专利名称：基于x10电力线载波通信的家电控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电力线载波通信与智能家电控制领域，具体涉及基于X10电力线载波
通信的智能家电控制系统及其控制方法。
背景技术：
随着电子技术的发展和人们生活观念的提升，对家用电器的智能管理与控制的需 求越来越强，便利和成本低的家用电器的有效管理成为了一个研究热点。传统家电基本上 是一个独立体，随着人们对信息互连互通的强烈要求，传统家电正向着数据互通方向发展。 国际公认的家庭网络标准有美国的X10、消费电子总线(CEBus) 、LonWorks协议，欧洲的安 装总线(EIB)协议，日本的家庭总线系统(Home Bus System)等。 国内对于家庭智能家居系统研究起步较晚，由于一些历史原因，使智能家居系统 没有统一的标准。如海信科龙研究的"智能网络家居系统"由家庭网关、抄表控制器、安防控 制器、家电控制器等控制器及家庭总线组成。清华同方的e-Home数字家园配合相关网络、 计算机和软件技术，应用于家庭自动化、小区智能化和社区信息化的生活工作网络。为了 提升家电产业的附加值，九十年代初，家电行业提出数字家庭网络的概念，而由于家庭网络 中，家用电器的价格需求、控制命令数据带宽等都有很大的差异。对于灯具等简单家电，其 控制数据量比较小，同时本身价格不高，所以要求网络化附加成本应该比较低。简而言之， 智能家电控制领域目前主要面临以下问题第一、家电业各自为政的情况比较严重，各产品 没有统一的家电通信标准；第二、智能家电组网附加成本的降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供基于X10电力线载波通信 的家电控制系统及其控制方法。具体技术方案如下 基于X10电力线载波通信的家电控制系统，包括计算机、主控端和一个以上的受 控端；计算机通过串口线与主控端连接，实现受控端地址分配、受控端名称管理、家电工作 状态控制和家电运行状态查询；受控端与主控端通过电力线连接，采用X10协议通信；受控 端还与家电连接，控制家电的运行状态。 上述的基于X10电力线载波通信的家电控制系统中，主控端包括串口通信模块、 键盘/显示模块、主控端过零点检测模块、主控端信号调制/解调模块、主控端微处理器模 块和主控端系统电源；串口通信模块通过串口线(RXD/TXD/GND)与主控端微处理器模块连 接，负责主控端与计算机的串口通信；键盘/显示模块通过输入输出信号线和SPI (串行外 围设备接口)接口 (SCLK/SDATA/SRST)与主控端微处理器模块连接，该模块用于读取用户 的键盘输入操作和显示家电控制情况、家电运行状态；主控端过零点检测模块通过外部中 断线路与主控端微处理器模块连接，实现对电力线上50Hz电力信号过零点的检测；主控端 信号调制/解调模块通过输入输出信号线与主控端微处理器模块连接，以50Hz电力信号为 载波，以电力线为通信介质，实现基于X10协议的信号调制与解调。
上述的基于XIO电力线载波通信的家电控制系统中，受控端包括受控端过零点检 测模块、受控端信号调制/解调模块、家电控制模块、受控端微处理器模块和受控端系统电 源；受控端过零点检测模块通过外部中断线路与受控端微处理器模块连接，实现对电力线 上50Hz电力信号过零点的检测；受控端信号调制/解调模块通过输入输出信号线与受控端 微处理器模块连接，以50Hz电力信号为载波，以电力线为通信介质，实现基于X10协议的信 号调制与解调；家电控制模块由继电器和可控硅调光电路组成，通过输入输出信号线与受 控端微处理器模块连接，实现家电开关和照明亮度的控制；受控端与主控端通过电力线连 接，采用X10协议通信。 