硕士论文以电力线传送之资讯家电控制系统之设计与实现.pdf

國 立 成 功 大 學 電 機 工 程 學 系 碩 士 論 文 以電力線傳送之資訊家電控制系統 之設計與實現 Design and Implementation of Power Line Based Information Appliance Control System 研 究 生：蔡昆華 指導教授：李祖聖 中華民國九十一年六月 以電力線傳送之資訊家電控制系統 之設計與實現 蔡昆華* 李祖聖** 國立成功大學電機工程學系 摘要摘要 電力線已經是每個家庭中現成的傳輸信號系統之一，不需額外的佈線就可利用此傳輸媒介本論文主要的目標是應用電力線並整合網路線及電話線以構成緊密的家用網路架構，同時設計和研製居家保全系統和網路化家電控制器本文首先設計電力線的分散式系統架構，經由電力線上的節點，設計研製各式的保全防災電路、撥號電路、語音電路及家電的控制電路等，並由 FPGA 處理器來加以連結控制接著，透過家用網路軟體與 8051 介面電路的設計製作，完成 Gateway 的架設，使整個系統得以整合完全 使用者將可以透過網路利用家中 CCD 或控制機器人監視家中環境，控制家中資訊家電。

也可以使用電話遠端遙控，達到同樣的功能相信當電話可傳送影像及 3G 更普及化時，不但所有的家電都可經由家用網路透過電話控制，而且所有的訊息包括影像、聲音也可透過電話傳遞到主人面前，達到及時控制的目標 *研究生 **指導教授 I II Design and Implementation of Power Line Based Information Appliance Control System Kun-Hua Tsai* Tzuu-Hseng S.Li ** Department of Electrical Engineering National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan, R. O. C Abstract Power line now transmission has been the most essential communication in the home. In this thesis, we will integrate this media with Internet and telephone to construct the whole control system. The purposes of this thesis are mainly in design and implementation of home security system and information appliance control through the home network. First, we construct the power line distributed system architecture. Then, we design many kinds of electronic circuits, such as disaster protection and security, dialing, voice, and appliance control. We apply the FPGA microprocessor to combine these circuits together. Finally, we complete the home gateway circuit design and link with the power line control system. People can now manipulate the fixed-point CCD camera of the monitoring system and control all kinds of information appliance through the developed home network control system. It is believed that with the popularization of the 3G, all the audio and video signal can be mixed together to achieve the real-time control via the home network. *Student **Advisor II 目錄目錄 中文摘要中文摘要 ⅠⅠ 英文摘要英文摘要 ⅡⅡ 誌謝誌謝 ⅢⅢ 目錄目錄 ⅣⅣ 圖目錄圖目錄 ⅧⅧ 表目錄表目錄 XI 第一章第一章 緒論緒論 1 1.1 研究動機與目的..................................................................1 1.2 論文概要..............................................................................3 第二章第二章 系統架構系統架構 4 2.1 電力線控制模組…………………………………………..5 2.1.1 LonWorks分散式控制網路系統….………………..5 2.1.2 電力線硬體控制架構……………………………...6 2.1.3 耦合電路…………………………………………...7 2.1.4 電力線收發器……………………………………...7 2.1.5 Neuron Chip………………………………………...8 2.1.6 電力線傳輸之軟體設計…………………………...9 IV2.2 週邊電路元件……………………………………………10 2.2.1 複頻解碼 IC........................................................…11 2.2.2 複頻訊號產生IC………………………………….13 2.2.3 語音 IC…………………………………………...13 2.2.4 達靈頓IC………………………………………… 14 2.2.5 FT5754 步進馬達驅動 IC…………………………15 2.2.6 四相步進馬達................................................. …...16 第三章第三章 電路設計與實現電路設計與實現 19 3.1 Gateway 電路設計與實現.............................................19 3.1.1 VB 網頁程式設計 .................................................. 20 3.1.2 8051 介面電路........................................................22 3.1.3 Neuron Chip ............................................................24 3.2 FPGA 電路設計與實現..................................................25 3.2.1 FPGA Chip 晶片模組：：.........................................25 3.2.2 FPGA 電路設計.....................................................27 3.3 電話撥號系統設計與實現 28 3.3.1 電話的電器特性..................................................…28 3.3.2 撥號方式.............................................................…29 3.3.3 撥號控制電路…………………………………….30 3.3.4 自動撥號系統………………………………….…32 3.3.5 振鈴自動檢測…………………………………….36 3.4 FPGA 週邊電路設計與實線…………………………….36 3.4.1 無線收發模組.........................................................36 V 3.4.2 步進馬達控制.........................................................37 3.4.3 火災警報…………………………………………..39 3.4.4 觸摸開關………………………………………….40 3.4.5 震動開關………………………………………….41 3.4.6 家電控制………………………………………….42 第四章第四章 軟體設計流程軟體設計流程 43 4.1 遠端網路控制...................................................................43 4.2 電話撥號軟體設計………………………………………46 4.2.1自動撥號之軟體設計..……………………………46 4.2.2 撥號控制之軟體設計……………………………46 4.2.3 各式防災警報器之軟體設計……………………48 4.3 電力線傳輸之軟體設計 ………………………………..49 4.4 8051 非同步傳輸軟體之設定………………………….51 第五章第五章 實驗成果展示實驗成果展示 56 5.1 Gateway 系統架構………………………………………..57 5.2 電力線控制模組………...………………………………..57 5.3 8051 介面電路……………………………………………59 5.4 震動開關………………………………………………….60 5.5 觸摸開關………………………………………………….60 5.6 馬達電路………………………………………………….61 5.7語音IC電路………………………………………………61 5.8 電話自動撥號電路……………………………………… 63 5.9 撥號控制電路… …………………………………………64 VI5.10 UA R T 無線模組電路……………………………………64 5.11 V B 網頁顯示……………………………………………64 第六章第六章 結論與未來發展結論與未來發展 67 參考文獻參考文獻 68 VII 圖目錄圖目錄 圖 2-1 以電力線傳輸為基礎之家用網路系統 圖 2-2 LonWorks 節點架構圖................................................................ .6 圖 2-3 Coupling Circuit............................................................................7 圖 2-4 Neuron Chip 架構圖....................................................................8 圖 2-5 MT8870 IC 內部架構圖................................。