DL/T645-2007 通讯协议, 由单相宽 带载波模块接收来自集中器宽带载波模块(TCRS091) 发送的符合 Q/GDW1376.2-2013 协议的通讯数据, 并 将通讯数据解析为符合 DL/T645-2007 通讯协议的通讯 数据,发送到单片机。
(3) 单片机解析 DL/T645-2007 通讯协议数据, 根 据不同的控制命令,完成不同的控制要求。
2 总体构架
2.1 工作过程介绍
基于电力线宽带载波通讯技术的智能家居控制系统, 以青岛鼎信集中器宽带载波模块 (TCRS091)和青岛鼎 信国网 13 规范单相宽带载波模块作为电力线宽带载波通 讯设备, 符合国家电网公司 Q/GDW 1376.2-2013《电力 用户用电信息采集系统》和国网 DL/T698.45 通讯协议。
上位机控制系统采用云控屏 +PLC 作为主控系统, 该主控系统可以实现云端与本地同步控制和状态显示及 报警反馈。
下位机采用 STC12LE5A60S2 低功耗单片机,该单 片机成本低、功耗低、安全性高、抗干扰能力强。
其工作流程框图如图 1 所示。
2.2 关键技术
2.2.1 低压电力线宽带载波技术(LVPLC)
宽带电力线载波通信网络是以电力线作为通信媒 介,实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络,实现物联网控制指令的传输 [5]。
2.2.2 单片机技术
通过低功耗高性能单片机 STC12LE5A60S2 中 TTL 串口通讯技术,实现单片机接收电网发送的命令,从而 直接控制智能家居设备 [6]。
2.2.3 工业物联网技术
通过工业物联网技术,可以使用手机 App,发送指 令到云端,云端再将指令发送到本地控制系统,从而实 现智能家居设备的控制。
2.2.4 PLC 可编程控制技术
通过 PLC 实现云控屏与集中器宽带载波模块通讯 命令的传递。
2.2.5 HMI 组态监控技术
通过对 HMI 云控屏进行界面组态与编程,实现了 本地界面与手机界面一致,操作更加方便。
2.3 技术性能指标
工作温度 ：-40℃~ +85℃ ;
调制方式 ：OFDM( 子载波 BPSK、QPSK、16QAM) ; 最大载波速度 ：物理层 5Mbps,应用层 2Mbps ; 载波数据域 ：最大 2012Byte ;
中继级别 ：最大 15 级 ;
相对湿度 ：≤ 75% ;
通讯范围 ：整个配变台区。
3 系统设计
3.1 硬件设计
本项目硬件部分主要分为两大部分 ：
首先是由云控触摸屏、PLC、集中器宽带载波模块 (TCRS091)作为主站控制系统 ;
其次是由国网 13 规范单相宽带载波模块(TCC091)、STC12LE5A60S2 单片机、智能家居设备作为从站设备。 系统硬件部分介绍如下所述。
3.1.1 云控触摸屏
本项目云控触摸屏采用海为 C7S-G 触摸屏 [7]。对 智能家居现场的报警信息是通过画面、微信、短信、电 话等形式,及时通知相关人员。支持网络工程的使用, 使多个设备之间可互为客户端和服务器,通过网络共享 数据,实现分布式控制。对实时工况数据、历史工况数 据等进行分析统计,以解决生产故障、提升产品质量、 提高生产效率等。
3.1.2 三菱 PLC
本项目 PLC 控制器采用三菱 FX2N PLC。在第二 代 FX 系列产品中,FX2 系列为端子排型的 高性能标准 型规格机型。市场占有率非常高,适用于绝大多数的简 单网络控制、生产线控制及单机控制的场合 [8]。
3.1.3 集中器宽带载波模块
本项目中采用的电力通讯路由控制装置为青岛鼎信 国网 13 规范集中器宽带载波模块(TCRS091)。
通过此产品实现了对低压电力线通信网络与电力用 户用电信息采集系统中集中器直接互联,在实现主站的 宽带载波通信功能的同时也简化了系统结构、降低了系 统成本、提高了系统稳定性。
