TRICONEX 2058

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1物聯(lián)網(wǎng)寬帶PLC家電體系及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
 

　　物聯(lián)網(wǎng)寬帶PLC電力線載波通訊家電是將家電本身的一些信息，經(jīng)過電力線發(fā)送到PLC網(wǎng)關(guān)，PLC網(wǎng)關(guān)再將家電發(fā)送的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到所需要的地方，一起又可以將用戶的需求經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送PLC網(wǎng)關(guān)，PLC網(wǎng)關(guān)將需求指令數(shù)據(jù)經(jīng)過電力線發(fā)送給PLC家電，家電依照用戶的需求指令進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)、反應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)信息等。
 

　　物聯(lián)網(wǎng)寬帶PLC家電體系網(wǎng)絡(luò)包含感知層、PLC通訊層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等幾部分。其物理構(gòu)成如圖1所示。其間冰箱、熱水器等接納用戶可以經(jīng)過、PAD、電腦等發(fā)送查詢、控制指令，一起冰箱、熱水器等家電再依據(jù)用戶的指令信息返同用戶需要的數(shù)據(jù)給、PAD、電腦等設(shè)備。因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)及家電都內(nèi)置PLC模塊，故此處的數(shù)據(jù)傳輸不再經(jīng)過無線或網(wǎng)線等傳統(tǒng)方法，而是直接選用電力線進(jìn)行傳輸而且因?yàn)檫x用了PLC通訊，熱水器、空調(diào)等家電設(shè)備還可以規(guī)劃成顯現(xiàn)板與整機(jī)別離，即便利操作，又能給用戶帶來舒適的體會(huì)。
 

　　2電力線載波通訊（PLC）物聯(lián)網(wǎng)家電的特點(diǎn)
 

　　PLC物聯(lián)網(wǎng)家電異于一般的家電設(shè)備，也異于遠(yuǎn)程抄表體系。因?yàn)閿?shù)據(jù)的傳輸依托電力線，而且家電設(shè)備直接面臨用戶來進(jìn)行操作、顯現(xiàn)，故要求各個(gè)家電設(shè)備具有恰當(dāng)?shù)母袘?yīng)、傳輸速度、較強(qiáng)抗攪擾能力、互聯(lián)互通、主動(dòng)組網(wǎng)、較高的通訊可靠性、適度的傳輸距離等。
 

　　恰當(dāng)?shù)母袘?yīng)、傳輸速度針對不同的家電，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速度要求往往不同。如一般的熱水器、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等不需要傳輸圖像、聲響的家電，10k以內(nèi)的傳輸速度滿意。而針對物聯(lián)電視、電腦等視頻設(shè)備則需要幾百k以上的傳輸速率。
 

　　較強(qiáng)的抗攪擾能力一般指在必定的范圍內(nèi)，假如存在多個(gè)PLC設(shè)備或許電力線上存在和傳輸頻率相同的攪擾時(shí)，每個(gè)設(shè)備問可以正常通訊而不被其它影響。
 

　　互聯(lián)互通(M2M)指物聯(lián)網(wǎng)家電之間、Internet與物聯(lián)網(wǎng)家電之間可以相互通訊，傳遞相關(guān)信息，只有這樣才干完成“人在娘家就在身邊、人在家世界就在眼前”。
 

　　主動(dòng)組網(wǎng)指經(jīng)過必定的辦法，使需要互聯(lián)互通的家電可以自己挑選組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，且不與不需組網(wǎng)的PLC設(shè)備組網(wǎng)。
 

　　較高的通訊可靠性指聯(lián)網(wǎng)家電有必要有效地進(jìn)行通訊，而不能像遠(yuǎn)程抄表那樣，因?yàn)橐淮瓮ㄓ嵆晒β实投坏貌欢啻纬x，而物聯(lián)網(wǎng)家電則要求有必要滿意人們對操控、賞識(shí)的舒適性要求。
 

　　適度的傳輸距離指一般互聯(lián)互通的家電在同一住戶內(nèi)，假如傳輸距離太遠(yuǎn)，則用戶數(shù)量多的時(shí)候很簡單影響到其他用戶，但控制在200m以內(nèi)，則不會(huì)對其他用戶的運(yùn)用發(fā)生太多的影響。
 

　　3物聯(lián)網(wǎng)寬帶PLC家電體系的規(guī)劃
 

　　基于PLC物聯(lián)網(wǎng)家電的特點(diǎn)，核心技能是PLC通訊的技能，本規(guī)劃完成計(jì)劃主要從以下幾方面來講述在物聯(lián)網(wǎng)家電中怎么經(jīng)過PLC通訊完成家電的互聯(lián)互通。
 

