智能家居总线式开关论文(3)

1.红外线遥控发射器

红外线遥控器发射器包含键盘、指令编码器和红外发光二极管LED等部分组成。当按下键盘的不同按键时，通过编码器产生与之相应的特定的二进制脉冲码信号。将此二进制脉冲码信号先调制在38KHZ的载波上，经过放大后，激发红外发光二极管LED转变成以波长940nm的红外线光传播出去。 2.红外线遥控接收器

遥控接收器由红外线接收器、微处理器、接口电路(控制电路)等部分组成。光电二极管将接收的红外线信号转变成为电信号，经检波放大，滤除去38KHZ的载波信号，恢复原来的指令脉冲，然后送入微处理器进行识别解码，解译出遥控信号的内容，并根据控制功能输出相应的控制信号，送往接口电路（控制电路）做相应的处理。

3.红外遥控开关的译码

在红外线遥控开关电路图中，当接通电源后，AT89C51的13脚所接的蜂鸣器会“嗡”的响一声，同时14脚所接的发光二极管闪亮一次，然后熄灭。P1口所接LED显示器不显示，继电路JK1A至JK5A全部断开，这些都表明红外遥控开关没有接收到信号，在此提示等待。此时，若将遥控器的数字“1”按下时，则在图中的红外遥控开关的电路图中的遥控接收器SM0038接收来自遥控发射器发射的红外信号，将接收的红外线信号转换成电信号，经放大、解调、滤波后，经红外接收器的第一管脚将原编码输入AT89C5的12脚。然后由AT89C51对所接收的 原编码信号进行判断，识别等，然后做出响应的处理。

本系统采用单片机AT89C51和芯片MT888O作为本设计的核心元件。智能总线式开关是通过AT89C51和芯片MT8880实现对系统控制的。尽管无线遥控和PT2262/PT2272实现的红外遥控都比较方便使用，但是采用AT89C51实现的红外遥控更容易实现与智能总线式开关的连接。采用AT89C51实现的红外遥控就是在通用的红外遥控系统的基础上加以改进实现的，其实质就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制。所以，我们选择方案三。

2.2 智能总线式开关的设计方案：

1.通信网络拓扑结构设计

通信网络按拓扑结构设计可分为以下4种： ·总线网 ·星状网 ·环状网

·混合网，如树状网、网状网等。 （1） 总线网

总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有用户的一种方式，也就是说，连接用户的物理媒体由所有设备共享，如图一所示。使用这种结构必须解决的一个问题是确保用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定，即主机循环检测。

这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其他

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站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其他端用户必须等待到获得发送权。媒体访问获取机制较复杂。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作。

网络节点网络节点网络节点总线

网络节点网络节点

图一

（2） 星状网

星状网是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话就属于这种结构，如图图二所示。图三所示为目前使用最普遍的以太网星状结构，处于中心位置的网络设备称为集线器，英文名为Hub。

电话机电话机电话机程控交换机电话机

电话机电话机

图二

这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其他端用户间的通信。但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。星状网的另一缺点是布线较多，每一工作站要求一条线，工作站越多，线材也消耗越多。

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工作站工作站集线器工作站工作站

工作站工作站

图三

（3）环状网

环状结构在局域网中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个用户到另一个用户，直到所有用户连成环状，如图图四所示。这种结构显而易见消除了用户通信时对中心系统的依赖性。

网络节点8网络节点7网络节点6环型网网络节点1网络节点5

网络节点2网络节点3网络节点4

图四

环形结构的特点是，每个用户都与两个相邻的用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作。于是便有上游用户和下游用户之称。例如图四中，用户7是用户8的上游端用户，用户8是用户7的下游用户。如果8端需将数据发送到7端，则几乎要绕环一周才能到达7端。

通过以上三种通信网络拓扑结构的比较。总线式网络具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其他站点或端用户通信的优点。更重要的是布线要求简单，扩充容易。对于家用的电器设备，选用总线式网络拓扑

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结构最为适合。为解决总线冲突的问题，可采用主从式结构，系统结构如图五所示。

从机从机从机从机（控制开关8）（控制开关7）（控制开关6）（控制开关5）电源VCCGNDTXDRXD主机从机从机从机从机（控制开关1）（控制开关2）（控制开关3）（控制开关4）

图五

主机和整个系统的电源作为一个模块，负责接收从机数据，并发给各从机。从机有各自不同的地址码，一个从机对应一组开关。当某一从机需要打开另一从机所控制的开关时，只需发送对应从机的地址码，主机收到此地址码后，立即转发各从机，各从机都能收到此信号，但只有符合本机地址码的从机才做出相应的操作（开机或关机）。当然，从机也能控制自己的开关，操作过程和上述一样。

