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物联网宽带PLC家电系统设计方案

2019年01月11日 13:30:45来源:中国传动网作者:网络关键词:PLC控制系统
  1物联网宽带PLC家电体系及网络构成
 
  物联网宽带PLC电力线载波通讯家电是将家电本身的一些信息,经过电力线发送到PLC网关,PLC网关再将家电发送的数据信息经过互联网发送到所需要的地方,一起又可以将用户的需求经过互联网发送PLC网关,PLC网关将需求指令数据经过电力线发送给PLC家电,家电依照用户的需求指令进行运转、反应运转信息等。
 
  物联网宽带PLC家电体系网络包含感知层、PLC通讯层、网络层、应用层等几部分。其物理构成如图1所示。其间冰箱、热水器等接纳用户可以经过手机、PAD、电脑等发送查询、控制指令,一起冰箱、热水器等家电再依据用户的指令信息返同用户需要的数据给手机、PAD、电脑等设备。因为网关及家电都内置PLC模块,故此处的数据传输不再经过无线或网线等传统方法,而是直接选用电力线进行传输而且因为选用了PLC通讯,热水器、空调等家电设备还可以规划成显现板与整机别离,即便利操作,又能给用户带来舒适的体会。
 
  2电力线载波通讯(PLC)物联网家电的特点
 
  PLC物联网家电异于一般的家电设备,也异于远程抄表体系。因为数据的传输依托电力线,而且家电设备直接面临用户来进行操作、显现,故要求各个家电设备具有恰当的感应、传输速度、较强抗搅扰能力、互联互通、主动组网、较高的通讯可靠性、适度的传输距离等。
 
  恰当的感应、传输速度针对不同的家电,传输的数据速度要求往往不同。如一般的热水器、洗衣机、冰箱、空调等不需要传输图像、声响的家电,10k以内的传输速度满意。而针对物联电视、电脑等视频设备则需要几百k以上的传输速率。
 
  较强的抗搅扰能力一般指在必定的范围内,假如存在多个PLC设备或许电力线上存在和传输频率相同的搅扰时,每个设备问可以正常通讯而不被其它影响。
 
  互联互通(M2M)指物联网家电之间、Internet与物联网家电之间可以相互通讯,传递相关信息,只有这样才干完成“人在娘家就在身边、人在家世界就在眼前”。
 
  主动组网指经过必定的办法,使需要互联互通的家电可以自己挑选组成一个网络,且不与不需组网的PLC设备组网。
 
  较高的通讯可靠性指联网家电有必要有效地进行通讯,而不能像远程抄表那样,因为一次通讯成功率低而不得不多次抄读,而物联网家电则要求有必要满意人们对操控、赏识的舒适性要求。
 
  适度的传输距离指一般互联互通的家电在同一住户内,假如传输距离太远,则用户数量多的时候很简单影响到其他用户,但控制在200m以内,则不会对其他用户的运用发生太多的影响。
 
  3物联网宽带PLC家电体系的规划
 
  基于PLC物联网家电的特点,最核心技能是PLC通讯的技能,本规划完成计划主要从以下几方面来讲述在物联网家电中怎么经过PLC通讯完成家电的互联互通。
 
  3.1物联网PLC家电硬件构成
 
  物联网家电硬件构成
 
  本文所指的物联网PLC家电指由一般家电加上PLC通讯模块构成的家电,其硬件构成如图2所示。电视、冰箱等可将PLC通讯模块直接整合在家电的内部,而空泛、热水器等除了将PLC通讯模块整合在整机内之外,还可将操作显现板与整机进行别离,操作显现板内部也嵌入PLC通讯模块,这样就可以完成整机与操作显现板虽然是别离的,但经过PLC通讯仍然能坚持显现板与整机的数据交流。
 
  一般整机内的PLC通讯模块既负责与其对应的显现板进行通讯,也负责与PLC终端网关进行通讯。
 
  网络交流处理IC负责接纳INT6400传来的数据并将数据转化后传给RJ45接口。事务处理IC依据通讯协议解析接纳到的数据,并将数据经过SPI接口或UART接口直接传送给家电PCB板上的MCU。一起将家电传来的数据打包后发送给INT6400。
 
  3.2物联网PLC家电通讯关键技能软件完成
 
  (1)PLC通讯整体介绍
 
  PLC通讯是指利用专用调制解调技能对信号进行调制,然后把信号加载到电力线中,在接纳方经过对加载信号的解调,获取传输数据进行通讯的技能。
 
  现在PLC通讯按通讯的带宽可分为窄带电力线载波通讯、宽带电力线载波通讯:
 
