專利名稱：基于x10電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力線載波通信與智能家電控制領(lǐng)域，具體涉及基于XIO電力線
載波通信的智能家電控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人們生活觀念的提升，對家用電器的智能管理與控制的需 求越來越強，便利和成本低的家用電器的有效管理成為了一個研究熱點。傳統(tǒng)家電基本上 是一個獨立體，隨著人們對信息互連互通的強烈要求，傳統(tǒng)家電正向著數(shù)據(jù)互通方向發(fā)展。 國際公認的家庭網(wǎng)絡(luò)標準有美國的X10、消費電子總線(CEBus) 、LonWorks協(xié)議，歐洲的安 裝總線(EIB)協(xié)議，日本的家庭總線系統(tǒng)(Home Bus System)等。 國內(nèi)對于家庭智能家居系統(tǒng)研究起步較晚，由于一些歷史原因，使智能家居系統(tǒng) 沒有統(tǒng)一的標準。如海信科龍研究的"智能網(wǎng)絡(luò)家居系統(tǒng)"由家庭網(wǎng)關(guān)、抄表控制器、安防控 制器、家電控制器等控制器及家庭總線組成。清華同方的e-Home數(shù)字家園配合相關(guān)網(wǎng)絡(luò)、 計算機和軟件技術(shù)，應(yīng)用于家庭自動化、小區(qū)智能化和社區(qū)信息化的生活工作網(wǎng)絡(luò)。為了 提升家電產(chǎn)業(yè)的附加值，九十年代初，家電行業(yè)提出數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的概念，而由于家庭網(wǎng)絡(luò) 中，家用電器的價格需求、控制命令數(shù)據(jù)帶寬等都有很大的差異。對于燈具等簡單家電，其 控制數(shù)據(jù)量比較小，同時本身價格不高，所以要求網(wǎng)絡(luò)化附加成本應(yīng)該比較低。簡而言之， 智能家電控制領(lǐng)域目前主要面臨以下問題第一、家電業(yè)各自為政的情況比較嚴重，各產(chǎn)品 沒有統(tǒng)一的家電通信標準；第二、智能家電組網(wǎng)附加成本的降低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供基于XIO電力線載波 通信的家電控制系統(tǒng)。具體技術(shù)方案如下 基于XIO電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)，包括計算機、主控端和一個以上的受 控端；計算機通過串口線與主控端連接，實現(xiàn)受控端地址分配、受控端名稱管理、家電工作 狀態(tài)控制和家電運行狀態(tài)查詢；受控端與主控端通過電力線連接，采用X10協(xié)議通信；受控 端還與家電連接，控制家電的運行狀態(tài)。 上述的基于XIO電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)中，主控端包括串口通信模塊、 鍵盤/顯示模塊、主控端過零點檢測模塊、主控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊、主控端微處理器模 塊和主控端系統(tǒng)電源；串口通信模塊通過串口線(RXD/TXD/GND)與主控端微處理器模塊連 接，負責(zé)主控端與計算機的串口通信；鍵盤/顯示模塊通過輸入輸出信號線和SPI (串行外 圍設(shè)備接口)接口 (SCLK/SDATA/SRST)與主控端微處理器模塊連接，該模塊用于讀取用戶 的鍵盤輸入操作和顯示家電控制情況、家電運行狀態(tài)；主控端過零點檢測模塊通過外部中 斷線路與主控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)對電力線上50Hz電力信號過零點的檢測；主控端 信號調(diào)制/解調(diào)模塊通過輸入輸出信號線與主控端微處理器模塊連接，以50Hz電力信號為 載波，以電力線為通信介質(zhì)，實現(xiàn)基于X10協(xié)議的信號調(diào)制與解調(diào)。