一、引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，家庭自動(dòng)化也日益成為了一個(gè)令人關(guān)注的領(lǐng)域。傳統(tǒng)的家用電器相互之間是獨(dú)立工作的，彼此沒(méi)有聯(lián)系。這些傳統(tǒng)的家用電器由于相互之間不能通信，因而不能對(duì)它們實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制。智能化家用電器如何組網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，是一個(gè)重要的問(wèn)題。利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)線與電力線分離的技術(shù)，則必須為通信線路鋪設(shè)專門(mén)的電纜線。這些電纜線的安裝和維護(hù)都需要較高的費(fèi)用，而且不能方便地隨意分支或連線。美國(guó)Echelon公司開(kāi)發(fā)的LonWorks電力線收發(fā)器很好地解決了這一問(wèn)題。這種技術(shù)只需要利用現(xiàn)有的電源線，而不需要鋪設(shè)專門(mén)的信號(hào)電纜就可以可靠地傳輸數(shù)據(jù)，大大地方便了安裝。LonWorks電力線收發(fā)器的出現(xiàn)大大地推動(dòng)了家庭自動(dòng)化的發(fā)展。
二、LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介
LonWorks技術(shù)是由美國(guó)Echelon公司提出的一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，提供一個(gè)開(kāi)放性強(qiáng)的低層通信網(wǎng)絡(luò)-----局部操作網(wǎng)絡(luò)( LON)。其通信協(xié)議稱為LonTalk，它遵循OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型的全部七層協(xié)議，是直接面向?qū)ο蟮膮f(xié)議。LonTalk協(xié)議提出了網(wǎng)絡(luò)變量這一全新的概念，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量的定義及節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)對(duì)要進(jìn)行相互通信的網(wǎng)絡(luò)變量作一次捆綁就可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信。
LonWorks技術(shù)的核心是Neuron芯片。該芯片固化了LonTalk協(xié)議，內(nèi)含3個(gè)微處理器（介質(zhì)訪問(wèn)處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器與應(yīng)用處理器）、一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)、可編程的事件驅(qū)動(dòng)邏輯程序和一個(gè)靈活的輸入/輸出接口方案。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)是智能控制器，采用神經(jīng)元芯片，可以可靠地進(jìn)行通信，整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)可以多達(dá)幾百個(gè)、幾千個(gè)，以完成復(fù)雜的功能。各個(gè)節(jié)點(diǎn)是相互獨(dú)立的，可以做到任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)工作，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和可維修性。
由于LonWorks系統(tǒng)采用虛擬主機(jī)的結(jié)構(gòu)，即如果通信失效，各節(jié)點(diǎn)仍有本地存儲(chǔ)的處理能力，所以系統(tǒng)的安全性很高。同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，虛擬主機(jī)的I/O系統(tǒng)可以避免網(wǎng)絡(luò)通信的沖突和不受網(wǎng)絡(luò)速度的局限，從理論上講也不受系統(tǒng)大小的限制，比其他通信系統(tǒng)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低。
三、LonWorks電力線收發(fā)器介紹
一般LonWorks網(wǎng)絡(luò)上的智能節(jié)點(diǎn)是通過(guò)專門(mén)的電纜線來(lái)連接的。這些電纜設(shè)備的安裝與維護(hù)費(fèi)用十分昂貴。專用電纜的安裝通常使用昂貴的導(dǎo)管來(lái)穿線與放接線盒，以便于維護(hù)。安裝分離的數(shù)據(jù)線與電源線意味著需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)分別對(duì)數(shù)據(jù)線與電源線進(jìn)行維護(hù)與檢查。每增加一個(gè)傳感器或輸出，則數(shù)據(jù)線與電源線都必須相應(yīng)的改變。
