基于电力线载波与可见光的智能家居网络系统的制作方法

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于电力线载波与可见光的智能家居网络系统，该系统有效的开发利用了室内现有的电力线和led照明系统。

背景技术：

1984年，世界上最早的智能家居在美国诞生，之后风靡加拿大、欧洲、澳大利亚等国。经过20多年的发展，智能家居已从最初的概念发展成了比较成熟的产品和解决方案。伴随着“物联网”的热议和试点，特别是上海世博会上，各国高科技智能产品与技术在展馆得到广泛应用与展示，给人们带来强烈的视觉冲击、震撼与期盼，智能家居日益成为社会炙手可热的话题。毋庸置疑，随着生活水平的提高，人们对家居的智能与品质要求出现了变化，除了安全、防盗、防灾这些基本要求，人们更加关注家居的智能与品位，比如对便捷、舒适、高档的生活环境的追求也日益提高。相关理论的逐渐成熟，以及现实社会生活巨大的市场需求的呼唤，使得智能家居的理论研究与应用的普及化有了不可估量的现实意义。

电力线是目前用户最多的线路，不管在城市、还是乡下，只要用电的地方就有电力线。我国现有的电力输电网长度为世界第二，如能充分利用现有网络进行通信，则无需额外铺设通信线路，使工程实施简单，降低投资成本，同时由于led的能耗及发光效率均比白炽灯和节能灯高，这些优势使led灯迅速占据了市场，备受世界各国的青睐，各国陆续推出了白炽灯淘汰计划，毫无疑问，led成为下一代照明技术已是大势所趋，led照明的普及使vlc的光源无处不在，因而将这两种通信方式结合实现智能家居网络具有成本低、更适合市场推广等优点，具有显著的研究意义和广阔的发展前景；它可以引来一次经济的变革，带来很多附加产业。

技术实现要素：

本发明提供一种基于电力线载波与可见光的智能家居网络系统，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明提供的解决方案是：

一种基于电力线载波与可见光的智能家居网络系统，包括基于时频联合robo技术的g3-plc电力线窄带通信系统模块、基于照明led灯的vlc通信系统模块和基于4g与安卓终端的远程控制系统模块；

所述基于时频联合robo技术的g3-plc电力线载波通信系统模块包括发送模块链路、接收模块链路和电力线，发送模块链路的数据位、fch位与前导位分别进行编码，并且分部进行级联，最终耦合到电力线上进行发送；所述接收模块链路与的耦合变压器从电力线上接收到的数据经过模拟前端的滤波放大后，再经解调，最终将数据还原为原始数据；

所述基于照明led灯的vlc通信系统模块包括光发射机模块和光接收机模块；所述光发射机模块包括arm处理器和白光led调制驱动模块，光接收机模块包括将光信号还原成电信号的光电探测器，将电流转换成电压信号并具有一定的放大功能的前置放大器，将电信号转换成可被终端识别的信号处理电路以及能将收到的信息解析并发送给远程控制平台的arm处理器；

所述基于4g与安卓终端的远程控制系统模块包括室内家居环境及各子节点工作状态信息采集模块，4g模块、gprs网络、android系统监测端。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明有效的开发利用了室内现有的电力线和led照明系统，无需进行额外布线操作，系统只需在室内照明系统加载处理器、用电器处加载光电处理模块和耦合器就可以实现，因此系统硬件单元成本较为低廉，便于后期市场的普及，与市场上现行的智能家居网络相比具有健康，绿色，环保，节能等优势，后续市场前景大，其推广和应用将给社会环境保护带来良好效益，该发明的研制成功将给社会和人类提供便捷、安全、节能环保的智能家居网络环境，有效的直接或间接提高了经济效益与社会效益。

附图说明

图1是本发明系统框图；

图2是本发明中基于时频联合robo技术的g3-plc电力线载波通信系统框图；

图3是本发明中基于arm的g3-plc电力线载波通信系统框图；

图4是本发明中室内vlc系统框图；

图5是本发明中远程通信系统框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

本发明一种集电力、通信与信号处理于一体的综合化智能家居网络系统，如图1所示，包括三大模块：⑴基于时频联合robo技术的g3-plc电力线窄带通信系统模块；⑵基于照明led灯的vlc通信系统模块；⑶基于4g与安卓终端的远程控制系统模块。

