摘 要：介紹了基于SC1128電力線載波芯片的智能家居系統中硬件及軟件的設計。該系統可以為用戶提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話或網絡遠程控制、防盜報警等多種功能。系統成本較低，使用簡單，具有一定商業(yè)價值。
關鍵詞：SC1128；智能家居；電力線載波
電力網是每個家庭都要用到的物理網絡，現有的電力線基本功能是傳輸電力。利用現有的電力線實現數據通信 , 而無需增加額外的通信線路，可以大大節(jié)約建設成本。本文所介紹的智能系統只需將本系統中不同功能的通信模塊和電源電路像墻壁插座一樣嵌入墻壁，接入市電，即可實現本智能家居系統。
1 系統總體設計
系統總體設計框圖如圖1所示。
整個系統由不同的智能模塊組成，智能模塊由電源電路、SC1128收發(fā)電路及外圍電路組成。每個智能模塊對應一個不同的地址，以免執(zhí)行不屬于本模塊的命令。地址可由一個自定義的紅外遙控器設置。
2 智能模塊硬件電路
硬件電路分為電源、SC1128收發(fā)電路及外圍電路、功能電路3部分。
2.1 電源硬件
電源硬件模塊示意圖如圖2所示，各模塊的功能如下：
(1)框1為耦合電路。耦合電路是載波信號的輸出和輸入通路，并有隔離220 V/50 Hz工頻的作用。該電路在設計時需考慮220 V線路側的阻抗特性， T1為信號耦合變壓器，220 V線路側阻抗一般取3 Ω～30 Ω。然后確定線圈初次級的匝數比或阻抗比。最后設計功率放大器的輸出匹配電阻。輸入通道接一個浪涌保護二極管，經電阻隔離后接二極管箝位電路輸出給前級濾波電路。
(2)框2為電源與通信模塊的接口。SC1128通過POUT（發(fā)） 與 SIN（收） 2個腳與別的智能模塊通信。這樣可以用一個智能模塊控制另外一個智能模塊。
(3)框3把+12 V穩(wěn)壓至+5 V，給系統供電。
(4)框4為單片機I/O口控制的繼電器電路。把所需控制的電器一根電源線接到繼電器輸出腳，這樣就可以實現控制電器的開與關。鑒于電源模塊的體積，一個電源模塊上可以接3個繼電器為好。
(5)框5通過整流得到+12 V電源。
2.2 SC1128收發(fā)電路及外圍電路
硬件系統的核心電路是SC1128的收發(fā)電路。
(1)SC1128通過電力線傳輸與接收的電路[1]
SC1128芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴頻調制／解調器電路。由于采用了直接序列擴頻、數字信號處理、直接數字頻率合成等新技術，因此該電路應用在電力線通信方面具有較強的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內部集成了擴頻／解擴、調制／解調、D/A和A/D轉換、內置電子表、輸出驅動、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應用系統中可以起到降低系統成本并提高系統功能的作用。
SC1128通過電力線收發(fā)圖如圖3所示。
耦合電路可將功率放大器發(fā)射的信號耦合到電力線；又可將電力線上接收的信號耦合到帶通濾波器上。帶通濾波器和前級放大器為前級接收通道，它將接收的信號經放大、濾波，送入SC1128的一級運算放大器處理。功率放大器將SC1128發(fā)出的調相信號進行功率放大，經耦合線圈送入電力線。
(2)SC1128與單片機的連接電路[2]
單片機選用宏晶科技推出的超強抗干擾/高速/低功耗的STC89C58RD+。該款單片機內部自帶32 KB Flash，1280 B的RAM，可以免外擴EEPROM，特別是該單片機支持在線燒寫，為以后的軟件升級帶來了便利。
SC1128與單片機連接如圖4所示。
36腳為收發(fā)控制端，0為接收，1為發(fā)射；37腳在發(fā)射和接收同步后產生同步脈沖信號，頻率隨工作主時鐘和周波的變化而變化；38腳為輸出發(fā)送和接收的數據；39腳為設置數據及狀態(tài)的輸入輸出端；40腳為同步設置時鐘輸入端；41腳為片選輸入端。
發(fā)射狀態(tài)時，單片機將SR端(36腳)置高，SC1128芯片發(fā)出同步頭(37腳)，單片機通過TX端(38腳)同步發(fā)送數據。
接收狀態(tài)時，單片機將SR端(36腳)置低，SC1128芯片若接收到數據，則產生同步頭，通過TX端(38腳)將數據同步發(fā)送到單片機。
正常工作時，SC1128第 36腳(SR)不發(fā)射時始終置0，處于等待接收狀態(tài)。
2.3 功能電路
功能電路是根據所要實現的不同功能所加的電路,包括：
(1)按鍵電路：通過按鍵來控制繼電器，達到控制電器的作用；
(2)語音電路：可實現電器遠程電話控制；
(3)傳感器電路：根據需要來選擇傳感器，如紅外傳感器，當有人經過時，傳感器給單片機發(fā)送信號，來控制繼電器，這里的繼電器可以接點燈，或報警模塊。煤氣傳感器可以探測煤氣泄漏并報警；
(4)電腦接口電路：可以通過網絡遠程控制，也可以在電腦中顯示電器的狀態(tài)或控制各個電器；
(5)液晶接口電路：可以顯示各個電器狀態(tài)；
(6)遙控電路：簡單地說，就是可以學習一個房間內所有帶遙控電器的遙控編碼，這樣就可以用一個自定義的遙控器遙控所有的電器。
3 智能模塊軟件部分[3]
單片機軟件設計主要收發(fā)流程圖如圖5所示。
在第一次使用智能模塊時，通過紅外遙控器設置地址。一個家庭內所有不同的智能模塊有各自的地址，這個可以以樓層、房間號和所用電器來定義。具體可以根據實際情況來確定。
本系統經過長時間試驗運行證明，具有維護量小、誤碼低，抗干擾能力強等特點。該擴頻系統只需很小的空間，無需增加額外布線，工程建設周期短，給人們生活質量帶來了很大的提高和便捷，提高了家庭的安防能力。
參考文獻
[1] 北京智源利和微電子技術有限公司.SC1128擴頻通信芯片使用說明書.2004.
[2] 張毅剛，彭喜元，姜守達.新編MSC-51單片機應用設計[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004：68-82.
[3] 劉建偉,余永權，邊增遠. 基于電力線擴頻通信的智能家居網絡[J].微計算機信息，2005，(24):160-162.