基于電力載波的智能辦公系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】為了降低成本，利用已有的電力輸送線路設(shè)計(jì)了一個(gè)基于電力載波技術(shù)的智能辦公系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托服務(wù)器程序，邏輯上呈現(xiàn)為星形拓?fù)?，根?jù)入網(wǎng)情況，物理結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件基于BWP20電力載波模塊，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)制，經(jīng)電力線傳輸，并解調(diào)完成數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)軟件基于Visual C++開(kāi)發(fā)平臺(tái)，完成簡(jiǎn)單的文字傳輸和文件傳輸?shù)裙δ堋＝?jīng)測(cè)試，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，有較高的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】電力載波通信；智能辦公系統(tǒng)；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.引言

在小型局域網(wǎng)中，擁有兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上的PC（Person Computer）機(jī)時(shí)，往往有相互通信的需要。目前，接入Internet的費(fèi)用還是比較高的，不安全因素處處存在，接入Internet可能得不償失。電力載波通信[1]指無(wú)需布設(shè)專(zhuān)用數(shù)據(jù)線路或修改通信線路，而利用現(xiàn)有電力線作為通信媒介，在現(xiàn)行電力正弦波形上加載通訊信號(hào)，完成通信的方式。將電力線作為傳輸介質(zhì)，一方面，不需要重新布線，因?yàn)殡娏€無(wú)處不在，另一方面，在小范圍內(nèi)，不怕數(shù)據(jù)外泄，安全性得到了保證。目前，許多電器都具有了一定的智能，為了減輕人的負(fù)擔(dān)，電器可以集中管理，無(wú)線模塊作為一個(gè)管理方法出現(xiàn)了很長(zhǎng)時(shí)間，但是無(wú)線傳輸有很大的弊端：信號(hào)需要直線傳輸，且成本高，信息很容易失竊。因此，以電力載波作為通信手段實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的辦公系統(tǒng)，具有極佳的應(yīng)用前景。

2.系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)由兩部分組成：軟件和硬件。軟件采用Visual C++開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)，支持多用戶(hù)同時(shí)在線，完成簡(jiǎn)單文字傳輸和文件傳輸。硬件采用BWP20電力載波模塊將數(shù)據(jù)調(diào)制到電力線上并進(jìn)行傳輸，然后通過(guò)BWP20電力載波模塊，將數(shù)據(jù)從電力線上解調(diào)出來(lái)。

2.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的詳細(xì)介紹，可以方便對(duì)系統(tǒng)拓?fù)渥龀雠袛?。本系統(tǒng)分為物理和邏輯兩個(gè)層面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

（1）物理拓?fù)?/p>

本系統(tǒng)在物理上呈現(xiàn)為總線型拓?fù)?，所有的?jié)點(diǎn)均通過(guò)電力載波模塊連接在干線（電力線）上，一個(gè)模塊的故障不會(huì)引起其他節(jié)點(diǎn)正常的工作。此處的節(jié)點(diǎn)均是通過(guò)電力載波模塊連接電力線上的PC機(jī)。具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）邏輯拓?fù)?/p>

系統(tǒng)在邏輯上呈現(xiàn)出星形拓?fù)?，和物理拓?fù)溆兴鶇^(qū)別。所謂邏輯拓?fù)?，是以?shù)據(jù)流的路徑作為依據(jù)的。系統(tǒng)借助于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)程序完成數(shù)據(jù)傳遞，其他節(jié)點(diǎn)只關(guān)心數(shù)據(jù)收發(fā)。因此，系統(tǒng)除了具備物理上的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)外，還彌補(bǔ)了它的不足，因?yàn)橹行墓?jié)點(diǎn)由物理上的中心節(jié)點(diǎn)變?yōu)檫壿嬌系闹行墓?jié)點(diǎn)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

3.1 BWP20電力載波模塊

電力載波模塊是本系統(tǒng)硬件重要一部分，完成數(shù)據(jù)調(diào)制到電力線功能。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，選取BWP20電力載波模塊。

