CN2552254Y - 网络家电通信控制器 - Google Patents

Abstract

一种网络家电通信控制器，属于家用电器技术领域。它由机壳以及安装在机壳中的电子线路构成。电子线路由单片机、存储器、载波通信模块、耦合电路和电源管理电路以及家电、服务器通讯电路构成。家电、服务器通讯电路带有可与家电、服务器连接的RS232接口，耦合电路可直接连入220V单相电力线。载波通信模块由SSC P300型扩频载波芯片、SSC P111媒介接口电路以及它们的辅助电路所组成。单片机由AT89C52型电路组成，存储器由X25045型电路组成。它采用先进的电力线载波通信技术，以电力线实现家电之间的网络连接和控制，避免冗余繁杂的布线，可靠性高、传输速率快、无需单独布线。可广泛应用于家庭、公寓及类似场合中。

Description

网络家电通信控制器

                            技术领域

本实用新型属于家用电器技术领域，更明确地说涉及网络家电通信控制部分的改进，也就是一种通过电力线建立家用电器之间的网络连接的网络家电通信控制器。

                            背景技术

网络家电近来一直是市场炒作的热点，随着高速宽带上网以及家用电脑的日益普及，人们越来越希望把PC、电视和其他消费类电子产品连接起来以构成一个家庭网络。美国Yankee集团的调查结果证明了这一点：美国1/3拥有PC的家庭都希望将其娱乐设备和信息设备连接起来。目前在家庭网络的电器互连技术中着重发展双绞线(目前的RS485)、电力线和无线等连接方式。双绞线方式由于需要铺设数据通信电缆，不适于住宅的安装，使用范围有较大的局限性。无线方式主要有802.11、HOMERF和BLUETOOTH，由于前两者费用太高，在取得重大突破之前难以应用于家庭，所以目前主要以BLUETOOTH为主，但其应用也主要局限于平台功能较高的移动设备，况且该技术目前还存在不完善和成本比较高(离原先设想的目标成本)的问题。应用于家庭中智能化电器如电视、空调、冰箱、热水器、灯等设备的连接采用电力线方式是一个比较好的选择。

国外很早对电力线载波通讯技术进行了研究，多家公司推出了自己的电力线载波modem芯片，并制定了电力线载波通讯在家庭应用的标准(如CEBUS)。目前电力线芯片主要有PICO公司的X-10模组，Echelon公司的PLT-21，Intellon公司的SSCP300/200、SSCP111，Inari公司的IPL0201等。电力线芯片的广泛研究和应用推进了电力线技术的不断发展。电力线技术不断成熟，在国外如美国电力线产品已相当普及，走入了家庭。在国内目前电力线载波技术主要用在自动抄表方面，生产电力线载波电度表的厂家有数十家，同时以LONWORKS技术为代表的电力线通信网络已在智能大厦和智能小区中得到应用。电力线通信用到家庭网络中已经得到国内许多专家的认同。同时EIA制定的标准EIA600(CEBUS协议)是基于电力线的家庭自动化控制的协议标准，该标准对家庭网络中各电器的功能描述和网络管理都有着相应的规定，受到许多家电制造商的注意。

本实用新型的目的，就在于克服上述不足，提供一种采用先进的电力线载波通信技术，以电力线实现家电之间的网络连接和控制，避免冗余繁杂的布线，可靠性高、传输速率快、无需单独布线的网络家电通信控制器。

                          发明内容

为了达到上述目的，本实用新型网络家电通信控制器是基于CEBUS协议标准，采用Intellion公司P300和P111芯片，以单片机AT89C52为主研制出的新型通信控制器。本实用新型的发明要点在于：采用国际领先的电力线扩频载波和家电通信技术，通过电力线完成服务器、电视、空调及家政服务等之间的通信及控制，实现网络家电的互连。本新型控制器采用标准的D 9040/C型分线盒，可方便安全的嵌入墙内，一端通过标准的RS232口接入服务器，另一端通过插头直接连入标准的电力线220V(单相)，不需单独布线，省心实用。

本新型控制器的电路框图如图1所示，系统由微处理器单片机(1)、存储器(2)、载波通信模块(3)、耦合电路(4)、电源管理电路(5)、家电、服务器通讯电路(6)等电路组成。