[0007] 上述的基于XIO電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)中，受控端包括受控端過零點檢 測模塊、受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊、家電控制模塊、受控端微處理器模塊和受控端系統(tǒng)電 源；受控端過零點檢測模塊通過外部中斷線路與受控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)對電力線 上50Hz電力信號過零點的檢測；受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊通過輸入輸出信號線與受控端 微處理器模塊連接，以50Hz電力信號為載波，以電力線為通信介質(zhì)，實現(xiàn)基于X10協(xié)議的信 號調(diào)制與解調(diào)；家電控制模塊由繼電器和可控硅調(diào)光電路組成，通過輸入輸出信號線與受 控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)家電開關(guān)和照明亮度的控制；受控端與主控端通過電力線連 接，采用X10協(xié)議通信。 上述的家電控制系統(tǒng)中，鍵盤/顯示模塊由4X4陣列鍵盤和漢字點陣液晶顯示器 組成，4X4陣列鍵盤通過8根輸入輸出信號線與主控端微處理器模塊連接，漢字點陣液晶 顯示器通過SPI(串行外圍設(shè)備接口 )接口 (SCLK/SDATA/SRST)與主控端微處理器模塊連 接，該模塊用于讀取用戶的鍵盤輸入操作，顯示家電控制情況和家電運行狀態(tài)，用戶可通過 該模塊完成家電控制操作。 上述的家電控制系統(tǒng)中，主控端過零點檢測模塊和受控端過零點檢測模塊均為由 比較器構(gòu)成的整形電路，將電力線正弦波信號調(diào)整為方波信號，分別通過外部中斷線路與 主控端微處理器模塊和受控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)對電力線上50Hz電力信號過零點 的檢測。 上述的家電控制系統(tǒng)中，主控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊和受控端信號調(diào)制/解調(diào)模 塊均由信號放大電路、信號耦合電路和整形電路組成，分別通過2根輸入輸出信號線與主 控端微處理器模塊和受控端微處理器模塊連接，以50Hz電力信號為載波，以電力線為通信 介質(zhì)，實現(xiàn)基于X10協(xié)議的信號調(diào)制與解調(diào)，微處理器模塊輸出的X10信號經(jīng)過信號放大電 路和信號耦合電路調(diào)制到電力線上；電力線上的X10信號通過信號耦合電路和整形電路解 調(diào)并輸入到微處理器模塊。 上述的家電控制系統(tǒng)中，家電控制模塊由繼電器和可控硅調(diào)光電路組成，通過1 根輸入輸出信號線與受控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)家電的開關(guān)和照明亮度的控制。 上述的家電控制系統(tǒng)中，主控端微處理器模塊和受控端微處理器模塊均由MCU芯 片(8位AVR單片機ATMegal6)、復(fù)位電路、外部晶振電路組成，完成數(shù)據(jù)處理、進程控制、協(xié) 調(diào)控制與其連接的其他模塊的工作；受控端微處理器模塊還包括一學(xué)習(xí)鍵，學(xué)習(xí)鍵與MCU 芯片連接，用于獲得計算機分配給受控端的地址。 上述的家電控制系統(tǒng)中，主控端系統(tǒng)電源和受控端系統(tǒng)電源由變壓器和穩(wěn)壓芯片
組成，直接從電力線采電，經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，供應(yīng)直流電源給系統(tǒng)中的各個模塊。 上述的基于XIO電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)的控制方法，該方法中用戶將計
算機與主控端通過串口線連接，主控端與受控端通過電力線連接，家電接入到受控端的家
電控制模塊，實現(xiàn)地址分配、名稱管理、家電控制、狀態(tài)查詢，具體包括如下步驟 (1)用戶先在計算機上安裝家電控制系統(tǒng)的計算機客戶端應(yīng)用軟件，將主控端接
入電力線，使用串口線將計算機串口與主控端串口通信模塊連接；把受控端接入電力線，把
家電接入到受控端的家電控制模塊，家電控制系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)； (2)按住一個受控端的學(xué)習(xí)鍵3秒鐘，受控端進入地址設(shè)置狀態(tài)，15秒內(nèi)通過計 算機或主控端選擇"設(shè)定地址"指令，計算機和主控端會在8位十六進制數(shù)0x01 OxFF的255個地址中選擇一個空閑地址，將該空閑地址發(fā)送給處于地址設(shè)置狀態(tài)的受控端，處于地 址設(shè)置狀態(tài)的受控端收到該地址后將該地址設(shè)置為本地地址，地址設(shè)置完成，受控端向主 控端回復(fù)確認信號，進入正常工作狀態(tài)；若15秒內(nèi)受控端沒有收到配置地址，則退出地址 設(shè)置狀態(tài)，地址設(shè)置失??；在計算機客戶端應(yīng)用軟件界面上，用戶可根據(jù)實際情況將不利于 記憶的地址碼改為易于記憶的家電名稱，如走廊電燈、客廳風(fēng)扇； (3)按照步驟(2)的方法對其他受控端進行地址配置，并為各受控地址賦予家電
