电力线载波的家庭智能远程控制系统.pdf

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1、科技信息O 科教前沿OS C I E N C E T E C H N O L O G Y W O R M A T I O N2 0 0 8 年第3 1 期基于电力线载波的家庭智能远程控制系统高宏洋(西安外事学院陕西西安7 1 0 0 7 7)【摘要】本文分析了振铃检测、硎F 编解码和电力线载波的原理及实现方案。对家用电器控制、防盗报警及信息反馈的提出了解决方法，并设计出了硬件电路。该方案安装无需布线，具有语音提示功能，便于家庭安装和操作。【关键词】电力线载波；防盗报警；远程控制；振铃检测I n t e l l i g e n tR e m o t eC o n t r o lS y s t e

2、 mo fF a m i l yB a s e do nP o w e rL i n eC a r r i e rG a o H o n g Y a n g(】|【i a nI n t e r n a t i o n a lU n i v e r s i t y X i a nS h a n x i7 1 0 0 7 7)【A b s t r a c t T h i sp a p e ra n a l y z e st h er i n gd e t e c t i o n，D T M Fc o d e ca n dp o w e rl i n ec a r r i e ra n dt h e

3、r e a l i z a t i o n o ft h ep r i n c i p l eo ft h ep r o g r a m I tp r o p o s e ds o l u t i o na b o u to fC o n t r o lo fh o u s e h o l da p p l i a n c e s a n t i t h i e f t a l a ma n df e d b a c k。a n dd e s i g n e dh a r d w a r ec i r c u i t s I ti sn on e e dt oi n s t a l lw i

4、r i n g，w i t hv o i c ef e a t u r e s e a s eo fi n s t a l l a t i o na n do p e r a t i o no ft h ef a m i l y【K e yw o r d s】p o w e rl i n ec a r r i e r；a n t i-t h i e f a l a r m；r e m o t ec o n t r o l；r i n gd e t e c t i o n0 引言随着单片机技术的不断发展和广泛应用、电话的普及，通过电话进行的远程控制已变的很容易。对于通信速率要求不高的应用场合，我

5、们可以使用D T M F 通信方式。它具有接口简单成本低廉且可靠性高的特点。本文介绍了通过电话远程控制的电力线载波家庭智能控制系统实现方法。用户无需布线，可通过任意一部双音频电话(包括手机、电话分机)对自己家庭安装的家用电器、防盗报警装置进行开机(布防)、停机(撤防)、设定等操作并将相应的信息通过语音提示反馈给用户。1 系统结构本系统主要包括电话振铃检测电路、电话自动摘挂机电路、自动拨号控制电路、D T M F 信号解码电路、语音提示电路、电力线载波控制电路、控制反馈电路以及控制心脏单片机。当有电话打入时电话振铃检测电路检测到有振铃并等待至系统默认的振铃次数后，控制器自动摘机，并在语音电路的提

6、示下用户依次输入操作密码和操作指令。D T M F 解码电路将接收到的D T M F 解码后的数字信号送入单片机。若输入密码错误达3 次以上系统自动挂断电话。当进入正常遥控状态后单片机根据指令控制D T M F 编码器发送代码，经锁相环音频译码器L M 5 6 7 进行频率调制经过放大由耦合至电力线上。载波信号经过控制反馈模块的接收放大后。送至锁相环音频译码器L M 5 6 7 进行解调，再经D T M F 解码电路将接收到的信号解码后来开启家用电器。接口电路并反馈当前工作状态。在防盗布防状态，如果触发报警，信息通过控制反馈模块传至控制器，通过自动拨号电路拨通预留电话进行报警。整个系统的结构框