BWP20嵌入式電力載波模塊提供半雙工通信功能，可以在220/110V，50/60Hz電力線上實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)通信。該模塊采用±12V供電，具有RS232接口及TTL電平接口，可以直接與電腦串口（COM1，COM2）連接收發(fā)數(shù)據(jù)，也可以直接與單片機(jī)的RXD、TXD連接，具有四種通訊速率可供選擇：600bps、1200bps、2400bps、4800bps，并且具有校驗(yàn)位選擇及每幀長(zhǎng)度選擇，方便用戶(hù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)[3]。

3.2 電源原理

作為電路正常工作的決定性因素，電源性能是首要考慮的。本次系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)需要正負(fù)12V電源，而平時(shí)常見(jiàn)電源均是正電源，正電源實(shí)現(xiàn)容易，負(fù)電源相對(duì)較難。最終電源原理圖如圖3所示。

其中，最左端電壓器（T1）實(shí)現(xiàn)220V交流至16V左右的交流，緊挨著右側(cè)為整流器（D1），由四個(gè)二極管組成，右邊兩個(gè)220微發(fā)（μF）電容C5、C6使整流后的相位保持和改變180，以產(chǎn)生正負(fù)16V左右電壓，右邊電容C3、C4是初次濾去脈動(dòng)，7812（U1），7912（U2）使電壓穩(wěn)定在正負(fù)12V，后面兩個(gè)330皮法（PF）電容C1、C2同前面電容（C3、C4）作用相同。

4.系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

為確保信息可靠傳輸，采用一定的協(xié)議，其數(shù)據(jù)包格式如表1所示：

從上表可以看出，本協(xié)議最多支持9個(gè)用戶(hù)同時(shí)在線。表中目的地址比源地址多一個(gè)編碼（0xf），在協(xié)議中作為萬(wàn)能編址，如果數(shù)據(jù)包的目的地址為0xf，則所有在線用戶(hù)均接收并處理該數(shù)據(jù)包。類(lèi)型作為區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包的依據(jù)，在此次設(shè)計(jì)中共有8種類(lèi)型，分別是：普通數(shù)據(jù)包、文件請(qǐng)求包、文件確認(rèn)包、文件包、文件結(jié)束包、文件取消包、用戶(hù)上線包、用戶(hù)下線包。長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)各種包中有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，包括序號(hào)、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)。數(shù)據(jù)作為包傳輸?shù)哪康模歉鞣N包最重要部分，可以是簡(jiǎn)單的文字、各種類(lèi)型文件的內(nèi)容。校驗(yàn)則計(jì)算了數(shù)據(jù)部分的累加和，并對(duì)256取余的運(yùn)算。

系統(tǒng)以Microsoft Visual C++作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用ADO數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)[3]實(shí)現(xiàn)好友添加與刪除、文字傳輸及文件發(fā)送、文字傳輸記錄保存等功能。其中文字傳輸和文件發(fā)送時(shí)本系統(tǒng)最基本的功能，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖4、5所示。

5.結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)作為一種覆蓋面最廣的網(wǎng)絡(luò)，具有其他網(wǎng)絡(luò)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，以其作為辦公系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，可以省去布線的麻煩，成本低廉、方便快捷、分布廣泛、接入方便，大大降低了建網(wǎng)成本，同時(shí)可以傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻和電力為一體的“四網(wǎng)合一”，極富誘惑力[4]。雖然，目前本文所設(shè)計(jì)辦公系統(tǒng)受制于載波技術(shù)，存在通信范圍有限，通信僅限定于小范圍等缺點(diǎn)，但伴隨著載波技術(shù)逐步完善，相信基于電力載波的智能辦公系統(tǒng)會(huì)逐漸步入正軌，具有誘人的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]程磊.基于電力載波的太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)的研究[D].湖北：武漢理工大學(xué)，2011.

[2]劉志斌，龍劍，鄧經(jīng)緯.基于BWP11B電力載波通信模塊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2013，03：41-44.

[3]龔建偉，熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信編程實(shí)踐（第2版）[M].電子工業(yè)出版社，2007.

[4]李?lèi)?ài)秋，季昌瑞.基于單片機(jī)和電力載波的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2008，02：27-29.

作者簡(jiǎn)介：郭小丹（1980—），女，河南登封人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：嵌入式及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。