基于電力線載波技術(shù)的智能照明控制設(shè)計(jì)

王欣，王力

摘 要：文章通過(guò)電力載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能照明控制系統(tǒng)，選擇適合電力載波技術(shù)的輕型通信協(xié)議，由電力線網(wǎng)關(guān)收集到的信息通過(guò)電力線傳輸?shù)诫娏€載波模塊進(jìn)行解調(diào)后送到計(jì)算機(jī)，管理人員通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)收集到的信息對(duì)燈具的亮滅進(jìn)行相應(yīng)的控制，以達(dá)到照明的智能化，同時(shí)也不需要重新布線。

關(guān)鍵詞：電力載波技術(shù)；照明控制；電力線網(wǎng)關(guān)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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

電力線載波技術(shù)PLC（Power Line Communication），是指利用專(zhuān)門(mén)的調(diào)制解調(diào)器對(duì)信號(hào)加以調(diào)制解調(diào)，利用電力線網(wǎng)作為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和信息的交換。為了解決傳統(tǒng)教學(xué)樓室內(nèi)照明控制方式存在的問(wèn)題，本文提出了基于PLC的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，電力線載波技術(shù)將室內(nèi)原有的電力線作為傳輸媒介，采集到的信息數(shù)據(jù)通過(guò)電力線網(wǎng)關(guān)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)后傳遞到計(jì)算機(jī)，從而可以在遠(yuǎn)端根據(jù)傳遞來(lái)的信息對(duì)室內(nèi)燈具的亮滅進(jìn)行遠(yuǎn)程控制管理，不僅克服了傳統(tǒng)機(jī)械式、粗放式照明控制方式的缺點(diǎn)，還大大提高了管理效率，節(jié)約了能源，使得照明控制方式更加智能化。

1 系統(tǒng)的功能特點(diǎn)

本文介紹的智能照明控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）控制方式便捷。管理人員能實(shí)時(shí)地根據(jù)實(shí)際情況對(duì)燈具進(jìn)行相關(guān)地管理，提高了教學(xué)樓照明的智能化水平。

（2）智能化水平高。管理人員可以在計(jì)算機(jī)上的客戶(hù)端操作界面進(jìn)行操作從而控制各個(gè)教室的燈具亮滅。不需要安排專(zhuān)人根據(jù)作息時(shí)間對(duì)各個(gè)教室的燈具亮滅進(jìn)行控制，極大地提高了教學(xué)樓照明控制的智能化水平。

（3）免于重新布線。基于ARM主控器的電力線載波技術(shù)除了可以完成數(shù)據(jù)的傳輸，還可直接利用教學(xué)樓原有的電力線進(jìn)行通信，不需要額外的布線，極大地降低了對(duì)現(xiàn)有教學(xué)樓照明控制方式的改造成本。

2 總體設(shè)計(jì)方案

2.1 電力載波通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

電力線載波通信系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，信號(hào)接收時(shí)，通過(guò)耦合電路和選頻網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自電力線的載波信號(hào)，進(jìn)行模擬前段處理和A/D轉(zhuǎn)換后，送給FPGA進(jìn)行解調(diào)，ARM與載波模塊之間采用串口通信方式，控制電路實(shí)現(xiàn)客戶(hù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。信號(hào)發(fā)送時(shí)，主控制器模塊將上位機(jī)信息通過(guò)串口輸入給FPGA，經(jīng)調(diào)制解調(diào)并通過(guò)功放電路和耦合網(wǎng)絡(luò)后，加載到電力線上進(jìn)行傳輸。

2.2 電力線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

電力線網(wǎng)關(guān)上行通過(guò)網(wǎng)線將電力線網(wǎng)關(guān)與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行通信，下行是電力線載波通道，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力線上控制燈具的信息數(shù)據(jù)的收集、傳輸?shù)炔僮鳌？刂贫藢⒖刂茻艟吡翜绲闹噶畎l(fā)送到電力線網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過(guò)電力線網(wǎng)關(guān)對(duì)控制指令的調(diào)制解調(diào)后發(fā)送到電力線上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，接收端通過(guò)電力線網(wǎng)關(guān)將電力線上的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)后轉(zhuǎn)換成可操控的界面信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)燈具的控制。電力線網(wǎng)關(guān)主要有主控器模塊、FPGA模塊、電源模塊、信號(hào)耦合器、濾波器、深陷幅電路、以太網(wǎng)芯片、RS232接口以及RJ45接口，如圖2所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

在組網(wǎng)上，充分分析現(xiàn)有的PLC通信協(xié)議體制，選擇適合電力載波的物聯(lián)網(wǎng)控制傳輸通訊協(xié)議。本設(shè)計(jì)采用稀疏應(yīng)用的輕型通信協(xié)議，最多支持7級(jí)路由，并還可以繼續(xù)擴(kuò)充路由數(shù)，采取“輪詢(xún)+目的節(jié)點(diǎn)逆向推算”的路由算法，以便更好、更快地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與控制。PC與主節(jié)點(diǎn)之間采取RS485通信，主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間采用電力線載波方式通信，如圖3所示。

一個(gè)輪詢(xún)通信系統(tǒng)包括一個(gè)主站和多個(gè)連接到該主站的子站。該主站包括一個(gè)地址控制部分和一個(gè)輪詢(xún)控制部分。地址控制部分把一個(gè)預(yù)定的輪詢(xún)周期分成多種類(lèi)型的輪詢(xún)間隔，其中每個(gè)輪詢(xún)間隔具有一個(gè)不同的輪詢(xún)次數(shù)，并且保持對(duì)應(yīng)于相應(yīng)輪詢(xún)間隔的輪詢(xún)目標(biāo)子站的地址。輪詢(xún)控制部分切換該輪詢(xún)間隔，并且依據(jù)子站的狀態(tài)改變?cè)诘刂房刂撇糠种械牡刂贰Ｃ恳粋€(gè)子站包括另一個(gè)輪詢(xún)控制部分，它在該子站被主站輪詢(xún)時(shí)發(fā)送一個(gè)答復(fù)。

3.2 智能照明控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)開(kāi)始工作后，首先要進(jìn)行上電初始化，初始化操作主要完成客戶(hù)端控制界面對(duì)節(jié)點(diǎn)信息的獲取、內(nèi)外部資源和STM32F103的初始化，并完成對(duì)STM32F103控制寄存器的配置，將STM32F103芯片設(shè)置為接收狀態(tài)，當(dāng)接收到控制端發(fā)送的指令時(shí)執(zhí)行相應(yīng)操作。系統(tǒng)初始化之后，調(diào)用熱釋電紅外檢測(cè)程序，檢測(cè)外界是否有人，只有檢測(cè)到有人時(shí)，才調(diào)用照度調(diào)節(jié)子程序?qū)艟唛_(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)，否則不執(zhí)行操作，如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)軟硬件的設(shè)計(jì)和在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試，效果非常好。本設(shè)計(jì)是針對(duì)如今照明控制方式存在的問(wèn)題進(jìn)行的改進(jìn)，隨著科技的不斷發(fā)展、新技術(shù)的不斷誕生，電力線載波技術(shù)也必將會(huì)得到進(jìn)一步的改進(jìn)、發(fā)展和完善，同時(shí)也會(huì)使得照明控制更加智能化。

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