7、图如图l 所示。嘲图1 系统整体结构框图2 电力线载波家庭智能远程控制系统该系统由三大部分组成，电话远程控制部分、电力线载波控制部分和控制反馈模块。电话远程控制部分主要由整机由电源电路、语音录放电路、信息存储设置电路、报警触发电路、模拟电话机摘挂机电路、电话线路状态检测电路、D T M F 信号解码电路、单片机控制电路。电力线载波控制电路由编解码电路、调制解调电路、放大耦合电路等组成。控制反馈模块由编解码电路、调制解调电路、放大耦合电路、执行反馈电路、监听电路等组成本系统主控制器采用A T 8 9 C 5 1 控制反馈模块采用A T 8 9 C 2 0 5 1。所有电路都是在它们的控制之下完成

8、各种规定的操作和信息传递。下面具体介绍各单元电路的设计方案。2 1 电话远程控制部分电路采用专用语音录放集成电路和I S D 4 0 0 4 进行设计，I D S 4 0 0 4语音芯片内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等，只需少量的外围器件就可以构成完整的声音录放系统。录放时间长，音质好，内容断电后不丢失，语音内容分段存储，通过编程，可选定任意一段作为录音、放音的起始地址。单片机查询振铃检测电路和电力线载波控制电路，根据反馈信息的指令，判断执行自动摘挂机还是自动拨号。(如图2 所示)当电话线路上没有振铃信号时电话线路由电话交换机提供大

9、约5 0 V 的直流电压。当用户被呼叫时电话交换机发出的约为7 0 V 的交流信号，经全桥极性校正后，使用高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦4 N 3 5 的输入端。输出的脉冲方波信号再经放大、整形后送至A T 8 9 C 5 1 的啊端，C P U 对振铃信号计数，完成整个振铃音检测和计数的过程。当远程用户通过电话按键发送的D T M F 信号经耦合电容的隔直、滤波后由M T 8 8 7 0 接收并进行硬件译码。输出的四位二进制数据直接与A T 8 9 C 5 1 单片机的P 1 0 一P 1 3 口连接。M T 8 8 7 0 接收到有效的D T M F 信号并解出正确的B C D 数

10、据时，会使S T D 端置高电平，通知C P U 取走数据。C P U 从P 1 口读人数据，去掉高四位后将数据保存于内部R 7 寄存器单元，并对读人的数值进行判断，从而得到远程控制者的输人命令。当命令执行后通过提示音反馈信息。R l 恐I上上JII|I|l-翟一拦兰：嚣!绺l彗“匿蛔j腿蠢驾蕞1 f图2 电话远程控制部分需要报警时，该机先拨打第一个预存电话号码，如该号码电话机占线、线路故障，或接通后铃响六声无人接听，则拨打另一个电话号码，另一个号码也占线、线路无反应，或铃响超过六次无人接听，再挂机拨打第一个电话号码，如此轮流拨打六次后，自动挂机，回到警戒状万方数据科技信息。科教前沿O2 0

11、0 8 年第3 1 期态。如拨打的电话号码接通后发现对方摘机应答拨号器就将语音内容循环拨出两次，这时接听者按电话机的“-k”键拨号器监聪电路开启，为接听者提供6 0 秒的现场监驰时间，然后挂机。2 2 电力线载波控制电路本电路采用单片锁相环L M 5 6 7 作调制解调器具有很强的抗干扰能力。单片机对接收到的M T 8 8 7 0 数据进行处理然后通过编码电路M K 5 0 8 7 发出相应的控制命令经放大器放大后送到L M 5 6 7 的第2脚进行调制，调频载波由第5 脚输出经三极管8 0 5 0 及T l 谐振放大后耦合至电力线上。调频载波信号经电力线传送，由电容耦合至他谐振回路。再经三极

12、管9 0 1 3 及”谐振放大，再经二极管限幅送至L M 5 6 7 第3 脚进行解调，由第2 脚输出解调后的音频信号同时第8脚由高电平变为低电平，使光电耦合4 N 2 5 工作，给放大器供电，此时另一路经电阻接至单片机的1 N T 0，产生中断，接收经放大送到M T 8 8 7 0 的数据，数据经处理，控制I D S 4 0 0 4 语音芯片播放提示音，完成整个控制过程。(如图3 所示)蕞交叫瘴2 2 0o _ 一僻一善图3 电力线载波控制电路r 畸接交流h2 2 02-3 控制反馈模块电路控制反馈模块主要完成电器或防盗装置的控制及信息反馈。本电路采用单片机A T 8 9 C 2 0 5 1

