電力線寬帶通信技術(shù)(PowerLine Communication 簡稱PLC)是近幾年來迅速發(fā)展起來的一種新興的利用電力線網(wǎng)絡(luò)作為載體的通信技術(shù),。運用嵌入式系統(tǒng)和電力線調(diào)制解調(diào)技術(shù)所構(gòu)建的電力線網(wǎng)絡(luò)通訊終端，人們可以很方便地在辦公室,、家庭內(nèi)部,、工業(yè)現(xiàn)場輕松地組建起局域網(wǎng)絡(luò)，成為智能家庭,、分布式工業(yè)過程控制的一種很好的系統(tǒng)構(gòu)造方式,，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場。本應(yīng)用系統(tǒng)利用電力線終端平臺和路由器構(gòu)建電力線家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),，實現(xiàn)家電,、安全防范及三表的集中管理；對外通過寬帶連接Internet,，遠(yuǎn)程終端通過軟件就可以對家用電器進(jìn)行狀態(tài)查詢和控制,。具體的構(gòu)建方式，在每個房間和客廳,、廚房中安放一個電力線通訊終端平臺,，掛載在電力線上形成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，集中管理所有的電器,，同時利用電力線調(diào)制解調(diào)模塊連接路由器,，通過ADSL 上網(wǎng)的方式，把整個家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與Internet 交互,，使得遠(yuǎn)程終端可以通過Internet 網(wǎng)絡(luò)訪問家庭內(nèi)部局域網(wǎng),。

　　一、系統(tǒng)的功能與設(shè)計

　　本應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能如下：1) 實時監(jiān)控客廳中的溫度，比如：在夏天如果超過33 度,，系統(tǒng)會主動控制制冷空調(diào)打開,；在冬天低于10 度則會打開制熱空調(diào)。2) 住宅安防系統(tǒng)能夠通過連接電力線通訊終端平臺和與之互連的GPRS 上傳安保信息,，比如：當(dāng)發(fā)生有人非法進(jìn)入住宅,，系統(tǒng)會實時通過Internet 網(wǎng)絡(luò)向事先設(shè)置的報警接收終端，如110 報警臺,、物業(yè)服務(wù)公司監(jiān)控室,、業(yè)主辦公室電話或業(yè)主手機(jī)等，發(fā)送預(yù)警信息,。3) 主人可以通過遠(yuǎn)程終端訪問家用電器,，并且實行遠(yuǎn)程控制，比如開關(guān)日光燈,、打開電飯煲,，這樣下班回家后就可以吃到香噴噴的米飯。

　　為了實現(xiàn)上述功能,，利用CPU 模塊上LPC2210 的GPIO（通用I/O）口連接繼電器控制家用電器的開關(guān),，比如：電飯煲、空調(diào)和日光燈等,；利用芯片外部中斷連接安防系統(tǒng),，當(dāng)系統(tǒng)報警時觸發(fā)外部中斷通知ARM CPU 使用GPRS 發(fā)送報警信息；同時,，在硬件電路上安裝有LED 燈,、A/D 轉(zhuǎn)換電路用以實時測試、顯示當(dāng)前各種家用電器的運行狀態(tài),。該應(yīng)用系統(tǒng)涉及到電力線通訊平臺的編程和PC 的編程兩方面,。其中CPU 模塊（下位機(jī)）作為服務(wù)器端，使用TCP 作為通訊協(xié)議,，提供服務(wù),。在服務(wù)器端收到服務(wù)請求后，解析請求,，根據(jù)不同的請求做出相應(yīng)的服務(wù),。而PC 作為客戶端發(fā)出服務(wù)請求，并且在收到服務(wù)器的響應(yīng)后把具體內(nèi)容在屏幕上顯示出來,。在本例中,，客戶端采用Qt 可視化編程環(huán)境。以下,，首先介紹Qt 的相關(guān)知識,，然后再具體分為服務(wù)器和客戶端具體的對該應(yīng)用設(shè)計進(jìn)行分析,。

　　二、Qt 介紹

　　Qt 是一個全面的C++應(yīng)用程序開發(fā)框架,。它包含一個類庫和用于跨平臺及國際化開發(fā)的工具,。Qt 是一個全面的開發(fā)框架,，它包括廣泛的特征,，性能與工具，可以開發(fā)高性能,，跨平臺的客戶端,，以及服務(wù)器端的應(yīng)用程序。

