一、引言

   隨著我國經濟的高速發展，人民生活水平的不斷提高，家庭自動化也日益成為了一個令人關注的領域。傳統的家用電器相互之間是獨立工作的，彼此沒有聯系。這些傳統的家用電器由于相互之間不能通信，因而不能對它們實現統一的控制。智能化家用電器如何組網進行數據通信，是一個重要的問題。利用傳統的數據線與電力線分離的技術，則必須為通信線路鋪設專門的電纜線。這些電纜線的安裝和維護都需要較高的費用，而且不能方便地隨意分支或連線。美國Echelon公司開發的LonWorks電力線收發器很好地解決了這一問題。這種技術只需要利用現有的電源線，而不需要鋪設專門的信號電纜就可以可靠地傳輸數據，大大地方便了安裝。LonWorks電力線收發器的出現大大地推動了家庭自動化的發展。

二、LonWorks網絡技術簡介

   LonWorks技術是由美國Echelon公司提出的一種現場總線技術，提供一個開放性強的低層通信網絡-----局部操作網絡( LON)。其通信協議稱為LonTalk，它遵循OSI網絡參考模型的全部七層協議，是直接面向對象的協議。LonTalk協議提出了網絡變量這一全新的概念，通過網絡變量的定義及節點安裝時對要進行相互通信的網絡變量作一次捆綁就可實現網絡上的數據通信。

   LonWorks技術的核心是Neuron芯片。該芯片固化了LonTalk協議，內含3個微處理器（介質訪問處理器、網絡處理器與應用處理器）、一個多任務的操作系統、可編程的事件驅動邏輯程序和一個靈活的輸入/輸出接口方案。

   LonWorks網絡的節點是智能控制器，采用神經元芯片，可以可靠地進行通信，整個系統的節點可以多達幾百個、幾千個，以完成復雜的功能。各個節點是相互獨立的，可以做到任何一個節點發生故障時不會影響整個網絡工作，從而提高了系統的可靠性和可維修性。

   由于LonWorks系統采用虛擬主機的結構，即如果通信失效，各節點仍有本地存儲的處理能力，所以系統的安全性很高。同時，當系統規模擴大時，虛擬主機的I/O系統可以避免網絡通信的沖突和不受網絡速度的局限，從理論上講也不受系統大小的限制，比其他通信系統簡單、費用低。

三、LonWorks電力線收發器介紹

   一般LonWorks網絡上的智能節點是通過專門的電纜線來連接的。這些電纜設備的安裝與維護費用十分昂貴。專用電纜的安裝通常使用昂貴的導管來穿線與放接線盒，以便于維護。安裝分離的數據線與電源線意味著需要花費大量的時間來分別對數據線與電源線進行維護與檢查。每增加一個傳感器或輸出，則數據線與電源線都必須相應的改變。

   電源線是連結網絡各節點的傳輸媒質，它遍布于大部分傳感器、激勵器與有關的設備，因為這些裝置需要電源線來供電。因此LonWorks電力線收發器技術提供了一種優秀而廉價的方法，來連接各個網絡節點。當安裝了帶有LonWorks電力線收發器的傳感器或激勵器時，其電源線同時提供了對通信媒介的訪問，即系統的電源線能夠同時發送與接收通信數據。從而大大降低了系統的成本與安裝的復雜性。

   因為電源線貫穿于整個系統，這使信號傳輸和遠程顯示變得十分簡單，只需要把控制器插入適當的電源插座，顯示器就可以接收到整個設施的狀態信息。

    利用電力線進行數據傳輸的控制系統如上圖所示。50/60赫茲的供電線不能很好地傳輸有用的數據，因為它通常會對傳輸信號產生40～60dB的衰減。此外，電動機、光度調節器、噪聲等也會干擾低電平的電源線控制信號。Echelon公司開發出了一種獨特的信號處理方法與糾錯方法來適應電源線，可以降低信號衰減，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分布在最寬的帶寬上。在美國，電源線信號傳輸的帶寬極限由聯邦通訊委員會制定。最低頻率在100kHz左右，低于這個頻率會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開發了一種改良的直接順序分布頻譜編碼技術，該技術提供10kbit/s的速率。

    在各種電力線收發器中，以DSP為基礎的PLT-21電力線收發器在大多數的應用中顯示出良好的性能，它的傳輸媒介是電力線，速率Skbit/s，拓撲結構為自由結構，節點為32 385，符合全球的電力線通信規格。

 　　上圖是PLT-21電力線收發器與Neuron 3150芯片組成控制器的應用接線圖。需要發送的信號通過耦合電路傳送到電力線上進行發送。電力線上的信號也可以通過耦合電路被PLT-21電力線收發器接收，經過PLT-21處理后的信號由Neuron芯片進行運算處理后，產生的控制信號可送到用戶的應用電路以實現其控制功能。

四、電力線收發器在家電網絡化中的應用

    隨著信息技術的發展，為了滿足人們生活高品質的需要，家庭自動化成為日益關注的領域。家用電器產品如果采用了LonWorks技術來進行數據采集和控制，則家用電器產品就成為LonWorks現場總線網絡上的智能節點，網上的各種家用電器產品可以很容易地互相進行數據通信與遠程控制。Lon-Works現場總線網絡還可以與Internet互聯，從而可以通過Internet獲得電器生產商提供的遠程故障診斷與設備維護等技術支持。

    LonWorks電力線收發器技術不需要復雜的網絡配置，不需要聯接新的電纜線，只需要將安裝有LonWorks電力線收發器的家用電器產品的電源插頭插入電源插座，就能夠實現家用電器的網絡互聯。

    使用LonWorks電力線收發器的家用電器控制系統如下圖所示。

     LonWorks電力線收發器的出現使得電力線成為了一種能夠可靠地傳輸數據的通信線，從而使系統的安裝與維護變得更加簡便。LonWorks電力線收發器的尺寸很小，能夠容易地集成到大多數開關、現場傳感器和控制裝置中。LonWorks電力線收發器技術應用到家用電器中，使得家庭自動化程度有了極大地提高。