上述的家电控制系统中，键盘/显示模块由4X4阵列键盘和汉字点阵液晶显示器 组成，4X4阵列键盘通过8根输入输出信号线与主控端微处理器模块连接，汉字点阵液晶 显示器通过SPI(串行外围设备接口 )接口 (SCLK/SDATA/SRST)与主控端微处理器模块连 接，该模块用于读取用户的键盘输入操作，显示家电控制情况和家电运行状态，用户可通过 该模块完成家电控制操作。 上述的家电控制系统中，主控端过零点检测模块和受控端过零点检测模块均为由 比较器构成的整形电路，将电力线正弦波信号调整为方波信号，分别通过外部中断线路与 主控端微处理器模块和受控端微处理器模块连接，实现对电力线上50Hz电力信号过零点 的检测。 上述的家电控制系统中，主控端信号调制/解调模块和受控端信号调制/解调模 块均由信号放大电路、信号耦合电路和整形电路组成，分别通过2根输入输出信号线与主 控端微处理器模块和受控端微处理器模块连接，以50Hz电力信号为载波，以电力线为通信 介质，实现基于X10协议的信号调制与解调，微处理器模块输出的X10信号经过信号放大电 路和信号耦合电路调制到电力线上；电力线上的X10信号通过信号耦合电路和整形电路解 调并输入到微处理器模块。 上述的家电控制系统中，家电控制模块由继电器和可控硅调光电路组成，通过1 根输入输出信号线与受控端微处理器模块连接，实现家电的开关和照明亮度的控制。
上述的家电控制系统中，主控端微处理器模块和受控端微处理器模块均由MCU芯 片(8位AVR单片机ATMegal6)、复位电路、外部晶振电路组成，完成数据处理、进程控制、协 调控制与其连接的其他模块的工作；受控端微处理器模块还包括一学习键，学习键与MCU 芯片连接，用于获得计算机分配给受控端的地址。 上述的家电控制系统中，主控端系统电源和受控端系统电源由变压器和稳压芯片
组成，直接从电力线采电，经降压、整流、滤波、稳压，供应直流电源给系统中的各个模块。 上述的基于XIO电力线载波通信的家电控制系统的控制方法，该方法中用户将计
算机与主控端通过串口线连接，主控端与受控端通过电力线连接，家电接入到受控端的家
电控制模块，实现地址分配、名称管理、家电控制、状态查询，具体包括如下步骤 (1)用户先在计算机上安装家电控制系统的计算机客户端应用软件，将主控端接
入电力线，使用串口线将计算机串口与主控端串口通信模块连接；把受控端接入电力线，把
家电接入到受控端的家电控制模块，家电控制系统进入正常工作状态； (2)按住一个受控端的学习键3秒钟，受控端进入地址设置状态，15秒内通过计 算机或主控端选择"设定地址"指令，计算机和主控端会在8位十六进制数0x01 OxFF的255个地址中选择一个空闲地址，将该空闲地址发送给处于地址设置状态的受控端，处于地 址设置状态的受控端收到该地址后将该地址设置为本地地址，地址设置完成，受控端向主 控端回复确认信号，进入正常工作状态；若15秒内受控端没有收到配置地址，则退出地址 设置状态，地址设置失败；在计算机客户端应用软件界面上，用户可根据实际情况将不利于 记忆的地址码改为易于记忆的家电名称，如走廊电灯、客厅风扇； (3)按照步骤(2)的方法对其他受控端进行地址配置，并为各受控地址赋予家电
名称，家电控制系统所有终端配置完成，家电控制系统进入正常工作状态； (4)用户通过计算机或主控端选择一个地址或家电名称，再选择一个控制或查询
命令，所有受控端收到信号后，先查看命令地址是否为本地地址，如果不是本地地址则不做
处理；如果是本地地址则再查看命令，若是开、关等控制命令则通过家电控制模块执行相应
操作，并向主控端和计算机回复"确认"信号，若是查询命令则将本地家电运行状态发送到
主控端和计算机； (5)如果受控端回复"确认"信号，主控端和计算机界面上将显示家电控制"成功"，
如果受控端回复家电运行状态信息，主控端和计算机界面上将显示家电运行状态信息。 上述的控制方法中，所述的计算机和主控端最多可对同相电力线回路的255个受
