摘 要：介紹了基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統(tǒng)中硬件及軟件的設(shè)計。該系統(tǒng)可以為用戶提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話或網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制、防盜報警等多種功能。系統(tǒng)成本較低，使用簡單，具有一定商業(yè)價值。
關(guān)鍵詞：SC1128；智能家居；電力線載波
電力網(wǎng)是每個家庭都要用到的物理網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有的電力線基本功能是傳輸電力。利用現(xiàn)有的電力線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信 , 而無需增加額外的通信線路，可以大大節(jié)約建設(shè)成本。本文所介紹的智能系統(tǒng)只需將本系統(tǒng)中不同功能的通信模塊和電源電路像墻壁插座一樣嵌入墻壁，接入市電，即可實現(xiàn)本智能家居系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。
整個系統(tǒng)由不同的智能模塊組成，智能模塊由電源電路、SC1128收發(fā)電路及外圍電路組成。每個智能模塊對應(yīng)一個不同的地址，以免執(zhí)行不屬于本模塊的命令。地址可由一個自定義的紅外遙控器設(shè)置。
2 智能模塊硬件電路
硬件電路分為電源、SC1128收發(fā)電路及外圍電路、功能電路3部分。
2.1 電源硬件
電源硬件模塊示意圖如圖2所示，各模塊的功能如下：
(1)框1為耦合電路。耦合電路是載波信號的輸出和輸入通路，并有隔離220 V/50 Hz工頻的作用。該電路在設(shè)計時需考慮220 V線路側(cè)的阻抗特性， T1為信號耦合變壓器，220 V線路側(cè)阻抗一般取3 Ω～30 Ω。然后確定線圈初次級的匝數(shù)比或阻抗比。最后設(shè)計功率放大器的輸出匹配電阻。輸入通道接一個浪涌保護(hù)二極管，經(jīng)電阻隔離后接二極管箝位電路輸出給前級濾波電路。
(2)框2為電源與通信模塊的接口。SC1128通過POUT（發(fā)） 與 SIN（收） 2個腳與別的智能模塊通信。這樣可以用一個智能模塊控制另外一個智能模塊。
(3)框3把+12 V穩(wěn)壓至+5 V，給系統(tǒng)供電。
(4)框4為單片機(jī)I/O口控制的繼電器電路。把所需控制的電器一根電源線接到繼電器輸出腳，這樣就可以實現(xiàn)控制電器的開與關(guān)。鑒于電源模塊的體積，一個電源模塊上可以接3個繼電器為好。
(5)框5通過整流得到+12 V電源。
2.2 SC1128收發(fā)電路及外圍電路
硬件系統(tǒng)的核心電路是SC1128的收發(fā)電路。
(1)SC1128通過電力線傳輸與接收的電路[1]
SC1128芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴(kuò)頻調(diào)制／解調(diào)器電路。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強(qiáng)的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴(kuò)頻／解擴(kuò)、調(diào)制／解調(diào)、D/A和A/D轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(jī)(MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應(yīng)用系統(tǒng)中可以起到降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。
SC1128通過電力線收發(fā)圖如圖3所示。
耦合電路可將功率放大器發(fā)射的信號耦合到電力線；又可將電力線上接收的信號耦合到帶通濾波器上。帶通濾波器和前級放大器為前級接收通道，它將接收的信號經(jīng)放大、濾波，送入SC1128的一級運(yùn)算放大器處理。功率放大器將SC1128發(fā)出的調(diào)相信號進(jìn)行功率放大，經(jīng)耦合線圈送入電力線。
(2)SC1128與單片機(jī)的連接電路[2]
單片機(jī)選用宏晶科技推出的超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的STC89C58RD+。該款單片機(jī)內(nèi)部自帶32 KB Flash，1280 B的RAM，可以免外擴(kuò)EEPROM，特別是該單片機(jī)支持在線燒寫，為以后的軟件升級帶來了便利。
SC1128與單片機(jī)連接如圖4所示。
36腳為收發(fā)控制端，0為接收，1為發(fā)射；37腳在發(fā)射和接收同步后產(chǎn)生同步脈沖信號，頻率隨工作主時鐘和周波的變化而變化；38腳為輸出發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)；39腳為設(shè)置數(shù)據(jù)及狀態(tài)的輸入輸出端；40腳為同步設(shè)置時鐘輸入端；41腳為片選輸入端。
發(fā)射狀態(tài)時，單片機(jī)將SR端(36腳)置高，SC1128芯片發(fā)出同步頭(37腳)，單片機(jī)通過TX端(38腳)同步發(fā)送數(shù)據(jù)。
接收狀態(tài)時，單片機(jī)將SR端(36腳)置低，SC1128芯片若接收到數(shù)據(jù)，則產(chǎn)生同步頭，通過TX端(38腳)將數(shù)據(jù)同步發(fā)送到單片機(jī)。
正常工作時，SC1128第 36腳(SR)不發(fā)射時始終置0，處于等待接收狀態(tài)。
2.3 功能電路
功能電路是根據(jù)所要實現(xiàn)的不同功能所加的電路,包括：
(1)按鍵電路：通過按鍵來控制繼電器，達(dá)到控制電器的作用；
(2)語音電路：可實現(xiàn)電器遠(yuǎn)程電話控制；
(3)傳感器電路：根據(jù)需要來選擇傳感器，如紅外傳感器，當(dāng)有人經(jīng)過時，傳感器給單片機(jī)發(fā)送信號，來控制繼電器，這里的繼電器可以接點燈，或報警模塊。煤氣傳感器可以探測煤氣泄漏并報警；
(4)電腦接口電路：可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，也可以在電腦中顯示電器的狀態(tài)或控制各個電器；
(5)液晶接口電路：可以顯示各個電器狀態(tài)；
(6)遙控電路：簡單地說，就是可以學(xué)習(xí)一個房間內(nèi)所有帶遙控電器的遙控編碼，這樣就可以用一個自定義的遙控器遙控所有的電器。
3 智能模塊軟件部分[3]
單片機(jī)軟件設(shè)計主要收發(fā)流程圖如圖5所示。
在第一次使用智能模塊時，通過紅外遙控器設(shè)置地址。一個家庭內(nèi)所有不同的智能模塊有各自的地址，這個可以以樓層、房間號和所用電器來定義。具體可以根據(jù)實際情況來確定。
本系統(tǒng)經(jīng)過長時間試驗運(yùn)行證明，具有維護(hù)量小、誤碼低，抗干擾能力強(qiáng)等特點。該擴(kuò)頻系統(tǒng)只需很小的空間，無需增加額外布線，工程建設(shè)周期短，給人們生活質(zhì)量帶來了很大的提高和便捷，提高了家庭的安防能力。
參考文獻(xiàn)
[1] 北京智源利和微電子技術(shù)有限公司.SC1128擴(kuò)頻通信芯片使用說明書.2004.
[2] 張毅剛，彭喜元，姜守達(dá).新編MSC-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004：68-82.
[3] 劉建偉,余永權(quán)，邊增遠(yuǎn). 基于電力線擴(kuò)頻通信的智能家居網(wǎng)絡(luò)[J].微計算機(jī)信息，2005，(24):160-162.