各部件的作用如下：

单片机(1)采用ATMEL公司的八位AT89C52，片内有8KB可重新编程可卸载的FLASH程序存储器，片内256字节RAM，32条可编程I/O口线，3个16位定时/计数器，6个中断矢量，一个全双工串行口，一个SPI串行接口。

存储器(2)X25045，容量32K位，具有WATCHDOG功能，用来存储网络家电的设备类型表。

载波通信模块(3)采用Intellon公司的P300和P111芯片，自行研制的电力线载波通信模块，主要用来把从电力线上耦合下来的载波信号进行调制、解调，通过单片机转换成标准的RS232串口通讯。

耦合电路(4)主要完成信号到电力线的线性耦合，并提供对电力线收发模块的保护作用。

电源管理电路(5)主要是为P300收发模块准备的，由于模块上的P111需要10V电源，而家电和服务器一般提供5V(5V直流电主要取自服务器的USB接口)，所以需要进行升压设计，这里采用MAX770芯片进行设计。

家电、服务器通讯电路(6)分别采用UART和RS232，在这里通过短路子进行复用，以达到通用的目的。

本新型控制器的工作原理是：将控制器的一端通过串口与服务器接好，另一端通过插头直接连入标准的电力线220V(单相)，家电控制器即开始正常工作。首先是单片机(1)初始化，然后运行家电通讯模块软件，本程序主要实现电力线载波通信模块(3)间通讯及本模块与电视/空调通讯的功能。它接收电力线上通过耦合电路(4)发往本节点的数据，根据协议进行转换后发送给电视/空调；接收电视/空调发送的数据，根据协议进行转换后，再经过耦合电路(4)发送到电力线上，传输给服务器，另外还有把电视/空调的状态通过家电、服务器通讯电路(6)实时传送给服务器的功能。因此本程序是进行协议转换的通讯软件，大致可以分为五个模块：主函数，数据传输模块，电力线数据处理模块，定时通讯模块，EEPROM模块，软件中还包括一些其它函数，比如初始化P300函数，上电通知函数，延时函数等。

主芯片的硬件接口有：与电力线芯片的模拟SPI接口(实现与其它电力线模块之间的电力线通讯)，与电视/空调的串行接口，与EEPROM的模拟SPI口(实现对EEPROM芯片的读写)。

本网络家电通信控制器新型电路采用滤波、去耦、屏蔽、接地、冗余纠错等软硬件技术电磁兼容措施，使整机通过了电磁兼容有关标准的测试。

                         附图说明

图1为本实用新型的电路框图。

图2为本实用新型的控制器电路图。

图3为本实用新型的载波通信模块电路图。

图1所示：1为微处理器单片机AT89C52；2为存储器EEPROM X25045；3为载波通信模块；4为耦合电路；5为电源管理电路；6为家电、服务器通讯电路。

图2所示：主控电路由D1单片机来完成；A2为载波通信模块；D3为EEPROMX25045，除了保存家电的设备地址外，还通过外围器件与单片机相连，并具有看门狗电路的功能；D2(MAX770)通过外围器件L1、V6、C12等构成一个DC-DC的升压电路，通过调节R10与R11的比值完成DC5V-DC10V的升压转换，提供对电力线载波芯片的供电；变压器T1对于100-400KHz的扩频载波信号提供了一个线性的传输功能；电容C8限制了变压器电流以避免变压器铁芯的饱和；电阻R5在C8与电力线断接后，可对其进行放电，因而减轻了由于C8中储藏的高压而带来的损坏或破坏设备的可能性；稳压二极管V2和V3可用来稳定加在SSC P300模拟支持电路上的电压；而金属氧化物变阻器V4则可以在电力线瞬间高电压下提供保护。

图3所示D1为SSC P300扩频载波芯片，Intellon公司的SSC P300 PL网络接口控制器为一个高度集成化的电力线收发器和信道存取接口，它适用于与CEBus兼容的产品。SSC P300提供了用于EIA-600标准信道存取和通讯服务的数据链路层控制逻辑，一个扩频载波的电力线收发器，信号调节电路和一个与SPI兼容的主处理器接口。SSC P300与主处理器一起可用于构造与CEBus兼容的产品，并在各种低廉的电力线网络应用中，充当基本的通讯单元。