3.1.4 单相宽带载波模块
本项目智能家居终端电力通讯装置采用青岛鼎信国 网 13 规范单相宽带载波模块(TCC091)。
青岛鼎信自主研发的低压电力线宽带载波芯片 TCC091 继承了原有载波系统的优势,优化外围应用电 路的设计,提升载波通信点对点的通信能力。
模块 TCC091 可以转换宽带规约的 DL/T698.45、电 力载波信号、标准 DL/T645-2007 等协议的串口信号,也 可以支持 DLMS 等应用协议的数据透明传输,完成数据 链路层、物理层、传输层、网络层的通信功能 [9]。
该模块应用主要集中在电表集抄、户内查询终端、 路灯控制、智能家居等领域。
3.1.5 单片机
本项目智能家居终端控制器采用 STC12LE5A60S2 单片机 [10]。
3.2 软件设计
本系统软件部分主要包括 ：
(1)云控触摸屏组态与编程 ;
(2)PLC 与云控屏通讯参数设置 ;
(3) PLC 中通过 RS232 自由口串口发送符合国网 Q/GDW 1376.2-2013 通讯协议数据给集中器编程 ;
(4)单相载波模块与单片机通讯实现符合国网 DL/ T 645 协议数据通讯编程。
4 创新点
4.1 实现智能家居终端即通电即用
解决了目前智能家居网络覆盖面小、网络信号差、 网络干扰、网络环境不安全、接线复杂等问题。
4.2 云端远程控制与本地控制同步
通过对 HMI 云控屏进行界面组态与编程,实现本 地界面与手机界面一致,操作更加方便。
5 结语
随着科技的发展,人们对生活便捷的要求越来越 高,智能住宅也逐渐兴起,家居智能化的控制已经越来 越引起人们的关注。家居智能化的控制系统以住宅作为 平台,主要控制对象是家用电器,将电力线载波通信技 术应用于家居智能化的控制中已经成为一种趋势。电力 线载波通信技术利用自动控制技术、网络通信技术等将 家用电器高效集成,构建出家居智能化的控制管理系 统,同时还利用在电力传输过程中,电力线具有电力载 波通信的能力,以及利用电力线组网不需要重新布线、 覆盖面广、家电不用增加其他器件等优势,使其在未来 得到快速发展。
参考文献
[1] 刘夏澍.基于电力线载波通信的家居控制智能化系统[J].数 字技术与应用,2016(1):21+256.
[2] 高振.基于电力线载波通信的智能家居控制研究[D].成都:电 子科技大学,2016.
[3] 邓楷煊,张金尧,许彩望,等.ZigBee技术下的智能家居系统设 计[J].物联网技术,2022.12(9):91-93+97.
[4] 刘正友.OFDM电力载波通信技术在智能家居中的应用[J]. 电工文摘,2014(05):34-37.
[5] 刘耀辉,罗建勇,时昌剑.基于宽带OFDM电力线通信的载波 资源分配算法[J].电网与清洁能源,2018.34(1):96-100.
[6] 马秀丽,李媛,杨祖业.一种云端智能装备远程组态运维工具 [J].中国仪器仪表,2021(11):31-34.
[7] 蒙正麦,岑帅,钟芳山,等.变频恒压供水控制系统改造设计 [J]. 自动化与信息工程,2022.43(2):45-48.
[8] 张卓野.多支路通风系统风量智能调控技术[D].北京:首都经 济贸易大学,2020.
[9] 余彬,翁利国,张阳辉.一种用于高弹性电网的量测物联型智 能断路器的设计与开发[J].现代建筑电气,2022.13(3):5-10. [10] 陈改霞,杨亚洲,蔺满强.用于高压大电流特种电源的温度 检测装置设计[J].电气传动自动化,2021.43(1):17-21+3.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/63059.html