名稱，家電控制系統(tǒng)所有終端配置完成，家電控制系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)； (4)用戶通過計算機或主控端選擇一個地址或家電名稱，再選擇一個控制或查詢
命令，所有受控端收到信號后，先查看命令地址是否為本地地址，如果不是本地地址則不做
處理；如果是本地地址則再查看命令，若是開、關(guān)等控制命令則通過家電控制模塊執(zhí)行相應(yīng)
操作，并向主控端和計算機回復(fù)"確認"信號，若是查詢命令則將本地家電運行狀態(tài)發(fā)送到
主控端和計算機； (5)如果受控端回復(fù)"確認"信號，主控端和計算機界面上將顯示家電控制"成功"，
如果受控端回復(fù)家電運行狀態(tài)信息，主控端和計算機界面上將顯示家電運行狀態(tài)信息。 上述的控制方法中，所述的計算機和主控端最多可對同相電力線回路的255個受
控端(連接255臺家電)進行控制，每個終端擁有一個8位十六進制的地址編號，主控端使
用地址0x00，受控端可使用地址0x01 0xFF。 上述的控制方法中，家電控制系統(tǒng)可實現(xiàn)8種信息通信 開啟控制指令，指定相應(yīng)地址的受控端啟動與該受控端連接的家電； 關(guān)閉控制指令，指定相應(yīng)地址的受控端關(guān)閉與該受控端連接的家電； 昏暗控制指令，指定相應(yīng)地址的受控端降低與該受控端連接的照明家電的亮
度； 明亮控制指令，指定相應(yīng)地址的受控端增加與該受控端連接的照明家電的亮 度； 呼叫確認確認信息，受控端收到控制指令并執(zhí)行后，向主控端發(fā)送確認信息； 狀態(tài)請求查詢指令，查詢指定地址的受控單元所連接的家電的運行狀態(tài)； 狀態(tài)=開啟狀態(tài)回復(fù)，受控單元正常工作時，回復(fù)該信息； 狀態(tài)=關(guān)閉狀態(tài)回復(fù)，受控單元關(guān)閉無工作時，回復(fù)該信息。
上述的控制方法中，受控端有兩種運行狀態(tài) 地址設(shè)置狀態(tài)受控端等待接收設(shè)定地址，主控端發(fā)出地址信號，受控端將該地址 設(shè)置為本地地址，設(shè)置完成后進入正常工作狀態(tài)； 正常工作狀態(tài)受控端正常運行，等待接收命令，收到命令后執(zhí)行相應(yīng)操作。
本實用新型使用X10國際標準，采用電力線載波通信技術(shù)，利用電力線作為傳輸 介質(zhì)，實現(xiàn)電燈等家用電器的智能控制，無需另行布線，具有成本低、性能穩(wěn)定、兼容性強、 安裝方便、操作簡單的特點。具體來說，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和有益 效果 (1)適用范圍廣、兼容性強。采用X10國際標準，比起其他采用自定義協(xié)議的產(chǎn)品， 適用范圍更廣、兼容性更強，只要同為X10標準的產(chǎn)品都可以和本實用新型兼容使用。
(2)成本低、體積小、安裝方便、操作簡單。本實用新型采用電力線載波通信技術(shù)，通過現(xiàn)存電力線傳輸X10信號實現(xiàn)家電控制，無需另行布線，安裝方便、操作簡單。
(3)可按需選配，性價比高。本實用新型可根據(jù)家電使用的實際情況，選配一至多
個(最多可達255個)受控模塊，靈活配置。 (4)地址保存功能。受控端地址設(shè)置后保存于EEPROM，停電不丟失，重新上電后無 需再次設(shè)置。 (5)家電控制智能化。本實用新型實現(xiàn)半雙工電力線載波通信，可回復(fù)家電控制確 認信息和家電運行狀態(tài)信息；系統(tǒng)同時支持計算機控制和在主控端上直接控制；控制指令 豐富，系統(tǒng)實現(xiàn)開啟、關(guān)閉、昏暗、明亮、呼叫確認、狀態(tài)請求、狀態(tài)=開啟、狀態(tài)=關(guān)閉8種 信息通信，實現(xiàn)了家電控制智能化。

圖1是本實用新型實施方式中的家電控制系統(tǒng)框架圖。 圖2是本實用新型實施方式中的主控端結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本實用新型實施方式中的受控端結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本實用新型實施方式中的計算機客戶端應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)圖。 圖5是本實用新型實施方式中的主控端軟件流程圖。 圖6是本實用新型實施方式中的受控端軟件流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型要求保護的
