基于电力载波通信的智能家居系统设计

匡畅 严怀安

摘 要：现有基于无线通信技术的智能家居系统存在一些问题，如无线信号相互干扰，需要额外安装无线设备等。本文设计的基于电力载波通信的智能家居系统，可以不安装任何额外线缆和设备，直接利用现有电力线和电力插座即可实现家居智能化。本设计功能全面、安装方便、易于管理，非常适合非智能家居系统的智能化改造。

关键词：智能家居；电力载波通信；STM32

中图分类号：TN913.8 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）23-0024-02

Design of Intelligent Home System Based on Power Carrier Communication

KUANG Chang YAN Huaian

（Guangdong Polytechnic of Water Resources and Electric Engineering，Guangzhou Guangdong 510635）

Abstract： There are some problems in the existing intelligent home system based on wireless communication technology， such as wireless signals interfere and additional wireless devices are needed. In this paper， based on the power carrier communication intelligent home system， you can't install any additional cables and equipment， direct use of existing power lines and power outlets to achieve intelligent home. The design features a comprehensive， easy installation， easy to manage， very suitable for non-intelligent home system of intelligent transformation.

Keywords： intelligent home；power carrier communication；STM32

智能家居為人们提供了更为方便舒适的生活方式，它充分利用自动控制、人工智能和传感网络等技术，将人们从烦琐的家务劳动中释放出来，较好地满足了人们的生活需求[1]。现有智能家居主要基于无线通信方式，对于需要智能化改造的家居系统，往往需要添加很多无线传感器和无线设备，众多的无线网络和家中的其他无线通信网络相互冲突，如和WFI、蓝牙以及手机信号冲突等。

1 总体框架

基于电力载波的智能家居系统由用户端、服务器端和控制终端组成，如图1所示。用户端可以使用手机、电脑等方式访问服务器；服务器端由网页服务器和后台数据库构成；控制终端由主控芯片、传感模块和电力载波模块组成。

网页服务器由STM32主控芯片、网络模块、SD卡模块等构成。服务器可以根据网络情况获取IP地址，监听来自网络的页面请求并响应请求，服务器的网页信息和后台数据存放在SD卡中。

基于电力载波的智能家居系统是由电力载波模块、STM32芯片、服务器、数据库、用户操作端构成。负载的信息通过STM32芯片的收集、整理传输到电力载波模块，电力载波模块经过简单处理后，数据通过电力网传输到另外的电力载波模块，电力载波模块将接收到的数据信息储存到数据库中并加载到服务器上，从而通过互联网反馈给用户，等待用户的指令做进一步的处理。与传统通信方式相比较，电力载波（Power Line Communication，PLC）具有传输速率快、无需重新布线、成本便宜的优势，为家庭通信提供了极大的便利[2]。

2 硬件设计

本系统控制终端使用的是意法半导体推出的32位Cortex-M3内核STM32F103系列单片机。STM32系列单片机作为目前主流的控制核心，集成了多种总线和丰富的硬件资源，具有很强的处理性能，同时运行功耗低，具有工业级的稳定性，不仅性能优越而且价格低廉，性价比极高，完全能够满足本设计智能家居系统的控制要求。

如图2所示，在控制方面，使用了继电器模块和万向红外模块对家电的开关及运行模式进行控制。在数据采集方面，使用温度、湿度、光敏及音量等传感器，能够实现家电运行情况和用户行为的采集、处理和传输。该控制终端基本能实现对一般家居家电运行控制和数据采集的功能。

3 软件设计

在软件方面，本设计使用电力载波通信模块搭建了一个电力线通信网络，编写了一套上层通信协议。该协议为每个通信模块设置了独立的地址，该地址包含网段地址和硬件地址，其中网段地址标识了目前服务器模块所处的网段地址，不同的服务器拥有不同的网段地址，在同一个电力线系统中可以共存256个服务器，同一网段下的通信模块使用同样的网段地址。

通信模块接入电力线通信网络后，会向服务器发送一个地址请求帧，在该请求帧中，通信模块会向服务器说明自己的工作类型是智能插座、万能遥控器还是传感器模块。服务器收到请求后会自动响应，回复一个没有被使用的硬件地址，并记录下该通信模块的类型，以便在后续通信中获取相关数据或发送控制指令。

在服务器方面，使用HTML语言编写了一个网站，网站存放在服务器的SD卡内。配合内置的数据库，用户可以通过局域网或互联网访问该网站，浏览智能家居系统目前的运行状态，获取如温度、湿度等实时数据，了解家居的情况。同时，用户可以远程控制家居，改变其运行模式或开关家电。

4 结语

本文设计的基于电力载波的智能家居系统具有安装方便、控制简单、价格便宜的优势，为普通家居升级智能家居提供了极大的便利。针对电力载波通信的网络结构复杂问题和干扰问题，我们编写了上层通信协议来保障通信质量，能够满足本文智能家居的通信。

参考文献：

[1]王飞，陈金鹰，刘香燕.智能家居应用现状及其发展分析[D].成都：成都理工大学，2016.

[2]汤春龙.智能家居信息采集系统的研究与实现[D].长沙：湖南大学，2014.