控端(连接255台家电)进行控制，每个终端拥有一个8位十六进制的地址编号，主控端使
用地址0x00，受控端可使用地址0x01 0xFF。 上述的控制方法中，家电控制系统可实现8种信息通信 开启控制指令，指定相应地址的受控端启动与该受控端连接的家电； 关闭控制指令，指定相应地址的受控端关闭与该受控端连接的家电； 昏暗控制指令，指定相应地址的受控端降低与该受控端连接的照明家电的亮
度； 明亮控制指令，指定相应地址的受控端增加与该受控端连接的照明家电的亮 度； 呼叫确认确认信息，受控端收到控制指令并执行后，向主控端发送确认信息；
状态请求查询指令，查询指定地址的受控单元所连接的家电的运行状态；
状态=开启状态回复，受控单元正常工作时，回复该信息；
状态=关闭状态回复，受控单元关闭无工作时，回复该信息。
上述的控制方法中，受控端有两种运行状态 地址设置状态受控端等待接收设定地址，主控端发出地址信号，受控端将该地址 设置为本地地址，设置完成后进入正常工作状态； 正常工作状态受控端正常运行，等待接收命令，收到命令后执行相应操作。
本发明使用X10国际标准，采用电力线载波通信技术，利用电力线作为传输介质， 实现电灯等家用电器的智能控制，无需另行布线，具有成本低、性能稳定、兼容性强、安装方 便、操作简单的特点。具体来说，与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果
(1)适用范围广、兼容性强。采用X10国际标准，比起其他采用自定义协议的产品， 适用范围更广、兼容性更强，只要同为X10标准的产品都可以和本发明兼容使用。
(2)成本低、体积小、安装方便、操作简单。本发明采用电力线载波通信技术，通过 现存电力线传输X10信号实现家电控制，无需另行布线，安装方便、操作简单。
(3)可按需选配，性价比高。本发明可根据家电使用的实际情况，选配一至多个 (最多可达255个)受控模块，灵活配置。 (4)地址保存功能。受控端地址设置后保存于EEPROM，停电不丢失，重新上电后无 需再次设置。 (5)家电控制智能化。本发明实现半双工电力线载波通信，可回复家电控制确认 信息和家电运行状态信息；系统同时支持计算机控制和在主控端上直接控制；控制指令丰 富，系统实现开启、关闭、昏暗、明亮、呼叫确认、状态请求、状态=开启、状态=关闭8种信 息通信，实现了家电控制智能化。
图1是本发明实施方式中的家电控制系统框架图。 图2是本发明实施方式中的主控端结构图。 图3是本发明实施方式中的受控端结构图。 图4是本发明实施方式中的计算机客户端应用软件结构图。 图5是本发明实施方式中的主控端软件流程图。 图6是本发明实施方式中的受控端软件流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不
局限于实施例表述的范围。 1、硬件方案 (1)基于X10电力线载波通信的家电控制系统，包括计算机、主控端和受控端三部 分；计算机通过串口线(RXD/TXD/GND)与主控端连接，实现受控端地址分配、受控端名称管 理、家电工作状态控制和家电运行状态查询；受控端与主控端通过电力线连接，采用X10协 议通信； (2)主控端包括串口通信模块、键盘/显示模块、主控端过零点检测模块、主控端 信号调制/解调模块、主控端微处理器模块、主控端系统电源；串口通信模块由MAX232及 外围元件组成，通过UART电平的串口线(RXD/TXD/GND)与主控端微处理器模块连接，留出 RS232电平的串口 (RXD/TXD/GND)用以连接计算机串口 ，负责主控端与计算机的串口通信； 键盘/显示模块由4X4阵列键盘和汉字点阵液晶显示器组成，4X4阵列键盘通过8根输 