電源線是連結(jié)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的傳輸媒質(zhì)，它遍布于大部分傳感器、激勵(lì)器與有關(guān)的設(shè)備，因?yàn)檫@些裝置需要電源線來(lái)供電。因此LonWorks電力線收發(fā)器技術(shù)提供了一種優(yōu)秀而廉價(jià)的方法，來(lái)連接各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)安裝了帶有LonWorks電力線收發(fā)器的傳感器或激勵(lì)器時(shí)，其電源線同時(shí)提供了對(duì)通信媒介的訪問(wèn)，即系統(tǒng)的電源線能夠同時(shí)發(fā)送與接收通信數(shù)據(jù)。從而大大降低了系統(tǒng)的成本與安裝的復(fù)雜性。
因?yàn)殡娫淳€貫穿于整個(gè)系統(tǒng)，這使信號(hào)傳輸和遠(yuǎn)程顯示變得十分簡(jiǎn)單，只需要把控制器插入適當(dāng)?shù)碾娫床遄?，顯示器就可以接收到整個(gè)設(shè)施的狀態(tài)信息。
利用電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂葡到y(tǒng)如上圖所示。50/60赫茲的供電線不能很好地傳輸有用的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗ǔ?huì)對(duì)傳輸信號(hào)產(chǎn)生40～60dB的衰減。此外，電動(dòng)機(jī)、光度調(diào)節(jié)器、噪聲等也會(huì)干擾低電平的電源線控制信號(hào)。Echelon公司開(kāi)發(fā)出了一種獨(dú)特的信號(hào)處理方法與糾錯(cuò)方法來(lái)適應(yīng)電源線，可以降低信號(hào)衰減，提高信噪比，改善通信性能，使其成為一種魯棒性較好的通信線路。
分布頻譜信號(hào)最適合在電力線上傳輸，它能有效地抑制噪聲干擾。最理想的分布頻譜傳輸是將信號(hào)分布在最寬的帶寬上。在美國(guó)，電源線信號(hào)傳輸?shù)膸挊O限由聯(lián)邦通訊委員會(huì)制定。最低頻率在100kHz左右，低于這個(gè)頻率會(huì)使電源線噪聲大大增加，最高頻率是450kHz。為了最大可能地使用350kHz帶寬，Echelon開(kāi)發(fā)了一種改良的直接順序分布頻譜編碼技術(shù)，該技術(shù)提供10kbit/s的速率。
在各種電力線收發(fā)器中，以DSP為基礎(chǔ)的PLT-21電力線收發(fā)器在大多數(shù)的應(yīng)用中顯示出良好的性能，它的傳輸媒介是電力線，速率Skbit/s，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為自由結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)為32 385，符合全球的電力線通信規(guī)格。
上圖是PLT-21電力線收發(fā)器與Neuron 3150芯片組成控制器的應(yīng)用接線圖。需要發(fā)送的信號(hào)通過(guò)耦合電路傳送到電力線上進(jìn)行發(fā)送。電力線上的信號(hào)也可以通過(guò)耦合電路被PLT-21電力線收發(fā)器接收，經(jīng)過(guò)PLT-21處理后的信號(hào)由Neuron芯片進(jìn)行運(yùn)算處理后，產(chǎn)生的控制信號(hào)可送到用戶的應(yīng)用電路以實(shí)現(xiàn)其控制功能。
四、電力線收發(fā)器在家電網(wǎng)絡(luò)化中的應(yīng)用
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，為了滿足人們生活高品質(zhì)的需要，家庭自動(dòng)化成為日益關(guān)注的領(lǐng)域。家用電器產(chǎn)品如果采用了LonWorks技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，則家用電器產(chǎn)品就成為LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上的智能節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)上的各種家用電器產(chǎn)品可以很容易地互相進(jìn)行數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制。Lon-Works現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)還可以與Internet互聯(lián)，從而可以通過(guò)Internet獲得電器生產(chǎn)商提供的遠(yuǎn)程故障診斷與設(shè)備維護(hù)等技術(shù)支持。
LonWorks電力線收發(fā)器技術(shù)不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置，不需要聯(lián)接新的電纜線，只需要將安裝有LonWorks電力線收發(fā)器的家用電器產(chǎn)品的電源插頭插入電源插座，就能夠?qū)崿F(xiàn)家用電器的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
使用LonWorks電力線收發(fā)器的家用電器控制系統(tǒng)如下圖所示。
LonWorks電力線收發(fā)器的出現(xiàn)使得電力線成為了一種能夠可靠地傳輸數(shù)據(jù)的通信線，從而使系統(tǒng)的安裝與維護(hù)變得更加簡(jiǎn)便。LonWorks電力線收發(fā)器的尺寸很小，能夠容易地集成到大多數(shù)開(kāi)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)傳感器和控制裝置中。LonWorks電力線收發(fā)器技術(shù)應(yīng)用到家用電器中，使得家庭自動(dòng)化程度有了極大地提高。
