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　　摘要：在配备了能源利用领域的最新技术成果之后，家庭局域网(HAN)开始准备取代传统的家电生态系统。本文介绍了HAN设备体系架构，该架构不仅与家庭局域网无缝集成，还可以充当低成本的电表，监控电气设备的电能消耗和运行。

　　随着能源生产成本的飞速上涨，能源消耗流程的效率变得越来越重要。这在电气设备制造和电能计量基础设施领域引发了一场革命。家庭局域网(HAN)是一种先进的电气生态系统，在这个生态系统中，智能电表和HAN设备通过相互通信来控制电能消耗情况。 在HAN生态系统中，一个基本的HAN设备与电表之间建立一条双向通信链路，还可选择与其他HAN设备建立双向通信链路;共享所连设备的电能消耗数据，还接收指令将未使用的设备关闭或置于休眠状态。以下部分详细介绍了基本HAN设备架构的某些增强特性;这些特性扩展了它的功能并丰富了特性集。

　　架构概述

　　HAN可以被视为一种智能电源插座，一端连接普通的电源插座，另一端提供可插拔的连接接口，用于连接微波炉和空调等家用电器。它可以由电表通过RF(射频)等无线接口或电线通信(如HomePlug)等有线接口直接控制。另外，其固件可以由电表通过RF/PLC接口升级。在LCD上，它可以显示设备的各种能源参数。它还支持电池备份选项，可以不间断地显示时间和日期。图1显示了HAN设备的应用图。

　　

 

　　HAN设备包括以下组件：

　　1. 一个微控制器;

　　2. 230V至3.3V转换器;

　　3. 继电器;

　　4. 信号调节电路;

　　5. IR接口(同时支持发送和接收);

　　6. LCD面板;

　　7. RF/电线通信 PHY。

　　图2所示为以上组件的方框图。

　　

 

　　HAN设备的重要组件

　　微控制器

　　微控制器/片上系统在设备运行时扮演重要角色。除了控制其他组件，它还在其内部闪存中存储应用固件。为了支持HAN设备的各种功能，微控制器应具有以下特性：

　　1. 低功耗处理内核，能够执行能耗计算所需的复杂算术运算;

　　2. RF PHY通信接口，或用于电线通信PHY的相应接口(如果使用的话);

　　3. 片上闪存和SRAM，用于存储应用固件和加快运算;

　　4. LCD显示器的LCD驱动;

　　5. UART等接口，可以支持红外通信;

　　6.具有可编程增益放大器(PGA)的高分辨率ADC，用于电压和电流测量;

　　7. 用于驱动继电器的I/O端口;

　　8. 用于计时的实时计数器。

　　微控制器通过信号调节电路和ADC、PGA感应电压和电流，计算一段时间内(可以是一个月或更长)的RMS(均方根)电压和电流值、瞬时电量消耗和总耗电量。然后，它通过RF或电线通信PHY将该数据发送至电表，并将其显示在LCD中。当收到命令关闭设备时，它将在其I/O端口上驱动相应的逻辑以运行继电器。微控制器通过230V-3.3V转换器由电源线供电。该转换器可以根据微控制器的工作电压进行适当配置。片上闪存固件可以通过电表的RF或PLC接口更新。协议和固件更新的准确细节将取决于具体的实施。

　　信号调节

　　信号调节单元有一个模拟前端用于电压和电流测量。线路电压首先通过梯形电阻器下调，然后进行测量，其后的DC过滤和DC偏置也采用相同方式。与电压测量相比，电流测量所涉比较少。首先，线路电流使用电流转换器调低，然后通过低阻值的高精度分流电阻传输。整个分流电阻的电压降可测量出线路电流。因为该电压降非常小，所以必须进行适当地放大才能馈送至ADC。该放大器包括可设置的增益层级，可仅放大AC组件;从而防止放大器输出饱和。

　　红外线接口

　　红外线接口可以根据范围和功耗进行适当配置。该接口为HAN设备提供了远程配置支持。 它使用户可以远程打开/关闭与HAN设备连接的家电。协议和运行的具体细节可以针对特定实施灵活选择。

　　LCD面板

　　LCD面板显示以下参数：瞬时能耗;上月/当月的总能耗;当日的日期和时间;RMS电压;RMS电流。

　　LCD面板提供了一些电表显示内容;因此可以作为低精确度智能AC电表使用。

　　小结

　　总之，以上架构概念化了经济高效且用途极为广泛的HAN设备，它包含所有关键的HAN设备特性，并支持多种高级特性，例如固件升级和通过RF/PLC接口全面地控制家电;另外还可以作为低成本智能AC电表使用，提供24小时家电能耗详细信息。尽管本文将其描述为独立的智能电源插座，它也可以在家电内部实施。

　　参考文献：

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关键词： HAN 微控制器 201203