入输出信号线与主控端微处理器模块连接，汉字点阵液晶显示器通过SPI(串行外围设备 接口 )接口 (SCLK/SDATA/SRST)与主控端微处理器模块连接，该模块用于读取用户的键盘 输入操作，显示家电控制情况和家电运行状态；主控端过零点检测模块通过外部中断线路 INT0与主控端微处理器模块连接，实现对电力线上50Hz电力信号过零点的检测；主控端信 号调制/解调模块通过2根输入输出信号线与主控端微处理器模块连接，以50Hz电力信号 为载波，以电力线为通信介质，实现基于X10协议的信号调制与解调；主控端微处理器模块 由MCU芯片(8位AVR单片机ATMega16)、复位电路、外部晶振电路组成，完成数据处理、进程 控制、协调控制与其连接的其他模块的工作；主控端系统电源由变压器和稳压芯片等组成， 直接从电力线采电，经降压、整流、滤波、稳压得直流电源+20V、 +9V、 士5V，供应电源给系统中的其他模块； (3)受控端由受控端过零点检测模块、受控端信号调制/解调模块、家电控制模 块、受控端微处理器模块、受控端系统电源五部分组成；受控端过零点检测模块通过外部中 断线路INTO与受控端微处理器模块连接，实现对电力线上50Hz电力信号过零点的检测； 受控端信号调制/解调模块通过2根输入输出信号线与受控端微处理器模块连接，以50Hz 电力信号为载波，以电力线为通信介质，实现基于X10协议的信号调制与解调；家电控制 模块由继电器和可控硅调光电路组成，通过1根输入输出信号线与受控端微处理器模块连 接，留出两个接线柱(火线L和零线N)用于家电接入，实现家电开关和照明亮度的控制；受 控端微处理器模块由MCU芯片(8位AVR单片机ATMegal6)、复位电路、外部晶振电路和一 个按键组成，完成数据处理、进程控制、协调控制与其连接的其他模块的工作；受控端系统 电源由变压器和稳压芯片等组成，直接从电力线采电，经降压、整流、滤波、稳压得直流电源 +20V、 +9V、 士5V，供应电源给系统中的其他模块。
2、工作过程 (1)用户先在计算机上安装家电控制系统的计算机客户端应用软件，将主控端接 入电力线，使用串口线将计算机串口与主控端串口通信模块连接；把受控端接入电力线，把 家电接入到受控端的家电控制模块，家电控制系统进入正常工作状态； (2)按住一个受控端的学习键3秒钟，受控端进入地址设置状态，15秒内通过计算 机或主控端选择"设定地址"指令，计算机和主控端会在0x01 0xFF的255个地址中选择 一个空闲地址，将该空闲地址发送给处于地址设置状态的受控端，处于地址设置状态的受 控端收到该地址后将该地址设置为本地地址，地址设置完成，受控端向主控端回复确认信 号，进入正常工作状态；若15秒内受控端没有收到配置地址，则退出地址设置状态，地址设 置失败；在计算机客户端应用软件界面上，用户可根据实际情况将不利于记忆的地址码改 为易于记忆的家电名称，如走廊电灯、客厅风扇； (3)按照步骤(2)的方法对其他受控端进行地址配置，并为各受控地址赋予家电
名称，家电控制系统所有终端配置完成，家电控制系统进入正常工作状态； (4)用户通过计算机或主控端选择一个地址或家电名称，再选择一个控制或查询
命令，所有受控端收到信号后，先查看命令地址是否为本地地址，如果不是本地地址则不做
处理；如果是本地地址则再查看命令，若是开、关等控制命令则通过家电控制模块执行相应
操作，并向主控端和计算机回复"确认"信号，若是查询命令则将本地家电运行状态发送到
主控端和计算机； (5)如果受控端回复"确认"信号，主控端和计算机界面上将显示家电控制"成功"， 如果受控端回复家电运行状态信息，主控端和计算机界面上将显示家电运行状态信息。