  因为窄带电力线通讯技能的调制方法、载波频宽限制,导致传输速度、抗同相搅扰性等功能并不合适载波家电的需求。
 
  宽带电力线载波通讯技能一般选用一种多载波调制技能,即正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingOFDM)技能。其技能完成为,在频域内将指配的信道分红若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的子数据流,在每个子信道上运用一个子载波进行调制,而且各个子载波相互正交,并行传输。其技能特点是传输速度快,理论传输速度可达200M,抗搅扰能力强。所以依据以上的这些特点,宽带PLC通讯技能较合适应用于以电力猫为代表的室内因特网接入、视频监控等对实时性要求较高的领域,一起也合适于物联网家电对通讯速率、抗搅扰性等特性的需求。
 
  (2)怎么完成互联互通
 
  电力线上信号的传输协议选用TCP/IP协议,选用网络密钥认证的机制,不同的家电之间进行信息传输时,只需遵从相同的通讯协议,选用相同的网络密钥即可完成。
 
  (3)怎么完成主动组网
 
  当有新的设备接入时,经过两种方法将新家电接入:
 
  第一种方法,在新设备及终端效劳设备上都留有有线接口,当将两者经过信号线衔接到一起时,新设备主动发送注册指令,终端效劳设备接纳到注册指令之后,主动将网络密钥、MAC地址、设备协议等信息发送给新设备,之后新设备再与组内设备通讯时,选用终端效劳设备发送给其的设备协议进行通讯,然后完成新设备的主动组网。
 
  第二种方法,按下终端效劳设备上的注册按键,终端效劳设备只接纳注册协议。新设备通电之后,按下注册按键,新设备主动发送注册信息到电力线,一起监控终端效劳设备回传的注册确认信息,两边确认注册信息正确之后,即完成主动组网处理。将按键恢复初始状况,两者也选用原有体系的网络密钥进行正常通讯。
 
  3.3PLC通讯现场实施中问题的解决计划
 
  (1)同相搅扰的解决计划
 
  当电力线搅扰比较严重或许电力线上存在其它PLC设备时,有时会导致对传输信号的搅扰,所以在软硬件方面需要采取必定的滤波办法,以滤除线路上的搅扰。
 
  因为INT6400子载波信号传输频率在2~30MHz之间,属于高频信号,所以硬件选用可以滤除低频信号的滤波电路,使高频信号不衰减。
 
  在软件方面电力线载波通讯将高频信号选用OFDM技能耦合到电力线,子载波会依据线路的衰减状况,主动挑选信号的调制方法,其间包含:QAM、QPSK、BPSK、ROBO等几种方法,然后确保了传输时的抗搅扰性,且提供了满意的物联家电运用带宽网。一起同组载波设备选用相同的网络密钥,载波模块检验网络密钥不合法时,主动丢掉收到的数据包,而相一起才对数据包进行处理。通讯协议中还带有MAC地址,同一组设备中某一设备依据MAC地址判定是否为发给自己的数据,组内设备仅处理发给自己的数据包。
 
  (2)跨相耦合的解决计划
 
  通讯数据在电力线传输的过程中,信号在经过某些空气开关等设备之后会有很大的衰减,信息传输不稳定,数字家电的运转稳定性受到严重影响。当信号分属电力线上的A、B、C三相时,往往更是导致3相间的信号无法传输。
 
  为了解决以上问题,依据现场详细状况进行以下分类处理。
 
  现场载波模块之间的衔接,依照载波信号是否跨相可分为两种,即跨相与不跨相;依据载波信号是否跨空气开关又可分为两种,即跨空气开关与不跨空气开关;故可以完成四种组合方法,即有四种详细硬件实施计划:
 
  (1)同相载波信号不跨空气开关
 
  此种状况最为简单,在一般的家庭内,电力线上传输的载波信号即使有衰减也不会太大,故直接将有需要联网的家电接入室内的电力线上即可,无需增加其他耦合设备、器材。
 
  (2)同相载波信号跨空气开关
 
  当出现此种状况时,可在空气开关的两侧接入耦合电感、安规电容等设备,然后将传输信号直接耦合到空气开关等器材另一侧的电力线上,然后确保了物联网家电所需的带宽。
 
  (3)异相载波信号不跨空气开关
 
  当出现此种状况时,可在异相电力线上接入耦合电感、安规电容等设备,然后将一相上传输的载波信号耦合到电力线的另一相上;假如异相电力线距离略微远一些,不合适运用耦合电感或安规电容,也可以在异相电力线的每一相上安装带无线模块的载波模块,经过无线将发送模块发送的数据传输到接纳模块,接纳模块再将数据信号耦合到电力线上,然后满意了物联网家电的带宽要求。
 
  (4)异相载波信号跨空气开关
 
  一般空气开关上接本钱较低的耦合电感、安规电容,异相间假如条件允许也接入本钱较低的耦合电感、安规电容,只有当有必要接入无线载波模块时,才在电力线上接入无线载波模块。
 
  4结束语
 
  本文给出了一种物联网宽带PLC家电体系规划完成计划,解决了应用中碰到的同相搅扰、跨相耦合、主动组网等方面的问题,然后使宽带PLC实践的应用于物联网家电。今后的作业将侧重研究更低本钱的计划,扩大产品应用范围。
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