D2为SSC P111 PL媒介接口IC，为电力线(PL)的收发器提供了输出功率放大器和输出三态开关的功能。其中，输出功率放大器满足EIA-600(CEBus)标准中，关于输出到普通阻抗和低阻抗电力线时所指定的电压值，而且，它还提供了过温保护装置以提高系统的可靠性。在发送模式下，从SSC P300的S0针传出的”chirp”波形在被外部低通滤波器滤波之前，须先被SSC P111的单增益缓存放大器所缓存。此信号经过滤波器后，输出波形先被SSC P111的功率放大器放大，然后传输到外部电力线耦合/滤波网络。从SSC P300的DSP部分传出的三态信号(TS)，在系统处于接收模式时，可将SSC P111的功率放大器与耦合网络相分离，并将SSC P111的功率放大器置于失电状态。SSC P111的感温电路可将功率放大器的固定增益从2降到1，这种作法在输出过载情况下，可降低输出晶体管的功率损耗。

                       具体实施方式

实施例1。一种网络家电通信控制器。它由机壳以及电子线路构成。电子线路由单片机、存储器、载波通信模块、耦合电路和电源管理电路以及家电、服务器通讯电路构成。家电、服务器通讯电路带有可与家电、服务器连接的RS232接口，耦合电路可直接连入220V单相电力线。载波通信模块由SSC P300型扩频载波芯片、SSC P111媒介接口电路以及它们的辅助电路所组成。单片机由AT89C52型电路组成，存储器由X25045型电路组成。它与电视机的通讯如下：

将网络家电通信控制器一端通过标准的RS232口接入服务器，另一端通过插头直接连入标准的电力线220V(单相)后，开始正常工作。首先，它通过电力线载波芯片查询是否有在线的网络家电，如果电视(TF2900DP)的插头已经接入标准的AC 220V，这时电视(TF2900DP)就会通过载波芯片发送一个上电通知，网络家电通信控制器通过耦合电路将电视的上电通知经电力线耦合至载波模块，经过解调后由单片机通过控制器的串口发送至服务器，因此服务器就可以得知电视已经在线了，并分配一个地址。如果电视机插头没有插好，则电视机内的载波芯片无法工作，电视机就处于离线状态。如果电视机处于在线状态，则服务器可以发送各种指令，达到控制电视机的目的。

例如：服务器想打开一个在线的电视机。首先服务器通过串口，向网络家电通信控制器发出一个开机的指令，控制器经串口接收后由单片机对开机的指令进行打包，进行协议转换，通过SPI接口发送到电力线载波芯片，经调制后由耦合电路，将信号载波至交流220V，此时，电视机的载波芯片不断轮询检测电力线上是否有各种控制指令。当检测到开机指令时，电视机的载波芯片将开机指令解调，转换为电视机主控芯片的指令编码发送至电视机内部通信电路，由此就可以打开电视了。其他变换频道、声音以及画中画的实现原理是类似的。

实施例1采用先进的电力线载波通信技术，以电力线实现家电之间的网络连接和控制，避免冗余繁杂的布线，可靠性高、传输速率快、无需单独布线。可广泛应用于家庭、公寓及类似场合中。

Claims (3)

1.一种网络家电通信控制器，它由机壳以及安装在机壳中的电子线路所构成，其特征在于所说的电子线路由单片机、与单片机互连的存储器、与单片机互连的载波通信模块、与载波通信模块互连的耦合电路和电源管理电路以及与单片机互连的家电、服务器通讯电路所构成，家电、服务器通讯电路带有可与家电、服务器连接的RS232接口，耦合电路可直接连入220V单相电力线。

2.按照权利要求1所述的网络家电通信控制器，其特征在于所说的载波通信模块由充当基本通讯单元的SSC P300型扩频载波芯片、与SSC P300型扩频载波芯片互连的SSC P111媒介接口电路以及它们的辅助电路所组成。

3.按照权利要求1或2所述的网络家电通信控制器，其特征在于所说的单片机由AT89C52型电路组成，存储器由X25045型电路组成。

Images