1、浅谈基于电力载波通讯的互联网家居智能解决方案摘 要：文章以家居智能系统为对象，分析了其以电力载波为信号传输方式实现家用电器及设施自动化、智能化的产品概况和制约其发展的优缺点。据此提出了新的基于电力载波通讯技术的家居智能化系统及其互联网及移动互联网应用方案，示例说明了其系统各单元模块的运行方式和系统组成结构。 关键词：互联网；电力载波通讯；家居智能系统；功能单元模块 电力载波通讯（PLC）是电力系统特有的通信方式，是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新设置通信网络，只要有电线，就能进行数据传输。但是电力载波通讯因为有如下缺点，导致 PLC 技术应
2、用未能展开。 配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域内传输；三相电力线间有很大信号损失以及较近距离不同相间可能会收到信号，所以一般电力载波信号只能在单相电力线上传输；电力线存在固有的脉冲干扰，即市电 50 赫兹交流电周期过 0 点时所产生的脉冲，时间约 2ms；电力负荷对载波信号造成衰减，负荷过重时线路阻抗可低至 1 欧姆以下，造成对载波信号传输距离的影响可能从几千米削减到几十米。 随着家居智能系统的兴起，给 PLC 应用带来了一个新的转机。在目前的家居智能系统中，以 PC 机为核心的家居智能系统最受青睐。该系统理念就是，随着 PC 电脑的普及，可以将家用
3、电器及设施需要处理的数据交给 PC 机来完成，这样就需要在家电与 PC 机间构建一个数据传输网络。现在使用的多是无线数据传输技术，但是在家居环境中，墙壁的阻隔作用对无线传输的距离和质量影响较大，特别是在别墅和跃层住宅中这一影响更加明显。设置专用网线除了增加成本外，家电也无法根据需要移动位置。 PLC 技术利用电力线进行数据传输的特点，无疑成为了解决智能家居数据传输的最佳途径。同时因为数据仅在家居范围内传输，制约 PLC 应用的几个因素已不明显，远程控制也能通过互联网先联接到 PC 机终端然后再控制家用设施的方式来实现。 PLC 作为利用电力线组网的一种接入技术，具有极大的便捷性，只要有电源插座
4、的地方不用专设网线就可享受高速宽带网络接入，从而实现集数据、语音、视频及电力于一体的“四网合一” 。 电力载波在我国大概有数据传输（电力猫） ，多媒体传输（视频音频，IPTV 等） ，指令传输（抄表系统及部分智能家居）等技术应用。这些已不是新技术，但是在我国为什么没有看到大规模的应用呢？除了人们的接受需要时间外，还与国家电网的质量以及电力载波系统的成本有较大关系。在远距离的情况下，由于国家电网质量及载波芯片设计等原因，电力载波方式上网带宽一般只能达到 1-7M。并且我国普通宽带大部分在 4-8M 左右，这样用普通宽带上网或跑 IPTV 其实就是一样的效果。现在我国的网络电视 IPTV 也不超过
5、 3M，所以电力载波网络终端产品与高带宽产品对于用户是一样的。在带宽输入一样的情况下对传输的稳定性和可靠性方面的要求非常重要，市场上流行的电力载波芯片和网络终端产品已经有了自动检测电网环境的功能，使得电网环境的影响变的微乎其微。在QOS 方面有 8-16 等级使信号传输更加稳定。所以电力载波产品有了稳定性和可靠性的保证则非常适合音频和流媒体的传输。另外，电力载波产品可实现自动组网，2 个终端的距离一般在 200M 左右。通过中继功能可使几个终端传输的距离加长到 1 公里以上，非常适合于电力远程抄表系统、家庭局域通讯和各种监控系统。 近几年，随着互联网的发展和移动互联网的兴起，基于电力载波通讯技
6、术的互联网家居智能科技已由互联网 PC 机终端逐步延伸至移动智能终端，因其技术特点和结构组成与 PC 机终端又有所不同，使得这种家居智能系统在原有基础上变得越来越复杂才能满足需求。加之，在享受高速宽带网络 PLC 接入方式便捷性的同时，宽带 AP 平台的电力线损耗、电磁辐射污染以及分散的每个家居智能设施网络功能的必要和繁复，无形中增加了这种家居智能实现方式的成本和健康安全隐患。 要解决上述问题，一种可行的方案就是：只将家居智能系统所需的控制和通讯数据通过电力载波各单元模块直接调制到电力线上，利用电力线路传输至电力载波各种联络及控制终端和智能家居电力载波中央处理及网络单元，经过解调分析出相关信息