实施例 如图1所示，为本实施例中的家电控制系统框架图。其中 (1)计算机11 :用于安装计算机客户端应用软件，提供友好的人机交互与操作界 面，实现地址分配、名称管理、家电控制、状态查询功能； (2)主控端12 :置于计算机附近，通过串口线与计算机连接，接受键盘操作，显示 相关信息，与各受控端通信； (3)受控端13 :置于家电附近，接收来自主控端的家电控制指令，控制家电工作，发送控制确认信号和家电运行状态信息； (4)家电14 :被控制对象，接入到受控端的家电控制模块的接线柱L/N，可以是灯 泡、日光灯、电风扇等家用电器，其中灯泡可控制亮度； (5)串口线15 :计算机与主控端的连接线，串口线包括RXD/TXD/GND三根线；
(6)电力线16 :现存的家庭电力线，承担为家电及控制系统供电、主控端与受控端 通信介质的作用。 对于主控端，如图2所示，为主控端结构图。主控端20主要包括以下单元
(1)串口通信模块21 :与计算机连接的接口，负责主控端微处理器模块与计算机 的串口通信任务； (2)键盘/显示模块22 :人机交互模块，完成地址、命令的输入和相关信息的显示 输出；键盘/显示模块由4X4阵列键盘和汉字点阵液晶显示器组成；
(3)主控端过零点检测模块23 :负责检测电力线上电力信号的过零点，将50Hz正 弦波整形为方波； (4)主控端信号调制解调模块24 :完成X10协议通信信号的调制与解调。该模块 主要由信号耦合电路、信号放大电路、比较器信号整形电路组成； (5)主控端微处理器模块25 :负责数据处理和对其他模块的协调、控制。MCU选用 8位高性能AVR单片机，16KB的Flash, 1KB的SRAM， 512B的EEPROM ; (6)主控端系统电源26 :负责为各系统模块供电。主控端系统电源由变压器和 稳压芯片等组成，直接从电力线采电，经降压、整流、滤波、稳压得到直流电源+20V、 +9V、 ±5V ; (7)串行总线27 :串口通信模块与主控端微处理器模块的连接线。串行总线包括 RXD/TXD/GND三根线； (8) IO/SPI信号线28 :键盘/显示模块与主控端微处理器模块的连接线。4X4阵 列键盘通过8根10信号线与主控端微处理器模块连接，汉字液晶显示器通过SPI (串行外 围设备接口 )接口 (SCLK/SDATA/SRST)与主控端微处理器模块连接； (9) INTO外部中断线路29 :主控端过零点检测模块与主控端微处理器模块的连接 线。主控端过零点检测模块通过上升沿、下降沿中断形式通知处理器；
(10)10信号线210 :主控端信号调制/解调模块与主控端微处理器模块的连接线。 包括两根10线，信号调制部分接至主控端微处理器模块的P丽信号输出脚，解调部分接至 主控端微处理器模块的定时器/计数器输入脚； (11)直流电源线211 :主控端系统电源供电线路。提供+20V、+9V、 士5V直流电源 给各模块； (12)电力线212 :现存的家庭电力线，承担供电与通信介质任务。主控端系统电源 由电力线采电给其他模块供电，主控端过零点检测模块从电力线采集50Hz正弦波电力信 号，主控端信号调制/解调模块以电力线为通信介质。 对于受控端，如图3所示，为受控端结构图。受控端30主要包括以下单元
(1)受控端过零点检测模块31 :负责检测电力线上电力信号的过零点，将50Hz正 弦波整形为方波； (2)受控端信号调制/解调模块32 :完成X10协议通信信号的调制与解调。受控端信号调制/解调模块主要由信号耦合电路、信号放大电路、比较器信号整形电路组成；
(3)家电控制模块33 :负责家电开关和照明亮度的控制。家电控制模块由继电器 和可控硅调光电路组成，留出两个接线柱(L/N)用于家电接入； (4)受控端微处理器模块34 :负责数据处理和对其他模块的协调、控制。MCU选用 8位高性能AVR单片机，16KB的Flash, 1KB的SRAM， 512B的EEPR0M ; (5)受控端系统电源35 :负责为各系统模块供电。受控端系统电源由变压器和 稳压芯片等组成，直接从电力线采电，经降压、整流、滤波、稳压得到直流电源+20V、 +9V、 ±5V ; (6) INTO外部中断线路36 :受控端过零点检测模块与受控端微处理器模块的连接 线。受控端过零点检测模块通过上升沿、下降沿中断形式通知处理器；