范圍并不局限于實施例表述的范圍。 1、硬件方案 (1)基于X10電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)，包括計算機、主控端和受控端三部 分；計算機通過串口線(RXD/TXD/GND)與主控端連接，實現(xiàn)受控端地址分配、受控端名稱管 理、家電工作狀態(tài)控制和家電運行狀態(tài)查詢；受控端與主控端通過電力線連接，采用X10協(xié) 議通信； (2)主控端包括串口通信模塊、鍵盤/顯示模塊、主控端過零點檢測模塊、主控端 信號調(diào)制/解調(diào)模塊、主控端微處理器模塊、主控端系統(tǒng)電源；串口通信模塊由MAX232及 外圍元件組成，通過UART電平的串口線(RXD/TXD/GND)與主控端微處理器模塊連接，留出 RS232電平的串口 (RXD/TXD/GND)用以連接計算機串口 ，負責(zé)主控端與計算機的串口通信； 鍵盤/顯示模塊由4X4陣列鍵盤和漢字點陣液晶顯示器組成，4X4陣列鍵盤通過8根輸 入輸出信號線與主控端微處理器模塊連接，漢字點陣液晶顯示器通過SPI(串行外圍設(shè)備 接口 )接口 (SCLK/SDATA/SRST)與主控端微處理器模塊連接，該模塊用于讀取用戶的鍵盤 輸入操作，顯示家電控制情況和家電運行狀態(tài)；主控端過零點檢測模塊通過外部中斷線路 INT0與主控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)對電力線上50Hz電力信號過零點的檢測；主控端信 號調(diào)制/解調(diào)模塊通過2根輸入輸出信號線與主控端微處理器模塊連接，以50Hz電力信號 為載波，以電力線為通信介質(zhì)，實現(xiàn)基于X10協(xié)議的信號調(diào)制與解調(diào)；主控端微處理器模塊 由MCU芯片(8位AVR單片機ATMega16)、復(fù)位電路、外部晶振電路組成，完成數(shù)據(jù)處理、進程 控制、協(xié)調(diào)控制與其連接的其他模塊的工作；主控端系統(tǒng)電源由變壓器和穩(wěn)壓芯片等組成，直接從電力線采電，經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓得直流電源+20V、 +9V、 士5V，供應(yīng)電源給系統(tǒng) 中的其他模塊； (3)受控端由受控端過零點檢測模塊、受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊、家電控制模 塊、受控端微處理器模塊、受控端系統(tǒng)電源五部分組成；受控端過零點檢測模塊通過外部中 斷線路INTO與受控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)對電力線上50Hz電力信號過零點的檢測； 受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊通過2根輸入輸出信號線與受控端微處理器模塊連接，以50Hz 電力信號為載波，以電力線為通信介質(zhì)，實現(xiàn)基于X10協(xié)議的信號調(diào)制與解調(diào)；家電控制 模塊由繼電器和可控硅調(diào)光電路組成，通過1根輸入輸出信號線與受控端微處理器模塊連 接，留出兩個接線柱(火線L和零線N)用于家電接入，實現(xiàn)家電開關(guān)和照明亮度的控制；受 控端微處理器模塊由MCU芯片(8位AVR單片機ATMegal6)、復(fù)位電路、外部晶振電路和一 個按鍵組成，完成數(shù)據(jù)處理、進程控制、協(xié)調(diào)控制與其連接的其他模塊的工作；受控端系統(tǒng) 電源由變壓器和穩(wěn)壓芯片等組成，直接從電力線采電，經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓得直流電源 +20V、 +9V、 士5V，供應(yīng)電源給系統(tǒng)中的其他模塊。 