7、用于电力载波控制和联络终端以及联网用于 PC 机终端或移动智能终端。此方式与文章前面谈到的宽带网络最后一公里电力载波入户方案的区别在于：电力线路是被用于传输已调制有用信息的载波信号而非宽带网络信息的传输载体；好处在于：一般载波通讯只在有需要时（实时控制和通信）才会有信号输出，没有需要时只是普通的电力传输线。工程实践时在电力线重点路径使用屏蔽线可以最大限度的消除可能的电磁污染和人身安全隐患。再者，由于性能要求相对简单和侧重点的不同，承担家居自动化、智能化的功能集成和联网通讯的中央处理、电网环境及网络单元模块可以相应的要求简单和便于实现。 1 下面，我们就简要来谈谈互联网及移动互联网家居智能化系统
8、的另一种构成及其运行分析。 （1）家居智能电力载波开关模块系列。此系列包括电力载波编码发送及受控对象状态检测单元、电力载波接收解码受控执行及状态回馈单元。控制方式为既可以点对点配对使用，也可以多点混合分散控制使用，由此构成从载波通讯、控制及状态显示等全面的电气开关控制功能。又可以由智能家居中央处理单元集中联接互联网利用 PC 机终端或移动智能终端来控制和进行状态显示。按用途及负荷性质可分为普通断续开关模块，调功、调压、调频开关模块等。示例如图 1、图 2 所示。 （2）家用电器电力载波接口单元模块。我们试以现有的普通电视机与红外遥控器之间的通讯联系和控制为例，来简要说明家电电力载波接口应用实现
9、的可能性：先于电视机红外接收电路处加装一只电力载波接收电路，利用其接收经过解调的控制信号去代替红外接收头实现对电视机的控制；同时对现有的红外遥控器加装电力载波发送单元模块以替代原有的红外发射电路或两套控制方式互相转换并行不悖。由于成功的将红外遥控系统改造成载波远控及红外遥控双功能遥控系统，使用中不但增加了便利，还因为普通电视具备了接收电力载波信号的能力，这样，结合家居智能中央处理单元模块强大的网络及载波编码控制和解析能力，就可以很方便地实现移动互联网智能终端实时操控电视机的功能。 据上，家电只要在内部配备电力载波通信模块，设计好程序，便可实现对原有家电的改造。家电厂家结合物联网科技应用电力载波
10、通讯技术进行家电智能化一体设计，便可轻松实现自动化、网络化和高度智能化。 （3）安防、消防电力载波单元。 （4）各种家居智能传感及检测载波单元。 （5）通用型家用电器电力载波接口。所谓通用型家用电器电力载波接口模块与家用电器载波改造模块类似，可替代各种专用模块使用，和专用及一体化设计的家居各种载波单元模块相比具有使用简单，易于实现。中央单元解析信息量小，开发简单，成本较低。缺点是功能简单，自动化、智能化程度低。 （6）智能家居电力载波中央处理、电网环境及网络单元。此模块是智能家居系统的处理核心。承担载波信号采集，编解码和发送，安防、消防等状态监控任务，各种家居智能传感器检测数据。可实现多种方式
11、的控制、数学建模以及运算输出，实现家居智能化设施的定时、记忆及自适应等自动控制功能，还可以通过其中的网络单元接入互联网，利用互联网 PC 机终端或移动互联网智能终端及其应用实现远程监控家居智能系统运行状态的目的。所以中央处理单元需要能实时处理多任务操作，以高效地驱动外围模块运行。 由于电力载波家居智能自成系统，高度一体化，能否长距离高效运行很大程度上处决于电网环境对载波传输的影响。此单元内集成的电网载波干扰抑制器能有效抑制家居智能系统相邻干扰，高效利用载波频率及编、解码资源。 （7）家居智能电力载波各种联络及控制终端。 （8）互联网 PC 机终端和移动互联网智能终端及其应用软件。 基于电力载波
12、技术的通讯控制系统，是家居智能化得以实现的一种新模式，是对传统通讯控制系统的拓展。由于使用电力线作为载波信号的传输媒介，因此具有信息传输可靠，路由合理、可同时复用信号等特点。由于电力线和信号线合一，无须铺设信号线，人们原来使用和维护习惯都不受影响。由于家居智能系统的信息量相对较小，电力载波传输速度慢的缺点不突出。因此，电力载波通讯技术在家居智能化应用特别是在中速率传输应用方面，因其可靠性高、造价低廉等优点，具有显著应用价值和市场开发前景。 参考文献 1电力线载波通信技术协议S. 2深圳市必威尔科技有限公司产品技术说明S. 3英国 POEM-TECH 公司中国应用中心关于电力载波芯片 PLT050 设计应用技术说明Z.