　　3.1物聯(lián)網(wǎng)PLC家電硬件構(gòu)成
 

　　物聯(lián)網(wǎng)家電硬件構(gòu)成
 

　　本文所指的物聯(lián)網(wǎng)PLC家電指由一般家電加上PLC通訊模塊構(gòu)成的家電，其硬件構(gòu)成如圖2所示。電視、冰箱等可將PLC通訊模塊直接整合在家電的內(nèi)部，而空泛、熱水器等除了將PLC通訊模塊整合在整機(jī)內(nèi)之外，還可將操作顯現(xiàn)板與整機(jī)進(jìn)行別離，操作顯現(xiàn)板內(nèi)部也嵌入PLC通訊模塊，這樣就可以完成整機(jī)與操作顯現(xiàn)板雖然是別離的，但經(jīng)過PLC通訊仍然能堅(jiān)持顯現(xiàn)板與整機(jī)的數(shù)據(jù)交流。
 

　　一般整機(jī)內(nèi)的PLC通訊模塊既負(fù)責(zé)與其對應(yīng)的顯現(xiàn)板進(jìn)行通訊，也負(fù)責(zé)與PLC終端網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通訊。
 

　　網(wǎng)絡(luò)交流處理IC負(fù)責(zé)接納INT6400傳來的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后傳給RJ45接口。事務(wù)處理IC依據(jù)通訊協(xié)議解析接納到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)過SPI接口或UART接口直接傳送給家電PCB板上的MCU。一起將家電傳來的數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給INT6400。
 

　　3.2物聯(lián)網(wǎng)PLC家電通訊關(guān)鍵技能軟件完成
 

　　（1）PLC通訊整體介紹
 

　　PLC通訊是指利用調(diào)制解調(diào)技能對信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后把信號(hào)加載到電力線中，在接納方經(jīng)過對加載信號(hào)的解調(diào)，獲取傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊的技能。
 

　　現(xiàn)在PLC通訊按通訊的帶寬可分為窄帶電力線載波通訊、寬帶電力線載波通訊：
 

　　因?yàn)檎瓗щ娏€通訊技能的調(diào)制方法、載波頻寬限制，導(dǎo)致傳輸速度、抗同相攪擾性等功能并不合適載波家電的需求。
 

　　寬帶電力線載波通訊技能一般選用一種多載波調(diào)制技能，即正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingOFDM)技能。其技能完成為，在頻域內(nèi)將指配的信道分紅若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的子數(shù)據(jù)流，在每個(gè)子信道上運(yùn)用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，而且各個(gè)子載波相互正交，并行傳輸。其技能特點(diǎn)是傳輸速度快，理論傳輸速度可達(dá)200M，抗攪擾能力強(qiáng)。所以依據(jù)以上的這些特點(diǎn)，寬帶PLC通訊技能較合適應(yīng)用于以電力貓為代表的室內(nèi)因特網(wǎng)接入、視頻監(jiān)控等對實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域，一起也合適于物聯(lián)網(wǎng)家電對通訊速率、抗攪擾性等特性的需求。
 

　　（2）怎么完成互聯(lián)互通
 

　　電力線上信號(hào)的傳輸協(xié)議選用TCP/IP協(xié)議，選用網(wǎng)絡(luò)密鑰認(rèn)證的機(jī)制，不同的家電之間進(jìn)行信息傳輸時(shí)，只需遵從相同的通訊協(xié)議，選用相同的網(wǎng)絡(luò)密鑰即可完成。
 

　　（3）怎么完成主動(dòng)組網(wǎng)
 

　　當(dāng)有新的設(shè)備接入時(shí)，經(jīng)過兩種方法將新家電接入：
 

　　*種方法，在新設(shè)備及終端效勞設(shè)備上都留有有線接口，當(dāng)將兩者經(jīng)過信號(hào)線銜接到一起時(shí)，新設(shè)備主動(dòng)發(fā)送注冊指令，終端效勞設(shè)備接納到注冊指令之后，主動(dòng)將網(wǎng)絡(luò)密鑰、MAC地址、設(shè)備協(xié)議等信息發(fā)送給新設(shè)備，之后新設(shè)備再與組內(nèi)設(shè)備通訊時(shí)，選用終端效勞設(shè)備發(fā)送給其的設(shè)備協(xié)議進(jìn)行通訊，然后完成新設(shè)備的主動(dòng)組網(wǎng)。
 

　　第二種方法，按下終端效勞設(shè)備上的注冊按鍵，終端效勞設(shè)備只接納注冊協(xié)議。新設(shè)備通電之后，按下注冊按鍵，新設(shè)備主動(dòng)發(fā)送注冊信息到電力線，一起監(jiān)控終端效勞設(shè)備回傳的注冊確認(rèn)信息，兩邊確認(rèn)注冊信息正確之后，即完成主動(dòng)組網(wǎng)處理。將按鍵恢復(fù)初始狀況，兩者也選用原有體系的網(wǎng)絡(luò)密鑰進(jìn)行正常通訊。
 

