基于電力線載波技術(shù)的智能照明控制設(shè)計

王欣，王力

摘 要：文章通過電力載波技術(shù)實現(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)收集到的信息通過電力線傳輸?shù)诫娏€載波模塊進行解調(diào)后送到計算機，管理人員通過計算機根據(jù)收集到的信息對燈具的亮滅進行相應(yīng)的控制，以達到照明的智能化，同時也不需要重新布線。

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

中圖分類號：TM923 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：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），是指利用專門的調(diào)制解調(diào)器對信號加以調(diào)制解調(diào)，利用電力線網(wǎng)作為傳輸媒介，實現(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題，本文提出了基于PLC的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，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)通過電力線網(wǎng)關(guān)進行調(diào)制解調(diào)后傳遞到計算機，從而可以在遠端根據(jù)傳遞來的信息對室內(nèi)燈具的亮滅進行遠程控制管理，不僅克服了傳統(tǒng)機械式、粗放式照明控制方式的缺點，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

本文介紹的智能照明控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

（1）控制方式便捷。管理人員能實時地根據(jù)實際情況對燈具進行相關(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。管理人員可以在計算機上的客戶端操作界面進行操作從而控制各個教室的燈具亮滅。不需要安排專人根據(jù)作息時間對各個教室的燈具亮滅進行控制，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?；贏RM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)樓原有的電力線進行通信，不需要額外的布線，極大地降低了對現(xiàn)有教學(xué)樓照明控制方式的改造成本。

2 總體設(shè)計方案

2.1 電力載波通信系統(tǒng)的總體設(shè)計

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

2.2 電力線網(wǎng)關(guān)設(shè)計

電力線網(wǎng)關(guān)上行通過網(wǎng)線將電力線網(wǎng)關(guān)與計算機連接進行通信，下行是電力線載波通道，能夠?qū)崿F(xiàn)對電力線上控制燈具的信息數(shù)據(jù)的收集、傳輸?shù)炔僮??？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)過電力線網(wǎng)關(guān)對控制指令的調(diào)制解調(diào)后發(fā)送到電力線上進行數(shù)據(jù)傳輸。同時，接收端通過電力線網(wǎng)關(guān)將電力線上的信息數(shù)據(jù)進行解調(diào)后轉(zhuǎn)換成可操控的界面信息，實現(xiàn)對室內(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

3.1 通信協(xié)議設(shè)計

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)計采用稀疏應(yīng)用的輕型通信協(xié)議，最多支持7級路由，并還可以繼續(xù)擴充路由數(shù)，采取“輪詢+目的節(jié)點逆向推算”的路由算法，以便更好、更快地進行數(shù)據(jù)傳輸與控制。PC與主節(jié)點之間采取RS485通信，主節(jié)點與從節(jié)點、從節(jié)點與從節(jié)點之間采用電力線載波方式通信，如圖3所示。

一個輪詢通信系統(tǒng)包括一個主站和多個連接到該主站的子站。該主站包括一個地址控制部分和一個輪詢控制部分。地址控制部分把一個預(yù)定的輪詢周期分成多種類型的輪詢間隔，其中每個輪詢間隔具有一個不同的輪詢次數(shù)，并且保持對應(yīng)于相應(yīng)輪詢間隔的輪詢目標(biāo)子站的地址。輪詢控制部分切換該輪詢間隔，并且依據(jù)子站的狀態(tài)改變在地址控制部分中的地址。每一個子站包括另一個輪詢控制部分，它在該子站被主站輪詢時發(fā)送一個答復(fù)。

3.2 智能照明控制程序設(shè)計

系統(tǒng)開始工作后，首先要進行上電初始化，初始化操作主要完成客戶端控制界面對節(jié)點信息的獲取、內(nèi)外部資源和STM32F103的初始化，并完成對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)用熱釋電紅外檢測程序，檢測外界是否有人，只有檢測到有人時，才調(diào)用照度調(diào)節(jié)子程序?qū)艟唛_關(guān)進行調(diào)節(jié)，否則不執(zhí)行操作，如圖4所示。

4 結(jié)束語

通過軟硬件的設(shè)計和在現(xiàn)場的測試，效果非常好。本設(shè)計是針對如今照明控制方式存在的問題進行的改進，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)也必將會得到進一步的改進、發(fā)展和完善，同時也會使得照明控制更加智能化。

參考文獻：

[1]李躍華，楊小健.用C51開發(fā)單片機系統(tǒng)的應(yīng)用程序[J].微處理機，2013（3）：30-31.

[2]田秀華.低壓電力線擴頻載波遠程抄表系統(tǒng)的研究[J].信息技術(shù)，2013（6）：49-51.

[3]黃大昌，丁力.單片機和硬協(xié)議棧的Mod bus TCP通信方案[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2016：62-80.

[4]吳榮森.基于PIC的校園教室節(jié)能控制器設(shè)計與實現(xiàn)[J].無線互聯(lián)科技，2013：05-15.