2、工作過程 (1)用戶先在計算機上安裝家電控制系統(tǒng)的計算機客戶端應(yīng)用軟件，將主控端接 入電力線，使用串口線將計算機串口與主控端串口通信模塊連接；把受控端接入電力線，把 家電接入到受控端的家電控制模塊，家電控制系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)； (2)按住一個受控端的學(xué)習(xí)鍵3秒鐘，受控端進入地址設(shè)置狀態(tài)，15秒內(nèi)通過計算 機或主控端選擇"設(shè)定地址"指令，計算機和主控端會在0x01 OxFF的255個地址中選擇 一個空閑地址，將該空閑地址發(fā)送給處于地址設(shè)置狀態(tài)的受控端，處于地址設(shè)置狀態(tài)的受 控端收到該地址后將該地址設(shè)置為本地地址，地址設(shè)置完成，受控端向主控端回復(fù)確認信 號，進入正常工作狀態(tài)；若15秒內(nèi)受控端沒有收到配置地址，則退出地址設(shè)置狀態(tài)，地址設(shè) 置失敗；在計算機客戶端應(yīng)用軟件界面上，用戶可根據(jù)實際情況將不利于記憶的地址碼改 為易于記憶的家電名稱，如走廊電燈、客廳風(fēng)扇； (3)按照步驟(2)的方法對其他受控端進行地址配置，并為各受控地址賦予家電
名稱，家電控制系統(tǒng)所有終端配置完成，家電控制系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)； (4)用戶通過計算機或主控端選擇一個地址或家電名稱，再選擇一個控制或查詢
命令，所有受控端收到信號后，先查看命令地址是否為本地地址，如果不是本地地址則不做
處理；如果是本地地址則再查看命令，若是開、關(guān)等控制命令則通過家電控制模塊執(zhí)行相應(yīng)
操作，并向主控端和計算機回復(fù)"確認"信號，若是查詢命令則將本地家電運行狀態(tài)發(fā)送到
主控端和計算機； (5)如果受控端回復(fù)"確認"信號，主控端和計算機界面上將顯示家電控制"成功"， 如果受控端回復(fù)家電運行狀態(tài)信息，主控端和計算機界面上將顯示家電運行狀態(tài)信息。 實施例 如圖1所示，為本實施例中的家電控制系統(tǒng)框架圖。其中 (1)計算機11 :用于安裝計算機客戶端應(yīng)用軟件，提供友好的人機交互與操作界 面，實現(xiàn)地址分配、名稱管理、家電控制、狀態(tài)查詢功能； (2)主控端12 :置于計算機附近，通過串口線與計算機連接，接受鍵盤操作，顯示 相關(guān)信息，與各受控端通信；[0060] (3)受控端13 :置于家電附近，接收來自主控端的家電控制指令，控制家電工作， 發(fā)送控制確認信號和家電運行狀態(tài)信息； (4)家電14 :被控制對象，接入到受控端的家電控制模塊的接線柱L/N，可以是燈 泡、日光燈、電風(fēng)扇等家用電器，其中燈泡可控制亮度； (5)串口線15 :計算機與主控端的連接線，串口線包括RXD/TXD/GND三根線； (6)電力線16 :現(xiàn)存的家庭電力線，承擔(dān)為家電及控制系統(tǒng)供電、主控端與受控端 通信介質(zhì)的作用。 對于主控端，如圖2所示，為主控端結(jié)構(gòu)圖。主控端20主要包括以下單元 (1)串口通信模塊21 :與計算機連接的接口，負責(zé)主控端微處理器模塊與計算機 的串口通信任務(wù)； (2)鍵盤/顯示模塊22 :人機交互模塊，完成地址、命令的輸入和相關(guān)信息的顯示 輸出；鍵盤/顯示模塊由4X4陣列鍵盤和漢字點陣液晶顯示器組成； (3)主控端過零點檢測模塊23 :負責(zé)檢測電力線上電力信號的過零點，將50Hz正 弦波整形為方波； (4)主控端信號調(diào)制解調(diào)模塊24 :完成X10協(xié)議通信信號的調(diào)制與解調(diào)。該模塊 主要由信號耦合電路、信號放大電路、比較器信號整形電路組成； (5)主控端微處理器模塊25 :負責(zé)數(shù)據(jù)處理和對其他模塊的協(xié)調(diào)、控制。MCU選用 8位高性能AVR單片機，16KB的Flash, 1KB的SRAM， 512B的EEPROM ; (6)主控端系統(tǒng)電源26 :負責(zé)為各系統(tǒng)模塊供電。主控端系統(tǒng)電源由變壓器和 穩(wěn)壓芯片等組成，直接從電力線采電，經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓得到直流電源+20V、 +9V、 ±5V ; (7)串行總線27 :串口通信模塊與主控端微處理器模塊的連接線。串行總線包括 RXD/TXD/GND三根線； (8) IO/SPI信號線28 :鍵盤/顯示模塊與主控端微處理器模塊的連接線。4X4陣 列鍵盤通過8根10信號線與主控端微處理器模塊連接，漢字液晶顯示器通過SPI (串行外 圍設(shè)備接口 )接口 (SCLK/SDATA/SRST)與主控端微處理器模塊連接； (9) INTO外部中斷線路29 :主控端過零點檢測模塊與主控端微處理器模塊的連接 線。