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LonWorks电力线收发器的特点及在家用电器中的应用

LonWorks电力线收发器的特点及在家用电器中的应用

本文介绍了LonWorks现场总线及LonWorks电力线收发器的技术特点,并且阐述了LonWorks电力线收发器在家用电器中的应用。1.概述随着我国经济的高速发展,人民生活水平的不断提高,家庭自动化也日益成为了一个令人关注的领域。传统的家用电器相互之间是独立工作的,彼此没有联系。这些传统的家用电器由于相互之间不能通信,因而不能对它们实现统一的控制。一种可连网的智能化的家用电器产品已经出现。这种新
本文介绍了LonWorks现场总线及LonWorks电力线收发器的技术特点,并且阐述了LonWorks电力线收发器在家用电器中的应用。

1.概述

随着我国经济的高速发展,人民生活水平的不断提高,家庭自动化也日益成为了一个令人关注的领域。传统的家用电器相互之间是独立工作的,彼此没有联系。这些传统的家用电器由于相互之间不能通信,因而不能对它们实现统一的控制。

一种可连网的智能化的家用电器产品已经出现。这种新型的家用电器产品彼此间可以组成网络,可以记录并且传送数据。这些新型的智能化家用电器产品为实现远程自动控制管理提供了可能,是家用电器的一大进步。

智能化家用电器如何组网进行数据通信,是一个重要的问题。利用传统的数据线与电力线分离的技术,则必须为通信线路铺设专门的电缆线。这些电缆线的安装和维护都需要较高的费用,而且不能方便地随意分支或连线。美国Echelon公司开发的LonWorks电力线收发器很好地解决了这一问题。

这种技术只需要利用现有的电源线,而不需要铺设专门的信号电缆就可以可靠地传输数据,大大地方便了安装。LonWorks电力线收发器的出现大大地推动了家庭自动化的发展。

2.LonWorks现场总线技术原理

LonWorks技术是由美国Echelon公司提出的一种现场总线技术,提供一个开放性强的低层通信网络————局部操作网络( LON)。其通信协议称为LonTalk,它遵循OSI网络参考模型的全部七层协议,是直接面向对象的协议。LonTalk协议提出了网络变量这一全新的概念,通过网络变量的定义及节点安装时对要进行相互通信的网络变量作一次捆绑就可实现网络上的数据通信。LonTalk协议是公魂,它被固化在神经元芯片里面。

LonWorks现场总线的核心是Neuron芯片。该芯片固化了LonTalk协议,内含3个微处理器(介质访问处理器、网络处理器与应用处理器)、一个多任务的操作系统、可编程的事件驱动逻辑程序和一个灵活的输入/输出接口方案。

网络的节点是智能控制器,采用神经元芯片,可以可靠地进行通信,整个系统的节点可以多达几百个、几千个,以完成复杂的功能。各个节点是相互独立的,可以做到任何一个节点发生故障时不会影响整个网络工作,从而提高了系统的可靠性和可维修性。

由于系统采用"虚拟主机"的结构,即如果通信失效,各节点仍有本地存储的处理能力,所以系统的安全性很高。同时,当系统规模扩大时,虚拟主机的I/O系统可以避免网络通信的冲突和不受网络速度的局限,从理论上讲也不受系统大小的限制,比其他通信系统简单、费用低。

3.LonWorks电力线收发器

一般LonWorks现场总线网络上的智能节点是通过专门的电缆线来连接的。这些电缆设备的安装与维护费用十分昂贵。专用电缆的安装通常使用昂贵的导管来穿线与放接线盒,以便于维护。安装分离的数据线与电源线意味着需要花费大量的时间来分别对数据线与电源线进行维护与检查。每增加一个传感器或输出,则数据线与电源线都必须相应的改变。

电源线是连结网络各节点的传输媒质,它遍布于大部分传感器、激励器与有关的设备,因为这些装置需要电源线来供电。因此LonWorks电力线收发器技术提供了一种优秀而廉价的方法,来连接各个网络节点。当安装了带有LonWorks电力线收发器的传感器或激励器时,其电源线同时提供了对通信媒介的访问,即系统的电源线能够同时发送与接收通信数据。从而大大降低了系统的成本与安装的复杂性。

因为电源线贯穿于整个系统,这使信号传输和远程显示变得十分简单,只需要把控制器插入适当的电源插座,显示器就可以接收到整个设施的状态信息。

电力线进行数据传输的控制系统

利用电力线进行数据传输的控制系统如上图所示。50/60Hz的供电线不能很好地传输有用的数据,因为它通常会对传输信号产生40~60dB的衰减。此外,电动机、光度调节器、噪声等也会干扰低电平的电源线控制信号。Echelon公司开发出了一种独特的信号处理方法与纠错方法来适应电源线,可以降低信号衰减,提高信噪比,改善通信性能,使其成为一种鲁棒性较好的通信线路。