(7) 10信号线37 :受控端信号调制/解调模块与受控端微处理器模块的连接线。 包括两根10线，受控端信号调制部分接至受控端微处理器模块的P丽信号输出脚，解调部 分接至受控端微处理器模块的定时器/计数器输入脚； (8) 10信号线38 :家电控制模块与受控端微处理器模块的连接线。受控端微处理 器模块通过该信号线控制继电器断开、闭合，控制可控硅调光电路； (9)直流电源线39 :受控端系统电源供电线路。提供+20V、+9V、 ±5V直流电源给 各模块； (10)电力线310 :现存的家庭电力线，承担供电与通信介质任务。受控端系统电源 由电力线采电给其他模块供电，家电控制模块控制该电力线与家电的连接状态，受控端过 零点检测模块从电力线采集50Hz正弦波电力信号，受控端信号调制/解调模块以电力线为 通信介质。 如图4，为本实施例中的计算机客户端应用软件结构图。
(1)计算机客户端应用软件41 :安装于用户计算机上的应用软件； (2)地址分配42:各受控端进行地址设置时，应用软件会在8位十六进制数
0x01 OxFF的255个地址中选择一个空闲地址，分配给新加入的受控端； (3)名称管理43 :在计算机客户端应用软件界面上，用户可根据实际情况将不利
于记忆的地址码改为易于记忆的家电名称，如走廊电灯、客厅风扇等。修改后应用软件将
地址码和家电名称对应起来； (4)家电控制44 :系统允许用户通过计算机，最多可对255台家电进行开关和照明 亮度控制； (5)状态查询45 :用户可通过计算机，查询各受控家电的运行状态。 如图5，为本实施例中主控端运行流程图。流程图50步骤如下 (1)供电后，初始化MCU及各种变量，初始化显示器51。初始化包括MCU的工作时
钟、10 口输入输出设置、液晶显示器等； (2)先查看串口是否收到数据52，如果串口没有收到数据，则查看是否有键盘输 入53，如果键盘无输入，返回查询串口接收状态，如果键盘有输入，提取地址和命令54 ;如 果串口有收到数据，则据串口协议提取地址和命令55 ; (3)由串口数据或键盘输入提取地址和命令后，据X10协议编码，通过电力线向各 受控端发送地址和命令56，并等待2秒查看是否收到来自受控端的回复57 ;
(4)如果2秒内没有收到回复，串口向计算机发送失败信息字符串"Fail"，液晶显 示失败信息"失败"58 ;如果有收到回复，则查看是否控制确认信息59，是则通过串口向计 算机发送确认信息"0K"，液晶显示确认信息"成功"510，返回查询串口接收状态，否则为家 电运行状态查询回复信息，通过串口向计算机发送家电运行状态信息，液晶显示家电运行 状态信息511，返回查询串口接收状态。 如图6，为本实施例中受控端运行流程图。流程图60步骤如下 (1)上电后，初始化MCU及各种变量61。初始化包括MCU的工作时钟、10 口输入
输出设置等； (2)初始化完成后，从EEPROM取出之前设置并保存好的地址，设置为本地地址62， 设置受控端为X10接收方式，查看是否收到X10数据63 ; (3)如果收到X10数据，则据X10协议解码，提取地址和命令64，查看地址是否为 本地地址65，不是本地地址则返回查询X10接收状态，是本地地址则查看命令是控制指令 还是查询指令66 ，是控制指令则据指令执行相应家电控制操作67并据X10协议编码向主控 端发送主控端地址和确认信息68，不是控制指令则是查询指令，据X10协议编码向主控端 发送主控端地址和家电运行状态信息69 ; (4)如果没有收到X10数据，则查询是否有学习键按下3秒钟610，没有则返回查 询X10接收状态，有则进入地址设置状态611，等待15秒是否收到X10数据612，没有则退 出地址设置状态613，返回查询X10接收状态，收到X10数据则据X10协议解码，提取地址存 入EEPROM并设置为本地地址614，退出地址设置状态613，返回查询X10接收状态。