主控端過零點檢測模塊通過上升沿、下降沿中斷形式通知處理器； (10)10信號線210 :主控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊與主控端微處理器模塊的連接線。 包括兩根10線，信號調(diào)制部分接至主控端微處理器模塊的P麗信號輸出腳，解調(diào)部分接至 主控端微處理器模塊的定時器/計數(shù)器輸入腳； (11)直流電源線211 :主控端系統(tǒng)電源供電線路。提供+20V、+9V、 士5V直流電源 給各模塊； (12)電力線212 :現(xiàn)存的家庭電力線，承擔(dān)供電與通信介質(zhì)任務(wù)。主控端系統(tǒng)電源 由電力線采電給其他模塊供電，主控端過零點檢測模塊從電力線采集50Hz正弦波電力信 號，主控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊以電力線為通信介質(zhì)。 對于受控端，如圖3所示，為受控端結(jié)構(gòu)圖。受控端30主要包括以下單元 (1)受控端過零點檢測模塊31 :負責(zé)檢測電力線上電力信號的過零點，將50Hz正 弦波整形為方波；[0079] (2)受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊32 :完成X10協(xié)議通信信號的調(diào)制與解調(diào)。受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊主要由信號耦合電路、信號放大電路、比較器信號整形電路組成；[0080] (3)家電控制模塊33 :負責(zé)家電開關(guān)和照明亮度的控制。家電控制模塊由繼電器和可控硅調(diào)光電路組成，留出兩個接線柱(L/N)用于家電接入； (4)受控端微處理器模塊34 :負責(zé)數(shù)據(jù)處理和對其他模塊的協(xié)調(diào)、控制。MCU選用8位高性能AVR單片機，16KB的Flash, 1KB的SRAM， 512B的EEPR0M ; (5)受控端系統(tǒng)電源35 :負責(zé)為各系統(tǒng)模塊供電。受控端系統(tǒng)電源由變壓器和穩(wěn)壓芯片等組成，直接從電力線采電，經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓得到直流電源+20V、 +9V、±5V ; (6) INTO外部中斷線路36 :受控端過零點檢測模塊與受控端微處理器模塊的連接線。受控端過零點檢測模塊通過上升沿、下降沿中斷形式通知處理器；[0084] (7) 10信號線37 :受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊與受控端微處理器模塊的連接線。包括兩根10線，受控端信號調(diào)制部分接至受控端微處理器模塊的P麗信號輸出腳，解調(diào)部分接至受控端微處理器模塊的定時器/計數(shù)器輸入腳； (8) 10信號線38 :家電控制模塊與受控端微處理器模塊的連接線。受控端微處理器模塊通過該信號線控制繼電器斷開、閉合，控制可控硅調(diào)光電路； (9)直流電源線39 :受控端系統(tǒng)電源供電線路。提供+20V、+9V、 ±5V直流電源給各模塊； (10)電力線310 :現(xiàn)存的家庭電力線，承擔(dān)供電與通信介質(zhì)任務(wù)。受控端系統(tǒng)電源由電力線采電給其他模塊供電，家電控制模塊控制該電力線與家電的連接狀態(tài)，受控端過零點檢測模塊從電力線采集50Hz正弦波電力信號，受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊以電力線為通信介質(zhì)。 如圖4，為本實施例中的計算機客戶端應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)圖。
(1)計算機客戶端應(yīng)用軟件41 :安裝于用戶計算機上的應(yīng)用軟件； (2)地址分配42:各受控端進行地址設(shè)置時，應(yīng)用軟件會在8位十六進制數(shù)
0x01 OxFF的255個地址中選擇一個空閑地址，分配給新加入的受控端； (3)名稱管理43 :在計算機客戶端應(yīng)用軟件界面上，用戶可根據(jù)實際情況將不利
于記憶的地址碼改為易于記憶的家電名稱，如走廊電燈、客廳風(fēng)扇等。修改后應(yīng)用軟件將
地址碼和家電名稱對應(yīng)起來； (4)家電控制44 :系統(tǒng)允許用戶通過計算機，最多可對255臺家電進行開關(guān)和照明亮度控制； (5)狀態(tài)查詢45 :用戶可通過計算機，查詢各受控家電的運行狀態(tài)。 如圖5，為本實施例中主控端運行流程圖。流程圖50步驟如下 (1)供電后，初始化MCU及各種變量，初始化顯示器51。初始化包括MCU的工作時