　　同時Qt 對不同平臺（Unix,， Windows,， and Mac）的專門API 進(jìn)行了封裝，如文件處理,、網(wǎng)絡(luò)（操作,，協(xié)議），進(jìn)程處理,、線程,、數(shù)據(jù)庫訪問等。統(tǒng)一的跨平臺API 讓程序員們集中精力致力于可增值的技術(shù)革新,，而無須擔(dān)心維護(hù)和管理現(xiàn)有應(yīng)用程序多版本的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與界面,。Qt 已由成千上成商業(yè)與開放源應(yīng)用程序開發(fā)員，在多個操作系統(tǒng)與編譯器上進(jìn)行了測試,，奠定了高性能與資源性應(yīng)用程序的基礎(chǔ),。Qt 無須“虛擬器”，模擬層或大容量的運行時間環(huán)境,。它如本地化的應(yīng)用程序一樣,，直接寫入低級的圖形函數(shù)，因而Qt 程序能以源代碼速度執(zhí)行,。通過使用 Trolltech 的雙重授權(quán)模式,，Qt 在商業(yè)支持并行之有效的框架下，呈現(xiàn)出開放源的所有優(yōu)勢：開放源優(yōu)勢包括一個活動的開放源開發(fā)員社團(tuán),。由于Qt的不間斷開發(fā),，以及完整的代碼透明性，允許Qt 開發(fā)員進(jìn)行“徹底深入地查看” ,，進(jìn)行自定義并擴(kuò)展Qt 來滿足其獨特的需求,。 商業(yè)產(chǎn)品的擔(dān)保包括客戶認(rèn)可的產(chǎn)品支持，專門的Qt 開發(fā)小組,，以及一個第三方工具,、組件與服務(wù)的成長生態(tài)體系,。

　　（1）信號

　　當(dāng)某個信號其客戶或所有者發(fā)生內(nèi)部狀態(tài)改變時,，信號被一個對象發(fā)射,。只有定義過這個信號的類及其派生類能夠發(fā)射這個信號。當(dāng)一個信號被發(fā)射時,，與其相關(guān)聯(lián)的槽將被立刻執(zhí)行,，就象一個正常的函數(shù)調(diào)用一樣。信號-槽機(jī)制完全獨立于 任何GUI 事件循環(huán),。只有當(dāng)所有的槽返回以后發(fā)射函數(shù)（emit）才返回,。 如果存在多個槽與某個信號相關(guān)聯(lián)，那么,，當(dāng)這個信號被發(fā)射時,，這些槽將會一個接一個地 執(zhí)行，但是它們執(zhí)行的順序?qū)请S機(jī)的,、不確定的,，我們不能人為地指定哪個先執(zhí)行、哪個后執(zhí)行,。信號的聲明是在頭文件中進(jìn)行的,，Qt 的signals 關(guān)鍵字指出進(jìn)入了信號聲明區(qū)，隨后即可 聲明自己的信號,。

　?。?）槽

　　槽是普通的C++成員函數(shù)，可以被正常調(diào)用,，它們唯一的特殊性就是很多信號可以與其相關(guān)聯(lián),。當(dāng)與其關(guān)聯(lián)的信號被發(fā)射時，這個槽就會被調(diào)用,。槽可以有參數(shù),，但槽的參數(shù)不能有缺省值。既然槽是普通的成員函數(shù),，因此與其它的函數(shù)一樣,，它們也有存取權(quán)限。槽的存取權(quán)限決定了誰能夠與其相關(guān)聯(lián),。同普通的C++成員函數(shù)一樣,，槽函數(shù)也分為三種類型，即public slots,、private slots 和protected slots,。

　　三、服務(wù)器端

　　在本應(yīng)用中,，電力線通訊終端平臺連接家用電器作為服務(wù)器端,，在實時顯示用電器狀態(tài)的同時,，需要構(gòu)建一個TCP 服務(wù)器來為遠(yuǎn)程終端提供服務(wù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和報警的功能,。在基于QF 操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中,，由QL4 接口類來實現(xiàn)對L4 協(xié)議（傳輸層)的解析和處理抽象。本應(yīng)用中需要派生一個QTcp 類,，實現(xiàn)傳輸層的TCP 協(xié)議,。

　　處理抽象。本應(yīng)用中需要派生一個QTcp 類,，實現(xiàn)傳輸層的TCP 協(xié)議,。一般基于 TCP 的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序都要繼承QTcp 類,，然后在ESTABLISHED 狀態(tài)中添加　子狀態(tài)完成特定的功能,。在服務(wù)器端，利用量子框架實現(xiàn)一個QServer 類,，是一個活動對象,，繼承自QTcp 類。QServer 活動對象同客戶端TCP Socket 連接后,，進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)中,，通過調(diào)用Recvfrom 函數(shù)接收客戶端的請求，然后解析請求的服務(wù)類型,，根據(jù)不同請求做出不同的服務(wù),。其軟件流程圖如圖1 所示：

圖 1 QServer 活動對象狀態(tài)流程圖

　　服務(wù)器端需要提供的具體服務(wù)包括：（1）當(dāng)接收到客戶端打開家用電器的請求是，使用GPIO口發(fā)出電平信號,，通過繼電器打開相關(guān)的電器,。（2）監(jiān)控客廳中的溫度，在夏天如果超過33 度,，則會主動控制制冷空調(diào)打開,。在冬天低于10度就會打開制熱空調(diào)。并及時地把空調(diào)開關(guān)的信息通過TCP 協(xié)議傳送給遠(yuǎn)程的終端,。（3）當(dāng)有人觸發(fā)了安防系統(tǒng),，發(fā)生外部中斷時，使用服務(wù)器向客戶端發(fā)送報警信號,。并通過GPRS給110 報警臺,、物業(yè)服務(wù)公司監(jiān)控室、業(yè)主辦公室電話或業(yè)主手機(jī)等,，發(fā)送預(yù)警信息,。