权利要求
基于X10电力线载波通信的家电控制系统，其特征是包括计算机、主控端和一个以上的受控端；计算机通过串口线与主控端连接，实现受控端地址分配、受控端名称管理、家电工作状态控制和家电运行状态查询；受控端与主控端通过电力线连接，采用X10协议通信；受控端还与家电连接，控制家电的运行状态。
2. 根据权利要求1所述的基于X10电力线载波通信的家电控制系统，其特征是，所述主 控端包括串口通信模块、键盘/显示模块、主控端过零点检测模块、主控端信号调制/解调 模块、主控端微处理器模块和主控端系统电源，串口通信模块一端通过串口线与主控端微 处理器模块连接，另一端与计算机连接，负责主控端与计算机的串口通信；键盘/显示模块 通过输入输出信号线和串行外围设备接口与主控端微处理器模块连接，用于读取用户的键 盘输入操作，显示家电控制是否成功和家电运行状态；主控端过零点检测模块的输入端与 电力线连接，输出端通过外部中断线路与主控端微处理器模块连接，实现对电力线上50Hz电力信号过零点的检测；主控端信号调制/解调模块通过自身的信号耦合电路与电力线连 接，并通过输入输出信号线与主控端微处理器模块连接，实现基于X10协议的信号调制与 解调。
3. 根据权利要求2所述的基于X10电力线载波通信的家电控制系统，其特征是，所述受 控端包括受控端过零点检测模块、受控端信号调制/解调模块、家电控制模块、受控端微处 理器模块和受控端系统电源；受控端过零点检测模块的输入端与电力线连接，输出端通过 外部中断线路与受控端微处理器模块连接，实现对电力线上50Hz电力信号过零点的检测； 受控端信号调制/解调模块通过自身的信号耦合电路与电力线连接，并通过输入输出信号 线与受控端微处理器模块连接，实现基于X10协议的信号调制与解调；家电控制模块包括 继电器和可控硅调光电路，通过输入输出信号线与受控端微处理器模块连接，实现家电开 关和照明亮度的控制。
4. 根据权利要求2所述的家电控制系统，其特征在于键盘/显示模块由4X4阵列键 盘和汉字点阵液晶显示器组成，4X4阵列键盘通过8根输入输出信号线与主控端微处理器 模块连接，汉字点阵液晶显示器通过串行外围设备接口与主控端微处理器模块连接，该模 块用于读取用户的键盘输入操作，显示家电控制是否成功和家电运行状态，用户通过键盘/ 显示模块完成家电控制操作。
5. 根据权利要求3所述的家电控制系统，其特征在于主控端过零点检测模块和受控端 过零点检测模块均为由比较器构成的整形电路，将电力线正弦波信号调整为方波信号，实 现对电力线上50Hz电力信号过零点的检测；主控端信号调制/解调模块和受控端信号调制 /解调模块均由信号放大电路、信号耦合电路和整形电路组成，微处理器模块输出的X10信 号经过信号放大电路和信号耦合电路调制到电力线上，电力线上的X10信号通过信号耦合 电路和整形电路解调并输入到微处理器模块。
6. 根据权利要求3所述的家电控制系统，其特征在于主控端微处理器模块和受控端微 处理器模块均包括MCU芯片、复位电路和外部晶振电路，完成数据处理、进程控制、协调控 制与其连接的其他模块的工作；受控端微处理器模块还包括一学习键，学习键与MCU芯片 连接，用于获得计算机分配给受控端的地址；主控端系统电源和受控端系统电源由变压器 和稳压芯片组成，直接从电力线采电，经降压、整流、滤波、稳压，供应直流电源给系统中的 各个模块；家电控制模块由继电器和可控硅调光电路组成，通过1根输入输出信号线与受控端微处理器模块连接，实现家电的开关和照明亮度的控制。
