搜索
2载波协议X-10协议是以电力线为连接介质对电子设备进行远程控制的通信协议，已广泛应用于家庭安全监控、家用电器控制和住宅仪表数字读取等方面。X-10系统由发送控制盒和多个接受控制组件组成，各组件可设定不同编码以示区别。使用时，控制盒和组件可插入室内不同的电源插座，家用电器设备就插在这些控制组件上。通过与控制盒连接的键盘，用户可输入控制命令和组件编码，实现家用电器设备的远程控制。控制命令由120kHz脉冲串组成，在1ms时间内，有脉冲表示为“1”，无脉冲则表示为“0”，电源频率过零点同步。每个X-10数据包包含有标识符、房间编码和单元/功能编码，共22bit。现已开发出电力线路通信的嵌入式芯片、双向和三向通信组件、具有电脑接口的组建及相应软件等。通信速率达350kbit/s和2Mbit/s的产品也在开发中。应用在我国应用X-10产品的例子并不多见，究其原因可能是产品不太适合国内使用。X-10产品在美国主要是用在旧房子的改造上，而国内则一般是在买新房子或在旧房子装修时才会考虑到这个问题。如果房子是入墙式装修，要外加X-10功能模块在开关插头上，多少会觉得不太协调。另外人们采用新技术时，往往又对新技术期望过高，X-10的一些技术限制了人们的使用，例如反映速度慢（60Hz供电系统中，传送一个指令需0.883s）、抗干扰性能差（这是由于信号载波在电力线中传送时造成的，在我国这个问题比较严重）等，这都给X-10在我国的推广应用带来实质性的困难。但国内有些厂家和代理商也推出了针对中国住宅情况作了改进的X-10配套产品。在深圳、天津等城市也已经开始销售X-10产品3有关电器“智能家居”（SmartHome）又称智能住宅，它是以住宅为平台，将家中的各种电器设备通过家庭网络连接到一起，再利用先进的计算机、通信及控制技术管理家中的设备。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适的家庭生活空间，还提供全方位的信息交互功能，使家庭与外部保持信息交流流畅，帮助人们有效地安排时间。其中，最具代表性的家居智能化技术是X-10电力载波技术。X-10是一种国际通用的电力载波协议（即一种通讯“语言”）。这种协议可以使家庭电器设备通过电力线传递控制信号，接收开关就可以通过电力线接收指令并产生相应的动作。利用射频技术和欧美成熟多年的X-10电力线载波通讯技术就可以实现对家用电器工作状态的遥控控制,让用户更方便地管理家庭设备。X-10电力载波协议的可靠性，稳定性和可实现性，优化了人们的生活方式，给人们带来最大程度的高效、便利、舒适与安全的生活环境。关键词智能家居；X-10；单片机；微控制器；遥控器目录引言11智能家居与X-10电力载波协议31.1智能家居的概念与发展31.2智能家居在中国的发展足迹31.3X-10电力载波协议的发展历程41.4X-10协议的原理62总体设计方案112.1总体设计112.2软硬件设计需求及原理123硬件电路设计与系统软件设计143.1微控制芯片技术143.2无线遥控器硬件电路173.2.1遥控器的编码193.2.2射频发射器203.3转发器硬件电路原理213.3.1电源电路213.2.2X-10发送电路243.3.3超外差接收模块243.4I2C总线技术253.5PROTEL99SE软件设计原理图和PCB273.5.1原理图设计273.5.2PCB印制电路板设计344系统软件的设计及其功能介绍384.1软件开发环境384.2遥控器软件设计384.3无线转发器的软件设计395系统潜在的主要问题415.1硬件问题415.2软件问题41结论43致谢44参考文献45附录A英文原文46附录B原文翻译50附录C核心代码53引言近年来智能家居突然频繁地出现在各大媒体上，一时间，成了人们耳熟能详的词汇。目前关于智能家居的称谓称真是五花八门。与智能家居的含义近似或有关的诸如：家庭自动化（HomeAutomation）、电子家庭、e家庭（ElectronicHome、E-home、e-Home）、数字家园（Digitalfamily）、家庭网络（Homenet/NetworksforHome）、网络家居（NetworkHome）、智能化家居（Inte1ligenthome）、智能家庭建筑（Inte1ligenthome/building）、e时代家庭信息系统、智能家居管理系统等等几十种，在香港、台湾等地区还有数码家庭、数码家居等称法。通俗地说，智能家居利用先进的计算机、嵌入式系统和网络通讯技术，将家中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起。