鐘、10 口輸入輸出設(shè)置、液晶顯示器等； (2)先查看串口是否收到數(shù)據(jù)52，如果串口沒有收到數(shù)據(jù)，則查看是否有鍵盤輸入53，如果鍵盤無輸入，返回查詢串口接收狀態(tài)，如果鍵盤有輸入，提取地址和命令54 ;如果串口有收到數(shù)據(jù)，則據(jù)串口協(xié)議提取地址和命令55 ; (3)由串口數(shù)據(jù)或鍵盤輸入提取地址和命令后，據(jù)X10協(xié)議編碼，通過電力線向各受控端發(fā)送地址和命令56，并等待2秒查看是否收到來自受控端的回復(fù)57 ; (4)如果2秒內(nèi)沒有收到回復(fù)，串口向計算機發(fā)送失敗信息字符串"Fail"，液晶顯
示失敗信息"失敗"58 ;如果有收到回復(fù)，則查看是否控制確認信息59，是則通過串口向計
算機發(fā)送確認信息"0K"，液晶顯示確認信息"成功"510，返回查詢串口接收狀態(tài)，否則為家
電運行狀態(tài)查詢回復(fù)信息，通過串口向計算機發(fā)送家電運行狀態(tài)信息，液晶顯示家電運行
狀態(tài)信息511，返回查詢串口接收狀態(tài)。 如圖6，為本實施例中受控端運行流程圖。流程圖60步驟如下 (1)上電后，初始化MCU及各種變量61。初始化包括MCU的工作時鐘、10 口輸入
輸出設(shè)置等； (2)初始化完成后，從EEPROM取出之前設(shè)置并保存好的地址，設(shè)置為本地地址62， 設(shè)置受控端為X10接收方式，查看是否收到X10數(shù)據(jù)63 ; (3)如果收到X10數(shù)據(jù)，則據(jù)X10協(xié)議解碼，提取地址和命令64，查看地址是否為 本地地址65，不是本地地址則返回查詢X10接收狀態(tài)，是本地地址則查看命令是控制指令 還是查詢指令66 ，是控制指令則據(jù)指令執(zhí)行相應(yīng)家電控制操作67并據(jù)X10協(xié)議編碼向主控 端發(fā)送主控端地址和確認信息68，不是控制指令則是查詢指令，據(jù)X10協(xié)議編碼向主控端 發(fā)送主控端地址和家電運行狀態(tài)信息69 ; (4)如果沒有收到X10數(shù)據(jù)，則查詢是否有學(xué)習(xí)鍵按下3秒鐘610，沒有則返回查 詢X10接收狀態(tài)，有則進入地址設(shè)置狀態(tài)611，等待15秒是否收到X10數(shù)據(jù)612，沒有則退 出地址設(shè)置狀態(tài)613，返回查詢X10接收狀態(tài)，收到X10數(shù)據(jù)則據(jù)X10協(xié)議解碼，提取地址存 入EEPROM并設(shè)置為本地地址614，退出地址設(shè)置狀態(tài)613，返回查詢X10接收狀態(tài)。
權(quán)利要求基于X10電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)，其特征是包括計算機、主控端和一個以上的受控端；計算機通過串口線與主控端連接，實現(xiàn)受控端地址分配、受控端名稱管理、家電工作狀態(tài)控制和家電運行狀態(tài)查詢；受控端與主控端通過電力線連接，采用X10協(xié)議通信；受控端還與家電連接，控制家電的運行狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于X10電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)，其特征是，所述主 控端包括串口通信模塊、鍵盤/顯示模塊、主控端過零點檢測模塊、主控端信號調(diào)制/解調(diào) 模塊、主控端微處理器模塊和主控端系統(tǒng)電源，串口通信模塊一端通過串口線與主控端微 處理器模塊連接，另一端與計算機連接，負責(zé)主控端與計算機的串口通信；鍵盤/顯示模塊 通過輸入輸出信號線和串行外圍設(shè)備接口與主控端微處理器模塊連接，用于讀取用戶的鍵 盤輸入操作，顯示家電控制是否成功和家電運行狀態(tài)；主控端過零點檢測模塊的輸入端與 電力線連接，輸出端通過外部中斷線路與主控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)對電力線上50Hz電力信號過零點的檢測；主控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊通過自身的信號耦合電路與電力線連 接，并通過輸入輸出信號線與主控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)基于X10協(xié)議的信號調(diào)制與 