电力载波的家庭无线系统设计资料

发表于 2020-2-25 09:09

电力载波的家庭无线系统设计资料

发表于 2020-2-25 09:11

由功能示意框图所示，本系统实现的三个功能各有特点，具有与手机通过
Wi-Fi联动的特点，手机可以通过Wi-Fi方便地实现对插座的直接控制以及对家用
电器的间接控制，同时电力线载波技术也可以实现Wi-Fi信号的“接力”，让手机
与多功能插座始终处于同一个Wi-Fi环境下，保持对插座的连接和控制，下面对三
个功能的性能指标进行介绍。
(1) Wi-Fi扩展功能的功能及性能要求
实现较稳定的Wi-Fi扩展功能
传输速率达到200M带宽的传输速率
(2>远程控制功能的功能及性能要求
.实现家庭Wi-Fi环境下，手机对多功能插座的控制功能
.实现在非家庭Wi-Fi环境下，手机对多功能插座的控制功能
.云端记录多功能插座的状态，能实时显示插座的开通或关断的状态
(3)红外遥控功能的功能及性能要求
.能完成各类家用电器遥控器红外控制信号的识别
.能正确发射红外信号控制家用电器

发表于 2020-2-25 09:11

发表于 2020-2-25 09:11

整个多功能插座的系统组成如图中虚线框所示，其中电源供电模块提供给其
它模块合适的工作电压，各个对应模块各司其职，完成对应的功能。总的说来，
能
可以将整个系统分为实现Wi-Fi扩展功能的电力线载波模块、实现远程控制功
远程控制模块以及实现红外遥控功能的红外遥控模块。

发表于 2020-2-25 09:12

这个资料很不错。可以纳入米家小米生态链了。。。不过这个讲究外观设计。想做好，很难啊！！！

发表于 2020-2-25 09:13

发表于 2020-2-25 09:16

这个系统很好用！感谢楼主分享！学习学习！

发表于 2020-2-25 09:18

由图2-3所示流程图，在网络信号加载到电力线上的过程中，首先路由器中的
网络信号通过网线接入到RJ4_5接口，通过RJ4_5网络信号接口将信号送入信号祸
合电路。信号祸合电路和PHY(物理层控制器)芯片组成了一个信号接收发送电
路，其中信号祸合电路主要由网络隔离变压器组成，该电路主要实现信号放大(增
大传输距离)、增强抗干扰能力(防雷击)的功能。经过信号祸合电路处理后的信
号接入到PHY芯片端，PHY芯片主要起着重要的信号转发、处理、纠错功能，将
增强后的网络信号经过编码转换、纠错等一系列处理将正确格式的信号通过MII
(介质独立接口)传输到MAC(数据链路层控制器)处理。本设计选择的INT6400
芯片是一个高度集成化的微控制器，内部集成了MAC，因而本设计的PHY芯片
直接连接到电力线载波芯片的INT6400上的相应接口，让电力线载波芯片对处理
过的信号进行处理。接着，基于OFDM技术的电力线载波芯片通过串/并转换、傅
里叶变换、插入循环前缀等一系列的转换操作，将处理后的信号传入PLC祸合滤
波模块。最后，起着隔离保护作用的PLC祸合滤波模块将信号加载到电力线上。
至此，整个网络信号加载到电力线上的流程完成。

发表于 2020-2-25 09:19

将电力线中的信号转换成Wi-Fi信号的过程不完全同网络信号加载到电力线
上的过程相反，与其相比，电电力线信号转换成Wi-Fi信号的过程不会通过信号祸
合电路经过RJ4_5接口将网络信号加载到网线中，而是通过Wi-Fi模块发射出Wi-Fi
信号。电力线信号转换成Wi-Fi信号的其他过程大致与将网络信号转换成电力线信
号相似，在电力线信道中载有网络信号的混合信号通过PLC祸合滤波模块实现隔
离保护后，将混合信号送入电力线载波芯片进行并/串转换、傅里叶逆变换、解除
循环前缀等一系列的转换操作分离出网络信号。接着网络信号通过PHY芯片的转
发、处理、纠错送入Wi-Fi发射模块，最后将网络信号转换成Wi-Fi信号发射出去。
整个过程的流程如下图2-4所示。

发表于 2020-2-25 09:19

发表于 2020-2-25 09:22

图中可以知道，远程控制的工作流程并不复杂，以ESP8266芯片为核心搭建
的Wi-Fi模块接收到手机控制信号后，将其发送给主控微处理器，主控微处理器对
信号进行解析，然后控制继电器的开通关断从而实现对家用电器和电力供应的连
接控制。值得一提的是，ESP8266接收的手机控制信号可以由两种途径传输，一
种是直接通过家庭Wi-Fi环境，手机对多功能插座直接下达控制信息，另外一种则
是手机将控制指令通过云端，让云端通过网络、路由器的途径转发到多功能插座
中，从而实现一种间接控制的途径。总之，手机可以通过直接或间接的方式将控
制信号传递至ESP8266芯片中，实现对多功能插座的远程控制。

发表于 2020-2-25 09:23

有ESP32的吗?