13、 为控制核心，调频载波信号经电力线传送。由电容耦合至T 2 谐振回路再经三极管9 0 1 3 及1 3 谐振放大。再经二极管限幅，送至L M 5 6 7 第3 脚进行解调，由第2 脚输出解调后的音频信号，经放大送至M 1 8 8 7 0，解出正确的B C D 数据，S 1 D 端置高电平，通知C P U 取走数据。C P U 从P 3 口读人数据，去掉高四位后将数据保存于内部R 7 寄存器单元，并对读入的数值进行判断，控制相应家用电器或防盗装置，反馈信息送至单片机的P 3 7，然后由P l 口控制编码电路发送家用电器或防盗装置动作信息，送至电力线上。(如图4 所示)一b k确妇巨啦-，3 软件

14、设计系统根据控制需要对1 6 种们M F 信号的任意组合进行解释。从而丰富了系统功能。系统软件主要功能如下：(1)系统身份认证功能为了保证只有合法用户才能操作系统，电话远程控制系统上线以后，用户必须输入密码，待系统确认后才具有对系统的操作权限。f 2)用户信令解释功能对收到的用户信号，系统按照软件设定加以解释并决定对语音提示电路寻址播放相应的系统提示音，同时发出对应的指令，控制家用电器或防盗装置，并将信息及时反馈，实现用户和电话远程控制系统问的交互操作。(3)软件定时功能系统设定软件定时器，用户可根据需要设置定时器的值控制家用电器或防盗装置的开启、关停时间，经过自动拨号通知用户。4 结束语本控

15、制系统可以实现固定电话和移动电话对家中多种电器和防盗装置的同时控制每一个控制反馈模块都有固定的编号对应一种电器，如空调器、电灯、电饭煲等家用电器设备。当用户通过电话输入空调编号后开启空调，一进家门便享受清凉世界；用户外出旅游或出差时。通过本系统进行防盗装置布防，同时开关居室的电灯、电视，造成有人在家的假象，提高家居安全。本系统可以扩展用于数据通信量不大，速率要求不高的远程通信场合。该系统软硬件实现技术具有接口电路简单、可靠性高、成本低、灵活性强等优点。【参考文献】1】I S D 全系列单片语音录放电路设计与应用汇编，2 0 0 0 年 2 何立民M c s-5 1 系列单片机应用系统设计北京：

16、北京航空航天大学出版社1 9 9 3 年 3 裘有斌，张国忠等基于I S D 4 0 0 4 的家庭语音报警服务系统的设计电子制作2 0 0 8 2：4 0 一4 2【4 邵源，钟炬，周昭茂关于低压用户集中抄表系统综述电力系统自动化2 0 0 5 2：2 3 责任编辑：汤静】图4 控制反馈模块电路r 一l 上接第1 0 页)师没有被E I 收录。由此可见研究生的科研实力不容忽视他们是一股新生的力量，为科研工作注入创新元素，是科研工作得以按时高质量完成的保证，是大学科研可持续发展人力资源的保障。研究生教育反过来促进科研的进一步发展，促进“产学研”一体化模式的形成。e【参考文献】f 1】李盛兵研究

17、生教育模式嬗变f M】教育科学出版社，1 9 9 7 0 3 2 余国扬，毛钟红，蔡兴勇大学科研的导向与立项叨科技管理研究，2 0 0 4 0 3 3 寰祖望加强硕士研究生科研训练是保证培养质量的关键m 江苏高教，2 0 0 3，4：6 5 6 7 4 申纪云以政策引导和体制创新推动高校科技产业可持续发展叨中国高等教育2 0 0 5 0 9 5 伯顿克拉克(美国)探究的场所现代大学的科研和研究生教育l M 杭州：浙江教育出版社。2 0 0 1 1 2 6 蔡国春也论大学教学过程的本质特征田江苏高教，2 0 0 3 4：7 5-7 7 7 伯顿克拉克(美国)王承绪(译)研究生教育的科学研究基础【