一方面，智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。一般来说，智能家居要求有三大功能单元：第一，必须有一个兼容性强的智能家居中央处理平台（家庭网关HomeNetworkGateway），它是智能家居的心脏，也可以将其形象地理解为一个交通警察，有了它，用户可以和家居子系统进行快速沟通。通过这个媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求。选择配置合适的家庭网关，对日后智能家居使用功能非常重要。第二，要求有一个家庭布线系统（它是组建家庭局域网的基础，它不仅将宽带网连接到家庭，还可以根据自己的情况布设到每一个将来可能使用的位置），这同房子的其他管道系统一样重要；第三，真正的智能家庭生活至少需要三种网络的支持：宽带互联网、家庭互联网和家庭控制网络（当家庭里有多于一台电脑设备时，就肯定要组建家庭局域网。局域网是一个组建家庭信息网络的核心，也将是一座沟通计算机与家电之间联系的桥梁，家用电脑、电话、传真、打印机、扫描仪、数码相机、可视对讲摄像头都是联接到家庭局域网的基本元素）。也就是说要在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。它们的最终目的都是为满足人们对舒适、安全、方便和环保需求的居住环境。结论本系统利用信号转发器插到一个房间的插座上，接收遥控器的无线信号，并将无线信号翻译成电信号，在电线上传播，其他房间的接收开关接收指令并执行相应的动作，如控制电灯开、关等。由于时间仓促和本人的能力有限，系统中还存在一些有待完善的地方，如硬件方面的抗干扰问题和软件方面的程序合理性问题。通过毕业设计这阶段的学习，我意识到了自己在实际经验方面的不足，在今后应该更加不断的努力学习，提高理论知识的同时增强自己的动手能力。不过，无论是设计印刷电路板、购买元器件、手工焊板，还是查阅芯片资料，都使我学到了很多在过去的三年半里没有涉及过的东西，加深了我对所学到的理论知识的理解，提高了分析、解决实际问题的能力。通过这阶段的采集资料，我相信随着家居智能化的迅速发展，X-10技术将在许多领域中越来越广泛的的应用。其布线简单、功能灵活，扩展容易，价格便宜将被人们广泛接受和应用。利用X-10协议，实现智能家居在中国一定会有广阔的发展前景。参考文献[1]刘笃仁.PIC软硬件系统设计.电子工业出版社.2005.1.[2]李东星，陈小牧，周立功.PIC16C5X系列单片机应用设计.电子工业出版社.1996.1.[3]杨将新，李华军，刘东骏.单片机程序设计及应用.电子工业出版社.2006[4]赵健.实用声光及无线电遥控电路300例.中国电力出版社.2005[5]李全利，迟荣强.单片机原理及接口技术.2004[6]江思敏，姚鹏翼，胡荣.Protel电路设计教程.清华大学出版社.2002[7]付小光.单片机原理与应用技术.清华大学出版社.2004[8]赵子婴.单片机原理及应用.山东大学出版社.2003[9]杨圣.PIC系列单片机的原理与实践.中国科技大学出版社.2003自动化通讯协定程序自动化▪BSAP▪CC-Link▪CIP▪CAN▪CANopen▪ControlNet▪DeviceNet▪DF-1▪DirectNET▪EtherCAT▪EthernetGlobalData(EGD)▪EthernetPowerlink▪EtherNet/IP▪FINS▪FOUNDATIONfieldbus▪GESRTP▪HARTProtocol▪HoneywellSDS▪HostLink▪INTERBUS▪MECHATROLINK▪MelsecNet▪Modbus▪Optomux▪PieP▪Profibus▪PROFINETIO▪SERCOSinterface▪SERCOSIII▪SinecH1▪SynqNet▪TTEthernet▪RAPIEnet工业控制系统▪OPCDA▪OPCHDA▪OPCUA▪MTConnect智能建筑▪1-Wire▪BACnet▪C-Bus▪DALI▪DSI▪KNX▪LonTalk▪Modbus▪oBIX▪VSCP▪X10▪xAP▪ZigBee输配电通讯协定▪IEC60870-5▪DNP3▪IEC60870-6▪IEC61850▪IEC62351▪Modbus▪Profibus智能电表▪ANSIC12.18▪IEC61107▪DLMS/IEC62056▪M-Bus▪Modbus▪ZigBeeSmartEnergy2.0车用通讯▪CAN▪FMS▪FlexRay▪IEBus▪J1587▪J1708▪J1939▪KeywordProtocol2000▪LIN▪MOST▪NMEA2000▪VAN