　　3.3PLC通訊現(xiàn)場實(shí)施中問題的解決計(jì)劃
 

　　（1）同相攪擾的解決計(jì)劃
 

　　當(dāng)電力線攪擾比較嚴(yán)重或許電力線上存在其它PLC設(shè)備時(shí)，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致對傳輸信號(hào)的攪擾，所以在軟硬件方面需要采取必定的濾波辦法，以濾除線路上的攪擾。
 

　　因?yàn)镮NT6400子載波信號(hào)傳輸頻率在2～30MHz之間，屬于高頻信號(hào)，所以硬件選用可以濾除低頻信號(hào)的濾波電路，使高頻信號(hào)不衰減。
 

　　在軟件方面電力線載波通訊將高頻信號(hào)選用OFDM技能耦合到電力線，子載波會(huì)依據(jù)線路的衰減狀況，主動(dòng)挑選信號(hào)的調(diào)制方法，其間包含：QAM、QPSK、BPSK、ROBO等幾種方法，然后確保了傳輸時(shí)的抗攪擾性，且提供了滿意的物聯(lián)家電運(yùn)用帶寬網(wǎng)。一起同組載波設(shè)備選用相同的網(wǎng)絡(luò)密鑰，載波模塊檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)密鑰不合法時(shí)，主動(dòng)丟掉收到的數(shù)據(jù)包，而相一起才對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。通訊協(xié)議中還帶有MAC地址，同一組設(shè)備中某一設(shè)備依據(jù)MAC地址判定是否為發(fā)給自己的數(shù)據(jù)，組內(nèi)設(shè)備僅處理發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包。
 

　　（2）跨相耦合的解決計(jì)劃
 

　　通訊數(shù)據(jù)在電力線傳輸?shù)倪^程中，信號(hào)在經(jīng)過某些空氣開關(guān)等設(shè)備之后會(huì)有很大的衰減，信息傳輸不穩(wěn)定，數(shù)字家電的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。當(dāng)信號(hào)分屬電力線上的A、B、C三相時(shí)，往往更是導(dǎo)致3相間的信號(hào)無法傳輸。
 

　　為了解決以上問題，依據(jù)現(xiàn)場詳細(xì)狀況進(jìn)行以下分類處理。
 

　　現(xiàn)場載波模塊之間的銜接，依照載波信號(hào)是否跨相可分為兩種，即跨相與不跨相；依據(jù)載波信號(hào)是否跨空氣開關(guān)又可分為兩種，即跨空氣開關(guān)與不跨空氣開關(guān)；故可以完成四種組合方法，即有四種詳細(xì)硬件實(shí)施計(jì)劃：
 

　　（1）同相載波信號(hào)不跨空氣開關(guān)
 

　　此種狀況較為簡單，在一般的家庭內(nèi)，電力線上傳輸?shù)妮d波信號(hào)即使有衰減也不會(huì)太大，故直接將有需要聯(lián)網(wǎng)的家電接入室內(nèi)的電力線上即可，無需增加其他耦合設(shè)備、器材。
 

　　（2）同相載波信號(hào)跨空氣開關(guān)
 

　　當(dāng)出現(xiàn)此種狀況時(shí)，可在空氣開關(guān)的兩側(cè)接入耦合電感、安規(guī)電容等設(shè)備，然后將傳輸信號(hào)直接耦合到空氣開關(guān)等器材另一側(cè)的電力線上，然后確保了物聯(lián)網(wǎng)家電所需的帶寬。
 

　　（3）異相載波信號(hào)不跨空氣開關(guān)
 

　　當(dāng)出現(xiàn)此種狀況時(shí)，可在異相電力線上接入耦合電感、安規(guī)電容等設(shè)備，然后將一相上傳輸?shù)妮d波信號(hào)耦合到電力線的另一相上；假如異相電力線距離略微遠(yuǎn)一些，不合適運(yùn)用耦合電感或安規(guī)電容，也可以在異相電力線的每一相上安裝帶無線模塊的載波模塊，經(jīng)過無線將發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇蛹{模塊，接納模塊再將數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到電力線上，然后滿意了物聯(lián)網(wǎng)家電的帶寬要求。
 

　　（4）異相載波信號(hào)跨空氣開關(guān)
 

　　一般空氣開關(guān)上接本錢較低的耦合電感、安規(guī)電容，異相間假如條件允許也接入本錢較低的耦合電感、安規(guī)電容，只有當(dāng)有必要接入無線載波模塊時(shí)，才在電力線上接入無線載波模塊。
 

　　4結(jié)束語
 

　　本文給出了一種物聯(lián)網(wǎng)寬帶PLC家電體系規(guī)劃完成計(jì)劃，解決了應(yīng)用中碰到的同相攪擾、跨相耦合、主動(dòng)組網(wǎng)等方面的問題，然后使寬帶PLC實(shí)踐的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)家電。今后的作業(yè)將側(cè)重研究更低本錢的計(jì)劃，擴(kuò)大產(chǎn)品應(yīng)用范圍。