18、M】杭州：浙江教育出版杜2 0 0 1 1 2 作者简介：邱霓(1 9 7 4 一)。女。实验师。基金项目：广州市教育科学规划课题(0 7 8 3 4 3)；广州大学2 0 0 7 年度教育教学研究立项项目(广州大学 2 0 0 7 1 1 1 5 号文件)。责任编辑：田瑞鑫】万方数据基于电力线载波的家庭智能远程控制系统基于电力线载波的家庭智能远程控制系统作者：高宏洋，GaoHongYang作者单位：西安外事学院,陕西,西安,710077刊名：科技信息英文刊名：SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2008，(31)引用次数：0次 参考文献(4条)参考文献(

19、4条)1.ISD全系列单片语音录放电路设计与应用汇编 20002.何立民 Mcs-51系列单片机应用系统设计北京 19933.裘有斌.张国忠 基于ISD4004的家庭语音报警服务系统的设计 2008(2)4.邵源.钟炬.周昭茂 关于低压用户集中抄表系统综述期刊论文-电力系统自动化 1999(17)相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 陈发才.王仁波.CHEN Fa Cai.WANG Ren Bo 基于SC1128电力线载波芯片的智能家居系统设计-微型机与应用2009,28(20)介绍了基于SC1128电力线载波芯片的智能家居系统中硬件及软件的设计.该系统可以为用户提供家电控制、照明

20、控制、窗帘控制、电话或网络远程控制、防盗报警等多种功能.系统成本较低,使用简单,具有一定商业价值.2.期刊论文 茹纯亮.双正文.吕霞付.Ru Chunliang.Shuang Zhengwen.Lv Xiafu 高速公路电缆防盗报警系统信号检测方法的研究-电子测试2008(12)高速公路电力电缆的被盗不仅直接对电力部门造成一定的经济损失,而且会对公路安全和人民的生命安全构成严重的威胁.而高速公路电缆防盗报警系统设计和研制的核心问题之一就是断缆信号的检测问题.本文主要阐述了目前电缆防盗报警系统设计中常用的信号检测方法,通过比较各种信号检测方法在实际应用中的优缺点,提出了在高速公路电缆防盗报警系统

21、设计中最具发展潜力的信号检测方法是电力线载波通信法,并对电力线载波通信技术的国内外研究现状进行了介绍.最后对高速公路电缆防盗报警系统信号检测方法的发展趋势进行了简要的分析.3.学位论文 邱文静 基于GSM短信息的家居设施遥控监测系统设计 2005 本文建立一个基于GSM短信息的家居智能化遥控监测系统，实现对家庭设备，家居环境状况的监控，设计中采用了AT89C51单片机系统、无线GSM短信模块及电力线载波技术。本文主要内容包括：系统主控模块电路设计、各子功能模块电路设计(窗户控制模块、防盗报警模块等)、系统软件设计等几部分。GSM短信息模块执行发送短信息给用户手机和接收用户手机的短信息从而建立用

22、户手机和单片机控制系统的远程通信功能，系统通过电力线载波实现子功能模块与主控模块之间的通讯。系统主控模块主要完成发送、接收、解释短信息，并实现对各功能子模块的控制。该系统软件采用汇编语言编制，基本实现了各系统功能。4.期刊论文 张能.Zhang Neng 基于电力线载波低压电缆防盗方案-电子测试2009(6)电力电缆被盗对电力系统造成了严重的安全威胁和财产损失.本文设计了一套基于电力线载波通信的电缆防盗报警方案.载波通信通过扩频调制解调电路来实现.防盗报警系统由报警主站和线路探测终端组成,报警主站根据与各线路探测终端的载波通信成败或者所接收的终端状态信息数据来判断是否发生电力电缆被盗等异常信息

