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1、西北师范大学学士学位论文毕 业 论 文题 目： 学 院： 专 业： 毕业年限： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 基于电力载波通信的物联网环境感知模块与协调器的设计姓名： 指导老师： 届别： 专业： 班级： 学号： 摘要本文在大量设计实践基础上提出了一种基于电力载波技术的物联网环境感知与协调器的设计方案。该方案采用ARM、PIC系列单片机，分别设计了协调器、感知模块和执行模块。协调器可通过液晶显示屏上的控制按钮发送控制信息，执行模块和感知模块接收这些信息，实现对本地环境的监控以及对执行模块的控制。该系统采用先进的电力载波通讯技术，无需复杂繁琐的布线，只需将感知模块、执行模块、协调器接在同一电力
2、线上，各模块就通过特定的通信协议进行互联、通信，轻松实现房间灯光、电动窗帘、电视系统、空调系统等系统集中控制。并能够实时监测房间温度、湿度、光照等，对节约能源、降低费用、室内环境检测起到了积极的作用，是一种基于电力载波通信组成的网络控制系统。本文重点介绍了该系统的设计方案和电路硬件与软件的详细设计过程，并对该系统的性能与优点进行了充分讨论。关键词：电力载波；物联网；协调器；PIC单片机；ARM；AbstractIn this paper the design practice of based on it bring forward a carrier technology based on
3、the power of networking environment that perception and coordinator design scheme. The scheme adopts the ARM, the PIC microcontroller series, respectively, the coordinator, perception design module and execute module. Coordinator can through the LCD screen control button send control information, ex
4、ecutive module and perception module to receive these information, and to realize the local environment monitor and control for implementation of the module.The system adopts the advanced electric power carrier communication technology, need not complex tedious wiring, only will perceive module, exe
5、cutive module, coordinator taken up in the same field lines, each module is through the specific communication protocols of the Internet, communication, easily realize room light, electric curtains, TV system, air conditioning system centralized control system. And to real-time monitoring room tempe
6、rature, humidity, light, etc, to save energy and reduce cost, indoor environment detects the have a positive role, is a carrier communication based on electric power network composed of control system. This paper introduces the design scheme and circuit hardware and software design of the detailed p
7、rocess, and the system performance and the advantages of the full discussion.Key words: Power carrier; Content networking; Coordinator; PIC microcontroller; ARM； 目 录摘要2Abstract31 引言61.1物联网的定义61.2我国物联网的技术现状分析61.3研究内容及目的62 电力载波通讯技术综述82.1 电力载波技术概述82.2 电力载波通讯技术及其应用现状82.3 电力载波通信的基本原理和构成方式92.4 电力载波在应用中的优点
8、和不足103系统总体设计113.1 系统原理概述113.2 系统总体设计原理图及框图123.2.1 系统原理图123.2.2 系统设计框图123.3 方案的选择与论证134 系统硬件结构的设计144.1 电力载波模块外围硬件电路的设计144.1.1 电力载波模块BWP08A144.1.2 主要性能特点144.1.3 外形及引脚定义154.1.4 采用串行接口与用户系统连接164.1.5 要点说明174.1.6 电力载波调制解调电路的设计174.1.7 电力载波模块设计总结184.2 系统电源的设计184.3 协调器硬件电路设计204.3.1 ARM S3C2440芯片概述204.3.2 S3C
9、2440模数转换器（ADC）和触摸屏接口204.3.3 S3C2440通用异步接收器和发送器（UART）204.3.4 S3C2440通用异步接收器和发送器（UART）的工作特点214.3.5 协调器电路设计概述214.4执行模块和感知模块的设计214.4.1 感知模块的设计214.4.2 执行模块的设计234.5电路硬件的封装245 系统软件设计265.1 系统软件设计说明265.2 系统软件设计概要265.2.1 协调器模块265.2.2 感知模块和执行模块286系统测试336.1 系统测试内容336.2 系统测试方法336.3 系统测试结果33结论35致谢36参考文献37附录A系统原理图
10、381 感知模块电路原理图382执行模块电路原理图1383 执行模块电路原理图2394 系统开关电源原理图39附录B系统PCB图401 执行模块电路PCB图402 感知模块电路PCB图40附录C系统实物图41附录D系统代码421 感知模块主要程序422 执行模块主要程序513 协调器主要程序59611 引言1.1物联网的定义物联网(Internet of Things，IOT)概念最早于1999年由美国麻省理工学院提出，目前业界并没有明确统一的定义。中国通信标准化协会泛在网工作组定义的物联网是指通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的各种设备，获得物理世界的信息，通过网络实现信息的传输、
11、协同和处理，从而实现人与物、物与物之间信息交换的互联的网络。1.2我国物联网的技术现状分析物联网的关键技术涉及面很广，感知/延伸层主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，核心技术包括传感技术、识别技术、信息处理技术、标识技术等。目前，网络层实现信息的高可靠性、安全性地传送，关键技术包括电信网增强技术、下一代移动通信网互联网技术等。应用层是通过各种应用平台实现海量信息处理和共享，关键技术包括SOA、云计算、软件、支撑平台、中间件等。我国统一的SOA标准体系还未形成，云计算技术也处于初期阶段，应用层软件、海量信息处理需要进一步技术攻关。传感技术处于起步阶段，识别技术相对较为成熟，开始步入发展期
12、。我国RFID企业大都是中小型企业，技术研发水平还比较薄弱，感知/延伸层的数据收集、识别技术仍有待突破。1.3研究内容及目的整体看，我国物联网的网络层技术相对成熟，感知/延伸层和应用层技术仍在研究发展之中，尚未形成成熟的技术体系。并且当前市场上隶属于感知/延伸层的模块不是很多，其中基于Zigbee的无线通信技术的感知模块其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。但其致命缺点是给模块供电存在严重问题。由蓝牙无线电技术组成的感知模块其特点是低功耗，小体积以及低成本。存在的缺点是模块与模块通信距离受到限制（10 米），仅限于短距离
13、。通过上述几种通信方式的比较，本系统采用先进的电力载波通讯技术，无需复杂繁琐的布线，只需将感知模块、执行模块和协调器接在同一电力线上就可互联、通信，轻松解决供电、传输距离等问题。可实现房间灯光、电动窗帘、电视系统、空调系统等系统集中控制，能够实时监测房间温度、湿度、光照等，对节约能源、降低费用、室内环境检测起到了积极的作用，是一种基于电力载波通信组成的网络控制系统，便于形成成熟的技术体系，可推广。2 电力载波通讯技术综述2.1 电力载波技术概述电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通
14、过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。电力载波通信是在工频为50Hz的电力输电线路上传输的一种载波通信。根据所使用的耦合方式的不同，分为相地结合和相相结合高频通道。通信所采用有载波通信为相地结合的高频通道、保护专用载波收发信机通常采用相相结合的高频通道。电力载波通信的传输频带一般为40-500kHz。载波通信是有线长途通信中应用十分广泛的一种通信方式。它是根据频率斑移、频率分割原理，将原始信号对载波进行一次或多次调制，搬移到不同的线路传赖频带，然后送到线路上转输，从而实现多路通信的一种通信方式。载波通信不仅可用来实现多路电话通信，而且还可以二次复