发表于 2020-2-25 09:24

发表于 2020-2-25 09:25

由图所展示的那样，红外遥控功能主要分为遥控器型号的匹配以及手机控制
家电两个工作场景，下面对其分别进行介绍。
(1>遥控器型号的匹配
首先用家电的遥控器对准多功能插座的红外接收头，按下指定的按键(如关
机键)向多功能插座发射红外控制信号。接着，红外接收头将此信号传输到主控
微处理器中进行信号匹配，当匹配到合适的遥控器型号，将遥控器型号对应的型
号编码发送至以ESP8266为核心的Wi-Fi模块，由该模块将此型号编码传输至手
机。最后，手机接收到相应型号编码后，将界面调整至对应的遥控器界面，自动
设置各个遥控按键对应的红外控制信号的编码格式。
(2)手机控制家电
在该工作场景下，手机通过Wi-Fi向多功能插座传输遥控控制编码指令，该指
令由以ESP8266为核心的Wi-Fi模块转发到主控微处理器。接着，主控微处理器
按照指令格式的红外信号，通过多功能插座的红外发射二极管发射红外控制信号，
从而实现对家用电器的红外遥控功能。值得一提的是，为了防止红外信号的传输
覆盖面积，本课题设计的多功能插座设计了_5个红外发射二极管，保证多功能插
座作为红外信号的发送者能够具有尽可能大的红外发射覆盖面积。

发表于 2020-2-25 09:29

发表于 2020-2-25 09:30

   (1) ASK，即幅移键控，是一种按载波的幅度受到数字数据的调制而取不同
的值的调制技术。例如对应二进制0，载波振幅为0;对应二进制1，载波振幅为
1 o ASK实现起来比较简单，但它不具有很好的抗衰落能力，同时增益变化对它的
影响也较大，因而ASK不适宜在干扰多、环境复杂的信道下采用，是一种低效的
调制技术。
   (2) FSK，即频移键控，是一种用不同的频率来表示不同的符号的调制技术。
例如2Hz表示符号0,  3KHz表示符号1 o FSK实现起来简单，并且有较好的抗衰
减以及抗噪声能力，因而FSK能广泛应用于中低速的数据传输领域。
   (3 > PSK，即相移键控，是一种按数字数据的值调制载波相位的调制技术。
例如用0相移表示0，用180相移表示1。相比于ASK和FSK,  PSK具有更好的
抗衰落和抗干扰能力，同时PSK中相位变化也能在接收机和发送机的时钟同步中
当作定时信息产生作用。
随着技术的发展，大容量传输和远距离传输的需求对数字通信技术提出了更
高的要求，上述三种技术显然己经无法适应新的环境下许多设备对于高传输速度
的要求。

发表于 2020-2-25 09:30

以不同扩频方式为区分，扩频通信技术可分为四类:直接序列扩频(DS-SS ),
跳频扩频(FH-SS、跳时扩频(TH-SS)和线性调频扩频(Chirp-SS > o
以上四类扩频方式中，主要应用于电力线载波技术中的是直接序列扩频技术，
其原理是发送端用伪随机序列作为扩频序列对原始信号进行扩频，然后在接收端
用同样的伪随机序列对传输信号进行还原，从而得到原始信号，其发送机和接收
机的模型如图2-8。

发表于 2020-2-25 09:31

直接序列扩频技术有多个优点，主要优点如下:
   (1>抗干扰能力强
作为扩频技术的主要特性之一，抗干扰能力强的特性得益于接收机需要使用
在发送机中相同的扩频编码进行相应的解扩展处理，因而即使干扰信号是同一种
类型的信号，不同的扩频编码所具有的不相干特点也会使得干扰信号无法产生干
扰的作用。由于直接序列扩频技术具有这样一个优点，美国在海湾战争中曾在计
算机网络连接中采用这一技术。
   (2)抗截获能力强
信号经过直接序列扩频调制后，其频谱被扩展得很大，使得调制后的信号功
率谱密度大大降低，因而接收端接收到的信号的谱密度将会远远低于噪声的谱密
度，这样信号会表现出一种“淹没”在噪声中的情形下，这样情形下的信号具有
很好的隐蔽能力，且不易对其他接收设备造成干扰。基于这样的特点，直接序列
扩频技术有很好的抗截获能力，适合应用于保密领域。
   (3可同频工作
由于采用相关解扩，因此只要每部通信机中用来解扩展的扩频序列不同，多
部通信机就能够在同一载频下同时工作但却不会产生太强的相互干扰，只是会产
生一些背景噪声。
同时，直接扩频通信的传输速率也不慢，可以达到2M,  8M,  11M的传输速
率，且无须申请频率资源，组建网络简单、方便，网络性能好。
直接扩频通信技术在实际的应用中，也存在着一些缺点。比如系统带宽太大，
进入接收机前端的干扰信号增多，这就对接收机的性能提出了较高的要求;还有
为了得到有效的抗多径干扰能力以及利用多径的能力，扩频序列必须足够窄，并
且信息比特必须要足够宽，然而后者却又会对信息传输速率产生限制，这是一对
难以调节的矛盾。

发表于 2020-2-25 09:35

这是无线电吗？

发表于 2020-2-25 09:35

感觉像是调频、调制方式的那种方式。。。

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