23、,当异常状态出现时,报警主站通过GSM网络拨打电话和短信息发送向远端值班室人员传送警情.同时本文介绍了如何克服电力线上的噪声对载波的干扰,以及如何对断点进行定位的方案.5.期刊论文 方波.秦大为.Fang Bo.Qin Dawei 电力电缆防盗报警系统-电工技术2007(1)阐述了电缆防盗报警系统的重要性,介绍了电压电流检测法、电容探测法两种常用检测方法,以及电力线载波通讯法和无线信号传输两种电缆防盗报警信号传输方案.6.学位论文 于园园 基于GSM的远程家居智能控制研究 2009 本文建立一个基于GSM短信息的家居智能化遥控检测系统，实现对家庭设备，家居环境的监控，设计中采用了AT89C51

24、单片机，无线GSM短信息模块，电力线载波技术和Lonworks现场总线技术。主要内容包括：系统主控模块电路设计，子功能模块电路设计(防盗报警模块，电力线通信模块等)和系统软件设计等几部分。文章首先讨论了智能家居的概述和基本功能，然后介绍了常用的几种通信技术，和其他一些与智能家居相关的技术，通过对比分析，得出采用GSM无线通信技术实现对家居的远程监控。GSM短消息模块执行发送短消息给用户和接收用户短消息把数据传送给单片机，从而建立用户和主控系统直接的远程通信功能。在家居内部，通过电力线载波技术和Lonworks技术实现子模块和主控模块之间的通信。Lonworks的Neuron芯片本身有CPU，所

25、以在子模块中它可以很方便的实现数据采集处理与传输。主控模块为单片机控制，完成发送，接收，解释短消息，并实现对各子功能模块的控制。该系统采用C语言编程，基本实现了各系统功能。7.会议论文 李舰 电力线载波监听防盗报警装置 19938.学位论文 杨贤辉 基于电力线载波的电力电缆防盗系统研究 2007 电力电缆被盗对电力系统造成了严重的安全威胁和财产损失,但目前还没有成熟的防盗报警装置来解决这一难题.本文设计了一套由电力线载波通信和GSM网络相结合的新型防盗报警系统,基于电力线通信信道特性和报警系统的具体情况,载波通信通过扩频调制解调电路来实现.防盗报警系统由报警主站和线路探测终端组成,报警主站根据

26、与各线路探测终端的载波通信成败或者所接收的终端状态信息数据来判断是否发生电力电缆被盗等异常信息,当异常状态出现时,报警主站通过GSM网络拨打电话和短信息发送向远端值班室人员传送警情.该系统在现场进行了为期几个月的测试,基本达到了预先估计的效果.9.期刊论文 张德涛.ZHANG De-tao 基于电力载波和GSM通信的电缆防盗报警系统-东北电力大学学报2008,18(2)为了减少电力电缆被盗对电力系统造成的损失,设计了一套由电力线载波和GSM通信相结合的新型防盗报警系统,系统包括一个报警主站和若干线路探测终端,主站根据与各终端的载波通信成败结合终端状态信息数据来判断是否发生电力电缆被盗等异常信息,当异常状态出现时,报警主站通过GSM网络拨打电话和短信息发送向远端值班室人员传送警情.10.期刊论文 ST公司 新一代电力线载波通讯芯片ST7538-世界电子元器件2005(8)电力线载波通讯以电力线路为传输通道,具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步等优点.电力线载波通讯是利用现有交流电源线作为通讯线路,省去了不切实际的铺线工程.目前智能大厦、智能小区已成为市场热点.这是一个综合性的系统工程,包含许多小系统,每家每户以及每一房间也存在铺设通讯线路问题,例如消防报警系统、防盗报警系统等.把各报警点集中起来统一处理,采用电力线载波通讯有其无法比拟的优越性.本文链接：http:/