摘 要： 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種利用電力載波通信的家用電器智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ARM Cortex-M0為主控制器，集成了電力線載波芯片BWP08、傳感器、紅外學(xué)習(xí)與發(fā)送電路以及基本外圍接口等電路，實(shí)現(xiàn)了家用電器的集中化和自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)通過(guò)PC或者智能終端發(fā)出控制命令，經(jīng)載波芯片和調(diào)制電路耦合傳送到各個(gè)接收終端，由微控制器進(jìn)行命令解析與執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)家電的集中控制，微控制器亦可根據(jù)傳感器上傳的數(shù)值對(duì)家電進(jìn)行自動(dòng)化控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)方便、穩(wěn)定、可靠。
關(guān)鍵詞： 電力載波通信；Cortex-M0；傳感器；紅外學(xué)習(xí)；智能家居

　電力載波通信PLC（Power Line Communication）是電力系統(tǒng)特有的通信方式。它是利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。由于其自身的一些局限性，如配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用；不同的信號(hào)耦合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同；電力線上的固有的脈沖干擾對(duì)信號(hào)的高度削減，因此，PLC的生存空間不斷地被其他接入方式壓縮，但在遠(yuǎn)程抄表上還是有著廣泛的應(yīng)用。隨著數(shù)字家庭和智能樓宇的廣泛應(yīng)用，PLC技術(shù)重新得到了重視，它不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，并且在一個(gè)家庭或一個(gè)樓宇范圍內(nèi)充分屏蔽PLC的局限性，因此，PLC在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文利用PLC設(shè)計(jì)了一個(gè)基于ARM Cortex-M0的家電集中化與自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使用戶可以通過(guò)PC或定制的智能終端對(duì)家用電器進(jìn)行監(jiān)視與控制。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　家用電器的智能控制系統(tǒng)由檢測(cè)模塊（亮度傳感器、溫濕度傳感器等）、微控制模塊、電力載波模塊、紅外學(xué)習(xí)與控制模塊以及上位機(jī)軟件組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　用戶通過(guò)智能家居終端（PC或定制終端）下發(fā)控制命令，命令通過(guò)電力載波芯片BWP08以及耦合電路耦合到電力線上進(jìn)行傳輸，接收端（由BWP08及耦合電路組成）接收到電力線上的高頻信號(hào)后將數(shù)據(jù)解調(diào)并發(fā)送至微控制器（MCU），微控制器經(jīng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證后，對(duì)命令進(jìn)行解析，通過(guò)紅外或是其他控制方式對(duì)家用電器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家電的集中控制。同時(shí)，微控制器可接收亮度傳感器和溫濕度傳感器的檢測(cè)數(shù)值（光強(qiáng)度、溫濕度），根據(jù)光強(qiáng)度與用戶設(shè)定的閾值進(jìn)行比較進(jìn)行百葉窗的自動(dòng)調(diào)節(jié)及燈光控制，根據(jù)溫、濕度與閾值的比較進(jìn)行空調(diào)或供暖系統(tǒng)的自動(dòng)控制，從而制造了一個(gè)自適應(yīng)的舒適環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了家用電器的自動(dòng)控制。控制的閾值可通過(guò)命令寫入微控制器，微控制器也可以把傳感器采集數(shù)據(jù)及命令操作后的結(jié)果傳輸至上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，供用戶查詢與設(shè)定自動(dòng)控制條件。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 微控制器模塊
　微控制器是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的模塊，需進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、家電狀態(tài)監(jiān)控、紅外遙控器功能學(xué)習(xí)，家電控制等任務(wù)。微控制器選用NuMicro M051系列中的M0516LAN（以下簡(jiǎn)稱M0），它是基于ARM Cortex-M0內(nèi)核的32 bit微控制器，提供多種通信接口，包括多組GPIO、UART、SPI、I2C，可直接與各類外接設(shè)備通信，內(nèi)建8 KB Flash存儲(chǔ)器，4 KB非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可用于存儲(chǔ)各類紅外遙控器編碼。微控制器模塊除了電源模塊、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、調(diào)試接口等基本電路，還包括與檢測(cè)模塊接口電路、燈具控制電路、紅外學(xué)習(xí)與發(fā)送電路以及與載波芯片的連接電路，M0的電源模塊、時(shí)鐘電路等基本外圍電路如圖2所示。電源采用5 V電源輸入，經(jīng)AMS1117-3.3轉(zhuǎn)為穩(wěn)定3.3 V數(shù)字電壓輸出供芯片工作，并經(jīng)電感濾除高頻干擾可得模擬電壓3.3 V；時(shí)鐘電路采用12 MHz晶振電路；復(fù)位電路使用按鍵復(fù)位降低成本。

2.2 檢測(cè)模塊接口電路
　溫度傳感器采用DHT11，它是一款集溫度、濕度為一體的數(shù)字傳感器，包括一個(gè)電阻式測(cè)濕元件和一個(gè) NTC測(cè)溫元件，可以實(shí)時(shí)采集本地環(huán)境的濕度和溫度，提供單總線方式與控制器通信，設(shè)計(jì)中使用M0的I/O口與之通信，傳輸距離可達(dá)20 m。為了準(zhǔn)確全面獲取室內(nèi)空間的溫濕度，可連接多個(gè)DHT11。
　光強(qiáng)傳感器使用ROHM公司的16 bit串行輸出型環(huán)境光亮度傳感器BH1710FVC，擁有優(yōu)異的分光感度特性，無(wú)論是暗處還是在陽(yáng)光直射下都近似于人類視覺(jué)感應(yīng)，能夠進(jìn)行大范圍的亮度測(cè)定，提供I2C接口。而M0擁有數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)1 Mb/s的I2C總線，通過(guò)限流電阻R4、R5與上拉電阻R1、R2分別與BH1710FVC的SCL、SDA相連，時(shí)鐘信號(hào)由主機(jī)M0提供，利用主從通信方式進(jìn)行測(cè)量命令的寫入與測(cè)量結(jié)果的讀出。傳感器與M0硬件連接圖如圖3所示。