分布频谱信号最适合在电力线上传输,它能有效地抑制噪声干扰。最理想的分布频谱传输是将信号分布在最宽的带宽上。在美国,电源线信号传输的带宽极限由联邦通讯委员会(FCC)制定。最低频率在100kHz左右,低于这个频率会使电源线噪声大大增加,最高频率是450kHz。为了最大可能地使用350kHz带宽,Echelon开发了一种改良的直接顺序分布频谱编码技术,该技术提供10kbit/s的速率。

在各种电力线收发器中,以DSP为基础的PLT-21电力线收发器在大多数的应用中显示出良好的性能,它的传输媒介是电力线,速率Skbit/s,拓扑结构为自由结构,节点为32 385,符合全球的电力线通信规格。

PLT-21电力线收发器与Neuron 3150芯片组成控制器的应用接线图

上图是PLT-21电力线收发器与Neuron 3150芯片组成控制器的应用接线图。需要发送的信号通过耦合电路传送到电力线上进行发送。电力线上的信号也可以通过耦合电路被PLT-21电力线收发器接收,经过PLT-21处理后的信号由Neuron芯片进行运算处理后,产生的控制信号可送到用户的应用电路以实现其控制功能。

3.电力线收发器在家用电器中的应用

随着信息技术的发展,为了满足人们生活高品质的需要,家庭自动化成为日益关注的领域。家用电器产品如果采用了LonWorks技术来进行数据采集和控制,则家用电器产品就成为LonWorks现场总线网络上的智能节点,网上的各种家用电器产品可以很容易地互相进行数据通信与远程控制。Lon-Works现场总线网络还可以与Internet互联,从而可以通过Internet获得电器生产商提供的远程故障诊断与设备维护等技术支持。

LonWorks电力线收发器技术不需要复杂的网络配置,不需要联接新的电缆线,只需要将安装有LonWorks电力线收发器的家用电器产品的电源插头插入电源插座,就能够实现家用电器的网络互联。

使用LonWorks电力线收发器的家用电器控制系统如下图所示。

LonWorks电力线收发器的家用电器控制系统

意大利的跨国公司Merloni ElettrodemestICi是欧洲家用电器生产商,最近展示了一组新的家用电器产品Ariston Digital,这组产品不但可用Echelon公司的LonWorks系统进行相互间的通信,而且还可以通过Internet同外部世界相连。

由于LonWorks技术的使用,使得Ariston Digi-tal系列产品很容易安装与使用(只需要插入插座就可以工作),无需复杂的网络配置和连接新的电缆,只要连接一个新的电器产品到网络上,将其插入电源插座就可以了。由于网络智能分布到每一个电器产品上,故不需要由中央电脑来进行数据处理和控制。

所有的Ariston Digital电器产品都使用Echelon公司的电力线收发器(通过家中的电源线)进行信息交换。每个电器产品嵌入的"智能"使每个装置都能"知道"家中有多少电被消耗,从而能够调节电力消耗以避免电路过载或断路。如果电路有过载的危险,这些家用电器能够决定哪个装置有优先权工作.比如洗衣机或电烤箱。这种内置式的"智能"和Merloni Elettrodemestici新开发的传感器使每个电器能以最低的水电耗费运行。比如,一个家用电器产品能够自动在非高峰、低收费的时段运行从而节省电力。

Ariston Digital电器产品通过Internet与外界进行通信。每个电器产品能够在其运行期间定期地传送信息到控制中心,或是指出可能出现的错误,使控制中心能够迅速地进行更精确的故障诊断。每个家用电器还能保留和分析重要的状态数据(例如洗衣或烹调的周期、电力消耗、维修等)从而使执行过程最优化,并解决出现的各种故障问题。这些数据也能够被服务中心调用来进行远程故障诊断,使得维修变得更加迅速和准确。使用具有LonWorks技术的家用电器就真正实现了家庭自动化,你可以在任何地方通过Internet对家用电器进行监控和管理。

4.结束语

LonWorks电力线收发器的出现使得电力线成为了一种能够可靠地传输数据的通信线,从而使系统的安装与维护变得更加简便。LonWorks电力线收发器的尺寸很小,能够容易地集成到大多数开关、现场传感器和控制装置中。LonWorks电力线收发器技术应用到家用电器中,使得家庭自动化程度有了极大地提高。
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