各个模块具体按照以下步骤实施：

模块一：基于时频联合robo技术的g3-plc电力线窄带通信系统模块；

本发明中涉及的基于时频联合robo技术的g3-plc电力线载波通信系统的总体结构如图2所示：整个系统由发送和接收两部分构成，上半部分为发送模块链路，数据位、fch位与前导位分别进行编码，并且分部进行级联，最终耦合到电力线上进行发送。

数据位首先要经过循环冗余纠错模块，再进行加扰操作，之后经过由rs里德所罗门编码器和维特比编码器进行编码操作，这两者配合具有很好的纠错功能，能够在接收端进行译码时将在传输过程中产生的误码消除。编码后的数据还要进行交织，这是为了使误码随机化，便于在解交织时进行纠错；fch包含了当前发送数据帧正确解调的必要信息，在发送首先进行维特比编码，再进行频域robo以提高fch传输的可靠性，为了使误码随机化，fch同样需要进行交织编码；交织后的数据位与fch位进行级联开始进行调制，g3-plc标准支持dbpsk或dqpsk调制，数据位可根据信道环境灵活配置调制方式，而fch位由于其重要性，通常采用最安全的bpsk影射方式，经过调制后数据便可以进行傅里叶变换，产生原始的ofdm信号，为了进一步提高系统的抗干扰能力，再进行时域robo处理，而为了消除码间干扰和信道间干扰还要进行加循环前缀和加窗处理；前导序列是用来辅助接收机的自动增益控制、信号定时同步和信道估计等操作的，在发送端，前导序列直接进行ifft变换并进行加窗处理，最后将fch位、数据位与前导进行级联，通过模拟前端放大滤波以及耦合变压器，耦合至电力线上。下半部分为接收模块链路，与发送模块链路基本为逆操作，耦合变压器从电力线上接收到的数据经过模拟前端的滤波放大后，再经解调，最终将数据还原为原始数据。

本发明采用st公司的stm32f4系列arm进行时频联合robo技术的g3-plc电力线载波通信系统模块开发，如图3所示，首先各子节点将信号通过串口输入到arm中，信号在arm中，按照本发明优化的g3-plc标准进行调制，再通过耦合器，将信号耦合到电力线，有效防护由于闪电、开关、瞬变过程引起的电流浪涌，会在隔离耦合变压器中感应出很大的电压。接收端接收到已调信号后，再通过arm对信号进行解调，得到已调信号，再通过串口发送给中心节点。同时，本系统中各个子节点之间也是通过电力线载波进行互通的，因此本发明对电力线载波通信平台进行了模块化设计，以便后期方便集成在用电器控制电路中。

模块二：基于照明led灯的vlc通信系统模块；

本发明下行链路采用可见光通信链路，其主要结构如图4所示，系统主要由光发射机模块和光接收机模块两个部分组成。其中光发射机模块为家居网络中的中心节点，包括arm处理器和白光led调制驱动模块，光接收机模块为家居网络中的子节点，包括将光信号还原成电信号的光电探测器，将电流转换成电压信号并具有一定的放大功能的前置放大器，将电信号转换成可被终端识别的信号处理电路(主放大器、判决器)以及能将收到的信息解析并发送给远程控制平台的arm处理器。

模块三：基于4g与安卓终端的远程控制系统模块；

本发明终端控制采用移动终端远程app控制，如图5所示，该系统主要由室内家居环境及各子节点工作状态信息采集模块，4g模块、gprs网络、android系统监测端等部分组成。

室内家居环境及各子节点工作状态信息采集模块负责实时的采集各子节点的工作状态(如工作模式、工作时间等)及家居环境参数(如温度、湿度、烟雾参数)，并通过4g模块发送到远端监管部门的服务器中，其中4g模块选用sim7600ce模块完成信息的传送。再由服务器通过gprs通讯的方式将采集的数据发送给android移动终端、或用户的手机上。

系统监测端在android操作系统下运行，结合socket完成网络通信，最终编译完成之后打包生成apk文件，可以直接在android移动终端上安装，与传统监测端相比更加灵活、方便。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。