7. —种基于XIO电力线载波通信的家电控制系统的控制方法，该方法中用户将计算机 与主控端通过串口线连接，主控端与受控端通过电力线连接，家电接入到受控端的家电控 制模块，实现受控端地址分配、受控端名称管理、家电工作状态控制和家电运行状态查询，其特征在于包括如下步骤(1) 把家电接入到受控端的家电控制模块，家电控制系统进入工作状态；(2) 按住一个受控端的学习键3秒钟，受控端进入地址设置状态，15秒内通过计算机 或主控端的键盘/显示模块选择"设定地址"指令，计算机或主控端会在8位十六进制数 0x01 0xFF的255个地址中选择一个空闲地址，将该空闲地址发送给处于地址设置状态的 受控端，地址设置完成，同时通过计算机赋予该地址对应的受控端一个家电名称，受控端向 主控端回复确认信号，进入正常工作状态；若15秒内受控端没有收到配置地址，则退出地 址设置状态，地址设置失败；(3) 按照步骤(2)的方法对其他受控端进行地址配置，并为各受控地址赋予家电名称， 家电控制系统所有终端配置完成，家电控制系统进入正常工作状态；(4) 用户通过计算机或主控端选择一个地址或家电名称，再选择一个控制或查询命令， 所有受控端收到信号后，先查看命令地址是否为本地地址，如果不是本地地址则不做处理； 如果是本地地址则再查看命令，若是开、关等控制命令则通过家电控制模块执行相应操作， 并向主控端和计算机回复"确认"信号，若是查询命令则将本地家电运行状态发送到主控端 和计算机；(5) 如果受控端回复"确认"信号，主控端和计算机界面上将显示家电控制"成功"，如 果受控端回复家电运行状态信息，主控端和计算机界面上将显示家电运行状态信息。
8. 根据权利要求7所述的基于X10电力线载波通信的家电控制系统的控制方法，其 特征在于，所述的计算机和主控端最多可对同相电力线回路的255个受控端进行控制，每 个终端拥有一个8位十六进制的地址编号，主控端使用地址0x00，受控端使用地址0x01 OxFF。
9. 根据权利要求7所述的基于X10电力线载波通信的家电控制系统的控制方法，其特 征在于，计算机或主控端发出的控制命令包括开启指定相应地址的受控端启动与该受控端连接的家电；关闭指定相应地址的受控端关闭与该受控端连接的家电；昏暗指定相应地址的受控端降低与该受控端连接的照明家电的亮度；明亮指定相应地址的受控端增加与该受控端连接的照明家电的亮度。
10. 根据权利要求7所述的基于X10电力线载波通信的家电控制系统的控制方法，其特 征在于，受控端有两种运行状态地址设置状态当按下受控端设有的学习键时，受控端等待接收设定地址，主控端发出 地址信号，受控端将该地址设置为本地地址，设置完成后进入正常工作状态；正常工作状态受控端正常运行，等待接收命令，收到命令后执行相应操作。
全文摘要
本发明提供基于X10电力线载波通信的家电控制系统及其控制方法，包括计算机、主控端和一个以上的受控端；计算机通过串口线与主控端连接，实现受控端地址分配、受控端名称管理、家电工作状态控制和家电运行状态查询；受控端与主控端通过电力线连接，采用X10协议通信；受控端还与家电连接，控制家电的运行状态。所述控制方法中，用户将计算机与主控端通过串口线连接，主控端与受控端通过电力线连接，家电接入到受控端的家电控制模块，实现受控端地址分配、受控端名称管理、家电工作状态控制和家电运行状态查询。本发明采用X10协议，实现了同相电力线回路的多路独立的家电控制，无需另行布线，具有成本低、兼容性强、安装操作简单的优点。
文档编号G05B19/418GK101739014SQ20091025425
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者沈锡放, 钟锋, 陆以勤 申请人:华南理工大学