摘要：結合電力線載波通信技術的發展狀況，提出了基于電力線載波通信技術的智能家居系統設計方案；詳細地闡述了該系統的總體框架設計、遠程終端系統軟件設計以及嵌入式μC／OS系統控制器的硬件設計和軟件設計。系統的實驗檢測結果表明，該方案能夠靈活、快捷地實現對家居設備的控制，而且成本較低。
關鍵詞：電力線載波；μC／OS實時操作系統；ARM7微處理器；智能家居；Android系統

引言
電力線通信(Power Line Communication)技術是指把載有信息的高頻加載于電流，利用既有電力線進行傳輸，通過調制解調器將高頻信號從電流中分離出來，傳送給計算機或其他信息家電，以實現信息傳遞。
利用電力載波通信技術，系統網絡無需另外布線，降低了成本。電力網是覆蓋范圍最大的網絡，只要是接入電力線的電力設備就能進行通信。每個導電插座都是網絡的接入點，數目多而且比較方便。無需撥號，只要導電就能接入網絡，具有靈活、方便、速率快等優點，適合對家庭設備的控制和監控。

1 智能家居控制系統方案
智能家居控制系統控制和監視著家庭中各種設備的運行，如空調、微波爐等設備的開關及工作狀態的調節。本文綜合智能家居系統的功能和要求，研究了一套基于電力線通信的智能家居控制系統方案，系統總體結構如圖1所示。

該控制系統主要分上層網絡和底層網絡兩個部分。底層網絡是指家庭內部的電力線網絡，將家中的所有家電、照明設備、各種報警探頭和水表等設備通過電力線終端連接到住宅中的220 V電力線上，繼而通過μC／OS系統控制器，構成基于電力線載波的家庭內部網絡，用以實現家庭各種開關設備、電器設備以及各種儀器儀表的控制。上層網絡是指家庭內部網絡與外部以太網的連接，家庭內部網接入以太網以實現設備數據的存儲、PC端和手機終端的遠程控制和Android監控功能。
μC／OS控制器是整個系統的控制核心，主要有現場控制和遠程控制兩種方式。現場控制時，通過人機交互界面，實現設備控制和信息顯示。遠程控制時，通過以太網與遠程PC機服務器建立連接，接收發來的各種控制和查詢命令，并通過電力線將這些命令傳送到控制節點，控制相應的設備執行動作。μC／OS系統控制器還能夠監測各控制節點的狀態，家庭中的設備定時向μC／OS系統控制器發送狀態信息，如發現故障或者不正常的操作時，控制器將做一些緊急的處理，如關閉電源等，并發出故障報警信號給服務器，通過服務器將報警信號轉發給遠程And roid手機終端。
家庭內部設備通過控制節點連接到220 V電力線上。控制節點不但能夠實現對電器設備的本地控制，還能接收μC／OS系統控制器發來的控制命令，根據編碼地址控制對應地址的設備發生動作。每個家電、設備、儀表都有自己唯一的地址來標識，從而保證控制的唯一性。各控制節點對從電力線傳過來的載波信號進行解析和地址判定。若地址與本節點所連設備相符，則執行機構執行相應命令，繼電器進行吸合或者釋放動作，實現對目標的開／關控制，同時返回目標的開／關狀態。控制節點還可以向μC／OS系統控制器上傳所采集設備實時狀態，如開／關狀態、電壓、電流等，同時還會定時上傳各種儀表的實時采集信息。
在μC／OS系統控制器和各控制節點上都內嵌有電力線載波通信模塊，它們之間通過電力線載波通信模塊進行通信。它們承擔系統的模擬量、脈沖量和開關量采集任務。戶內的溫度控制器、水浸控制器等設備中加裝的模塊進行模擬量采集，控制節點處的電力線載波通信模塊將輸入的模擬量轉換為電平信號，以0、1數字量通過單片機寫入數字幀，再經調制解調芯片轉換為載波信號，通過電力線發送給μC／OS系統控制器處的電力線載波通信模塊。采用類似原理，將接收的載波信號解調出數字幀，還原為數字量發給μC／OS系統控制器。各種開關設備以及模擬量上傳設備均通過該原理實現。

2 μC／OS系統控制器硬件設計
2．1 系統控制流程
μC／OS系統控制器和控制節點內部均有電力線載波通信模塊，兩者通過該模塊進行通信。控制節點處的載波通信模塊把從家庭設備中采集到的開關量、模擬量處理后通過電力線傳輸到控制器的載波通信模塊，經過解調處理后還原為初始信號，再通過串口發送給μC／OS系統控制器，進行相應的數據處理。同樣，μC／OS控制器向下發送控制命令時，先通過控制器上的載波通信模塊進行調制、處理，再經過控制節點的載波通信模塊進行解調轉換后再發送給相應的設備，實現控制。