X10协议是一种国际通用的智能家居电力载波协议。基于这种协议的产品大体分为3类： 向电力线上发射X10控制信号的发射器系列、接收X10信号并执行相应操作的接收器系列，以及系统保障设备系列。其中，接收器系列的产品又分为两线式和三线式。两线式接收器在供电及信号处理上比三线式要难得多，但相比于三线式，它无需重新布线，使用方便，可与普通开关互换，因而市场前景更为良好。本文设计了一种廉价、可靠的两线式接收器。

1 接收器整体概述

1.1 功能简介

接收器模块安装时无需重新布线，直接串入控制回路，可直接替换原有的普通开关。该模块可以完成对白炽灯的开、关、调暗、调亮等操作，这些操作既可以通过控制器发射的X10报文来完成，也可以通过模块上的两个按钮来完成。接收器接收X10报文的地址可以通过控制器在线设定。

1.2 硬件组成

模块基于一块Microchip公司的PIC16F630单片机，外接了一个7.68 MHz的晶振。其他外围电路包括过零点检测电路、120 kHz信号的解调电路、按钮(2个)输入电路以及1个基于可控硅的调光电路。另外，还有一个LED灯，用于指示该模块当前所处的状态。

2 接收器的技术实现

2.1 具体硬件电路

2.1.1 供电及信号采集电路

因为模块与负载串联在220 V的交流电上，在模块的输入端串入1个12 V稳压管和1个限流电容后，经78L05稳压三极管稳压供电。同时，该回路中还串有一个中周和电感，用于载波信号的采集（见图1）。

2.1.2 可控硅的驱动电路

通过一个晶体管C33725可以实现可控硅的移相触发，如图1所示。

图1 检测及控制电路

2.1.3 过零点检测电路

通过在电力线与MCU的引脚间接入一个4.7 MΩ的限流电阻，再经过后期的软件处理，即可完成过零点的检测（见图1）。

2.1.4 信号放大电路

电力上的信号经过中周后，低频的信号基本上被滤去，剩余的基本上是X10的信号，但是这个信号比较弱，需要进行放大处理。为了获得较高的放大倍数，本文选用了信号选频放大电路，如图2所示。

图2 信号选频放大电路

图3 检波器电路

放大后的信号再通过一个检波器，检波器的输出信号经过一个非门缓冲后连接到PIC16F630的RC0引脚上，如图3所示。只要电力线上出现120 kHz的信号，该引脚就会为高电平。

2.2 软件处理

软件处理主要包括： 过零点的判断、X10报文的解码、报文命令的执行、按钮的输入以及在线地址学习。

2.2.1 过零点的判断

经电阻采集的同步信号接至RA0引脚，由于引脚内部与GND和VCC间都接有钳位二极管。当引脚上的电平高于VCC时，会被钳位在高电平；而低于GND时，则被钳位在低电平。

（1） 当可控硅关断时

在交流电的正半周期内，RA0上的电压被钳位在VCC；而在负半周期则被钳位在GND。所以，这时RA0上的信号是与交流电电压相同步的方波信号，电平变换的时刻即过零点的时刻，通过A口的电平变化中断即可找到过零点的时刻，如图４所示。

图4 可控硅关断时RA0引脚上的电压

(2) 当可控硅移相触发时

由图１可知，当可控硅移相触发导通后，与RA0相连的电阻的另一端与12 V稳压管的正极相连，因此RA0上为高电平。实际测得的RA0上的信号如图5和图6所示。

图5 可控硅移相触发时RA0引脚上的电压（移相角较小时）

图6 可控硅移相触发时RA0引脚上的电压（移相角较大时）

为了保证供电，可控硅不能在过零点后立即触发。从图5和图6中可以看出，在反向过零后，可控硅触发之前，RA0上的信号为一段平稳的低电平。根据这种情况，可以由RA0的电平反向变化引起的中断找到反向过零点时刻。此外，由于在正向过零点及可控硅在正半周期触发时刻会对RA0上的信号有脉冲干扰，所以要想通过电平变化中断找到反向过零点，还必须在进入中断后再进行数字滤波。在找到反向过零点时刻后，通过10 ms的定时中断即可找到正向的过零点。

2.2.2 X10报文的解码

在找到过零点后，对RC0上的信号数字滤波后判断一下高低。为高，表示此次过零点处有120 kHz的信号，表示收到数据1；为低，则表示没有信号，表示收到数据0。这样便可知道每次过零点的数据。

单片机内有一个由4个8位寄存器组成的FIFO队，用于存放最近32次过零点收到的X10报文数据。每次检测到过零点后，将FIFO队头的数据移出，将剩余的数据全部向队头移1位，然后将此次过零点处的数据送至队尾。当队头的4位的值为“1110”时，表明该队中存放的为一个完整的报文，可根据X10的协议提取出相应的地址和指令。

2.2.3 报文命令的执行

该模块可接受6种报文命令，分别为Unit On、Unit Off、Bright、Dim、All Units On、All Units OFF。通过这些命令可以实现灯的模块及调光功能。

2.2.4 按钮的输入

按钮有2个，按钮动作有2种，分别是点触和按住。点触时可完成灯的开和关，按住按钮则可进行调光。此外，在灯关闭的状态下，按住关灯按钮几秒后则进入地址学习状态，在此状态下可以设定模块的地址。

2.2.5 在线地址学习

当模块进入地址学习状态后，灯会点亮，表明进入地址学习状态。此时，通过控制器向电力线上发送一封完整的X10报文，则模块会将报文中的地址设为自己的地址并存入EEPROM中，然后自动将灯关闭。在进入地址学习状态后30 s内，如果学不到正确的地址，模块会自动退出该状态，然后自动将灯关闭。

结语

从国内家庭自动化的发展现状来看，系统的价格仍是很大的决定因素。本载波模块的设计具有廉价、实用的特点，能从根本上避开专用载波芯片的各种限制，技术实现简单且能满足家庭自动控制的需要。但是受某些条件的限制，该方案设计出来的模块只能用于普通白炽灯的控制，而无法用于日光灯和节能灯的控制。因此，如何在此方案的基础上，增加对日光灯和节能灯的支持，是需要进一步研究的地方。