解調(diào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于X10電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)，其特征是，所述受 控端包括受控端過零點檢測模塊、受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊、家電控制模塊、受控端微處 理器模塊和受控端系統(tǒng)電源；受控端過零點檢測模塊的輸入端與電力線連接，輸出端通過 外部中斷線路與受控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)對電力線上50Hz電力信號過零點的檢測； 受控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊通過自身的信號耦合電路與電力線連接，并通過輸入輸出信號 線與受控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)基于X10協(xié)議的信號調(diào)制與解調(diào)；家電控制模塊包括 繼電器和可控硅調(diào)光電路，通過輸入輸出信號線與受控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)家電開 關(guān)和照明亮度的控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的家電控制系統(tǒng)，其特征在于鍵盤/顯示模塊由4X4陣列鍵 盤和漢字點陣液晶顯示器組成，4X4陣列鍵盤通過8根輸入輸出信號線與主控端微處理器 模塊連接，漢字點陣液晶顯示器通過串行外圍設(shè)備接口與主控端微處理器模塊連接，該模 塊用于讀取用戶的鍵盤輸入操作，顯示家電控制是否成功和家電運行狀態(tài)，用戶通過鍵盤/ 顯示模塊完成家電控制操作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的家電控制系統(tǒng)，其特征在于主控端過零點檢測模塊和受控端 過零點檢測模塊均為由比較器構(gòu)成的整形電路，將電力線正弦波信號調(diào)整為方波信號，實 現(xiàn)對電力線上50Hz電力信號過零點的檢測；主控端信號調(diào)制/解調(diào)模塊和受控端信號調(diào)制 /解調(diào)模塊均由信號放大電路、信號耦合電路和整形電路組成，微處理器模塊輸出的X10信 號經(jīng)過信號放大電路和信號耦合電路調(diào)制到電力線上，電力線上的X10信號通過信號耦合 電路和整形電路解調(diào)并輸入到微處理器模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的家電控制系統(tǒng)，其特征在于主控端微處理器模塊和受控端微 處理器模塊均包括MCU芯片、復(fù)位電路和外部晶振電路，完成數(shù)據(jù)處理、進程控制、協(xié)調(diào)控 制與其連接的其他模塊的工作；受控端微處理器模塊還包括一學(xué)習(xí)鍵，學(xué)習(xí)鍵與MCU芯片 連接，用于獲得計算機分配給受控端的地址；主控端系統(tǒng)電源和受控端系統(tǒng)電源由變壓器 和穩(wěn)壓芯片組成，直接從電力線采電，經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，供應(yīng)直流電源給系統(tǒng)中的 各個模塊；家電控制模塊由繼電器和可控硅調(diào)光電路組成，通過1根輸入輸出信號線與受控端微處理器模塊連接，實現(xiàn)家電的開關(guān)和照明亮度的控制。
專利摘要本實用新型提供基于X10電力線載波通信的家電控制系統(tǒng)，包括計算機、主控端和一個以上的受控端；計算機通過串口線與主控端連接，實現(xiàn)受控端地址分配、受控端名稱管理、家電工作狀態(tài)控制和家電運行狀態(tài)查詢；受控端與主控端通過電力線連接，采用X10協(xié)議通信；受控端還與家電連接，控制家電的運行狀態(tài)。本實用新型將計算機與主控端通過串口線連接，主控端與受控端通過電力線連接，家電接入到受控端的家電控制模塊，實現(xiàn)受控端地址分配、受控端名稱管理、家電工作狀態(tài)控制和家電運行狀態(tài)查詢。本實用新型采用X10協(xié)議，實現(xiàn)了同相電力線回路的多路獨立的家電控制，無需另行布線，具有成本低、兼容性強、安裝操作簡單的優(yōu)點。
文檔編號G05B19/418GK201548849SQ200920272568
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者沈錫放, 鐘鋒, 陸以勤 申請人:華南理工大學(xué)