2.传输媒质的选择

传输媒质是通信中实际传送信息的载体。合理的选择传输媒质，有助于提高通信质量和兼顾性价比。数据通信系统中采用的传输媒质可分为有线和无线两大类。双绞线、同轴电缆、电力线、电话线、波导管和光纤是常用的几种有线传输媒质。短波通信、微波通信、卫星通信、红外通信、激光通信、散色通信以及蓝牙通信等的信息载体都属于无线传输媒质。 （1）有线传输媒质

有线传输媒质是现代通信中最常用的媒质之一，它以有形的线路为传输介质，主要包括双绞线、同轴电缆和光纤。计算机间的远程数据通信一般要采用调制解调器，其传输介质本应使用专用的同轴电缆，但从成本角度考虑，还可使用双绞线、电话线和电力线。当然，采用光纤作为通信介质是最好不过了，但成本较高，可根据传输特性（包括其容量及传输频率范围）、连接性（点对点或多点）、地域范围（网络上点与点之间的最大距离）、抗干扰性（介质对干扰的屏蔽能力）、成本（包括组成部件、安装和维修成本等）几个方面对上述几种介质进行比较。下面，对这几种通信介质分别进行分析说明。

①双绞线

双绞线是由两条互相绝缘的铜导线扭绞起来构成的，一对线作为一条通信线路。通常类似这样的一定数量的导线对捆成一个电缆，外面包上硬护套。之所以采用这种扭绞结构是为了减少相邻导线的电磁干扰，以提供相对稳定的导电特性。最近的研究结果表明，双绞线作为一个建筑物内局部通信网络的传输介质是有效且成本低廉的。

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双绞线可用于传输模拟及数字信号，其通信距离一般为几公里到几十公里。当距离太长时，对于模拟信号，每隔5～6km需加放大器，以便将衰减了的信号放大到合适的数值；对于数字信号，每隔2～3km需加转发器（中继器），以便将失真了的数字信号进行整形。导线越粗，其通信距离越远，但导线价格会越高。

与其他传输介质相比，双绞线的传输距离、带宽和数据率有限。当频率增大时，信号衰减也增大。此外它易于电磁场耦合，对噪声和干扰较敏感。减少损耗的办法有两种：第一，可在双绞线外面加上一个金属编制网的屏蔽层减少干扰，相邻的线对采用不同扭绞长度减少串音；第二，使用平衡传输线，接受端用相位差判断数字0和1，而不再用幅度差判断，因而可有效降低加性噪声干扰，增加传输距离。

对于点到点模拟信号传输，双绞线可以达到250kHZ的带宽。由于用户线路的衰减为每公里1dB，而电话线通用标准为最大损耗低于6dB，因此，电话线上每6km内必须接放大器。对于数字的点到点线路，双绞线可以达到几Mb/s的数据传送速率，且传输距离可达几公里。由于双绞线成本低廉且性能较好，因而无论是在模拟还是数字数据通信中都是一种普遍采用的传输介质。目前，在某些专门系统中，双绞线在短距离传输中的速率已达100～155Mb/s。

② 同轴电缆

同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成，但他们是按同轴的形式构成线对的，其结构如图六所示。其中最里层是内导体，外包一层绝缘材料，外面再套一个空心的圆柱形外导体，最外层是起保护作用的塑料外皮。内导体忽然外导体构成一组线对。单根同轴电缆直径约为0.5～2.5cm，几个同轴电缆往往会在一个大电缆内，有些里面还装有二芯扭绞线或四芯线组用于传输控制信号。由于外导体是接地的，故同轴电缆具有很好的抗干扰性。

外层外导体屏蔽层绝缘层内导体芯线

图六

同轴电缆与双绞线相比价格稍贵，因其具有带宽宽、数据传输速率高、传输距离长、抗干扰能力强等优点，尽管面临光纤、微波和卫星等传输信道的竞争，但仍是用途非常广泛的传输介质。由于它比双绞线具有优越的频率特性，现已被广泛用于较高速率和较高频率的数据传输，如长距离电报、电话传输，有线电视、局部网络和短距离系统连接的通信线路中。

③ 电力线

利用电力线载波实现数据通信，将大大降低成本、缩短工时。下面举例说明电力线载波通信的原理。

可以用单片机8031为控制核心，控制双音多频DTMF发生器（MT8880），实现信号编码，再通过锁相环电路（LM567）进行信号调制。载波信号经放大后，耦合至电力线上，完成数据发送。接收端将电力线上耦合进来的载波信号，经锁相环电路进行解调，再送入DTMF译码器（MT8880），实现信号译码，由单片机接受，使信号得以还原，从而完成两地的数据通信。

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