　　四、 PC 客戶端

　　PC 機(jī)作為遠(yuǎn)程客戶端,，主要的工作是向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求,，并且在收到服務(wù)器的響應(yīng)或者報警信號后把收到的具體內(nèi)容在屏幕上顯示以達(dá)到遠(yuǎn)程控制和報警的功能,。在本例中，我采用的是Qt 的可視化編程環(huán)境,。以下介紹客戶端的具體功能以及實現(xiàn)：在客戶端可視化界面上按下日光燈或者電飯煲按鈕,，就可以向服務(wù)器端發(fā)送一個開關(guān)家用電器的請求，在服務(wù)器端收到請求后就會去執(zhí)行,；同理,，按下A/D 按鈕，就可以發(fā)送一個讀取A/D 的請求,，在收到服務(wù)器端采集的A/D 數(shù)值后,，客戶端就會在屏幕上顯示；溫度的測量則是每隔兩秒就會發(fā)送一個請求,，讀取當(dāng)前的溫度,，顯示在屏幕上，并且判斷是否要打開空調(diào),，并從服務(wù)器端讀取其狀態(tài)信息,，更新空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)欄，顯示在文本框中,；當(dāng)服務(wù)器端安防系統(tǒng)檢測到有人入侵時,，就會向客戶端發(fā)送報警信號，客戶端需要相應(yīng)修改當(dāng)前的安防系統(tǒng)狀態(tài)為報警,。

　　首先使用Qt 的工具Qt Designer 設(shè)計界面,。然后進(jìn)入具體的客戶端編程階段，構(gòu)造一個窗體類為TcpClient 類,，具體的軟件編寫如下：

　　TcpClient：：TcpClient(QWidget *parent)

　?。?QWidget(parent)

　　{

　　ui.setupUi(this)；

　　adsocket= new QTcpSocket(this),； //用以傳輸A/D數(shù)據(jù)的TCP通道

　　tempsocket= new QTcpSocket(this),； //用以傳輸溫度數(shù)據(jù)的TCP通道

　　applincesocket= new QTcpSocket(this)； //用以控制家用電器的TCP通道

　　securitysocket = new QTcpSocket(this); //用以安防系統(tǒng)報警的TCP通道

　　QTimer *temptimer = new QTimer(this),； //2S的定時器

　　connect(temptimer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(temp_update())),；

　　temptimer->start(2000)；

　　connect( adsocket,SIGNAL( connected() ),this, SLOT( ad_request() ) ),；

　　connect( adsocket,SIGNAL( readyRead() ), this, SLOT( ad_readresult() ) ),；

　　connect( tempsocket,SIGNAL( connected() ),this,SLOT( lm_request() ) )；

　　connect( tempsocket,SIGNAL( readyRead() ),this,SLOT( lm_readresult() ) ),；

　　connect(appliancesocket,SIGNAL( connected() ), this,SLOT( appliance_request() ) ),；

　　connect(securitysocket,SIGNAL( readyRead() ),this,SLOT( security_readresult() ) )；

　　}

　　動態(tài)分配四個QTcpSocket(Qt 內(nèi)部對于TCP 協(xié)議的封裝類)對象,，分別用該類的對象指針adsocket,、tempsocket,、appliancesocket、securitysocket 來指向這四個對象,。然后定義一個QTimer對象,，用來實現(xiàn)2 秒的定時。接著對一些信號和槽進(jìn)行連接,，從而完成各個組件之間的通訊,，其中： QTimer 對象的timeout 信號和temp_update()槽連接、adsocket 對象的connected 信號和ad_request()連接,，adsocket 對象的readyRead 信號和ad_readresult()槽,。同理連接其他的幾個QTckSocket 對象的信號和槽。

　　以下,，具體描述如何實現(xiàn)溫度檢測和空調(diào)自動控制的功能（其他功能的實現(xiàn)類似,，就不贅述）：（1）定時器每隔2S 觸發(fā)一次，客戶端使用tempsocket 連接服務(wù)器端后發(fā)送測溫請求,。（2）接收到服務(wù)器的溫度數(shù)據(jù)后在界面上顯示,，并且根據(jù)要求決定是否需要啟動空調(diào)。（3）利用appliancesocket 發(fā)送開啟或者關(guān)閉空調(diào)的命令,。并根據(jù)服務(wù)器端的執(zhí)行結(jié)果修改空調(diào)開關(guān)狀態(tài)欄顯示。

　　五,、結(jié)論

　　在實際的測試中,，服務(wù)器端運行在實驗室，連接有日光燈,、電飯煲和空調(diào),。客戶端運行在寢室中,。本應(yīng)用在實現(xiàn)所有功能的基礎(chǔ)上,，電力線終端作為服務(wù)器連續(xù)開機(jī)一周，并進(jìn)行高流量的負(fù)荷測試,，能夠穩(wěn)定運行,，所有功能均表現(xiàn)正常，沒有發(fā)生故障,。從而驗證了本終端的穩(wěn)定性和該智能家居應(yīng)用的可行性,。