基于电力线载波通信的智能家居系统嵌入式网关设计.pdf

智能建筑"!"#$%%&’$"#()&%*&"’+

基于电力线载波通信的智能家居
系统嵌入式网关设计

!!智能家居系统基本任务之一，就是能够通过"#$%&’分，各个不同协议子网之间的互联和信息
#%$网络对各类电器实现操作控制。由于主要家居电器共享都需要通过网关进行，而且网关还负
本身就由(()*供电，因此利用电力线实现设备监控是责家庭局域网接入*+,-.+-,。为适用于普
一种非常有效的方式。面向服务于智能家居系统的嵌入通的家庭用户，网关一般设计为嵌入式设
式网关设计，着重阐述了设计思路、芯片选型，以及电备，并采用/01!*1技术和高性能微处理
力线通信模块及其协议设计等关键技术，并实现了以太器实现。家庭嵌入式网关应该能够实现
网到电力线协议转换的软硬件设计。基于"#$%&#%$网023现场总线、4567--无线通信和电力线
络，对连接于电力线的多类家用电器进行实际测试，结载波等多种通信协议，同时具有*+,-.+-,、
果表明系统运行稳定，监控功能可靠，相关技术具有很819:和8:;等多类接口，以支持各类数
好的实用价值。据的传输。用户可通过有线和无线的以太
，，
高守玮#王#健#黄全振#朱晓锦!上海大学机电工程及自动化学院网以及通过手机短信等多种方式实现
授权行为下的远程遥控浏览和家庭智能设
智能家居系统，既涉及到家庭中
备控制。
各种高端信息设备的互联互通，也涉
如冰箱、空调、微波炉、洗衣机和热
及到对家庭中各种照明、安防、电器
水器等主要家居电器一般都需要<<=>市
和基础设施之间的联网以及相互间的
电供电，即这类设备本身就接在电力线
自动控制，最终为用户提供一种安全、
上，因此不必再用023总线或456?--无
舒适且方便的智能化和信息化生活空
线通信的方式进行监控，而是直接采用电
间。其一个基本的功能要求就是能通
力线载波数据针对上述设备进行传输监
过电话线或因特网实现对各种家用设
控，就是一种比较好的方式。鉴于一个完
备（如空调、热水器）的远程使用和
整的智能家居系统嵌入式网关，其功能一
操作控制［$%&］。
高守玮讲师般也非常复杂，因此本设计主要致力于实
!“智能家居系统嵌入式网关设计”
现嵌入式网关的对外*+,-.+-,接口部分，
必须立足于满足需求，选择最佳技术方
以及嵌入式网关的对内接口部分，即电力
案，以自主技术为基础，充分考虑国内
线载波通信模块的硬件设计及软件实现，
外家庭网络目前的发展现状和已有的标
关键词
!"#$%&’()同时预留023接口以及串行接口，以便
准（或规范），开发具有自主知识产权
电力线载波·将来升级网关功能，使其支持经过
的家庭网络及其产品，并构筑安全、可023
智能家居系统·总线通信的三表设备，以及经过
靠且实用的家庭局域网络。456?--
嵌入式·通信的低功耗传感器设备。系统整体功能
网关·
系统整体设计示意图如图$所示。
家庭网关是智能家居系统的核心部
核心/01选型及设计
当前工业界嵌入式控制器的设计开发
国家高技术研究发展计划（’()计划）“家居
保健保安机器人及监测网络集成控制系统”。过程，基于29;内核的系列产品以其良

#!"·建筑电气·*+,+年第*-卷第,.期
基于电力线载波通信的智能家居系统嵌入式网关设计!"#$%%&’$"#()&%*&"’+!智能建筑

大减轻57G的负担。由于,75DE(F内部已经集成
了网络%#5层所需的功能模块，因此只需要额外
添加一块/%)&O&网络物理层芯片就能实现网络
通信，为了实现>57?:7协议功能，本系统采用
2589操作系统，利用轻量级的@,P?:7协议栈完
成。网关功能框图如图D所示。

图)-网关功能框图

图+-系统整体功能示意图电力线通信模块设计
好的性价比占据了广大的市场。#$%架构从最早由于各类家用电器的控制及状态变化频率并
的#$%&（第一代，#$%’&），已经发展到当前较不是很高，因此低速电力线载波通信就能满足本
为流行的#$%(和#$%)（第四代，#$%’*）。其系统的需求。7,E&NO是专为自动抄表、智能信息
中#$%)系列芯片一般需要外扩大容量的+,#-.家电以及远程监控系统而开发设计的单芯片片上
或-/$#%，主要用于希望运行,0123或40156等系统（-Q9;<R815M0S，-85）［I］。采用增强型
具有良好人机接口界面的移动式设备，如手机、FNI&兼容微处理器，同等主频情况下F倍速于标
7/#等产品，而#$%(系列芯片一般运行2589等准FNI&微处理器，且易于软件开发；其内嵌了载
较小的操作系统，仅需外扩较小的-$#%或只用波扩频通信调制?解调电路，支持%5G在休眠情
片内-$#%，就能提供比较丰富的控制功能，人况下的载波唤醒功能，载波调制输出可软件配置
机界面并不是一个主