Conference Paper in Digest of Technical Papers ieee international Conference on Consumer Electronics · June 012 doi: 10. 1109/isce. 2012. 6241707 citations reads 3,994 authors

A. PLC Modem description
Figure 2.
PLC Modem block diagram
Application Circuitry - It contains the relay circuit which
provides the interface for connecting the appliance.
Host - It is typically implemented using a general-purpose
simple micro-controller; a Atmega 328 in this case. The Host
controls the behavior of the appliance. It also implements a
software serial interface that allows it to communicate with
and control the IT800D over the UART Host Interface.
Figure 3.
UART
IT800D - The IT800D is a system on chip solution optimally
designed to provide the best performance over the Power
Line medium. PLC capabilities are added to the modem by
integrating the IT800D into the modem circuitry. The IT800D
handles the channel access on behalf of the modem, in addition
to handling the entire communication over the power line. The
PLC modem can be configured with various communication
parameters through a programmable interface [8].
Analog Front End and Line Coupler - It sits between the
IT800D and the physical network, connecting the device to the
physical network medium (the power line). The AFE includes
reception and transmission paths, with the required filtering
and amplification. The Line Coupler couples the data to the
power line.
Power Supply - The power supply is a separate block,
providing the required power to the IT800D and AFE.
B. Modulation
DCSK (Differential Code Shift Keying) modulation tech-
nique is known for its extreme robustness and belongs to the
family of spread spectrum modulation technologies. Spread
spectrum modulation is a technique in which a signal is trans-
mitted on a bandwidth considerably larger than the frequency
content of the original information [9]. Spread spectrum mod-
ulations provide many advantages: they are less susceptible to
narrowband and burst noises, able to work when the signal
level is lower than the noise level (negative SNR). They are
2

---

also less susceptible to multi-path fading, signals arriving via
different routes, and impedance modulation.
A communication medium such as the AC Power Line
may be corrupted by fast fading, unpredictable amplitude and
phase distortion and additive noise. In addition, communica-
tion channels may be subjected to unpredictable time varying
jamming and narrowband interference. In order to transmit
digital data over such channels it is preferable to use as wide
a bandwidth as possible for transmission of the data. This is
achieved using spread spectrum techniques; in particular a type
of spread spectrum called “Differential Code Shift Keying” is
used for the modulation technique [10].
DCSK modulates the symbol by cyclic shifting of the
basic symbol in the transmitter, and detection of the shift in
the receiver. The first picture in figure 4 shows the original
none shifted symbol, which may also represent a ‘0000’
information. The second and third picture in figure 4 (be-
low) demonstrate modulated symbols that are created from the
original symbol by cyclic shift according to the data value.
Figure 4.
DCSK Modulation
DCSK is spectrum modulation technology that enables
extremely robust Power Line Communication. The features
of DCSK which make it one of the best technologies for
Power Line communication are as follows: Resistance to pulse
noise, Resistance to linear and non-linear distortion, Adaptive
operation handles fast variations in medium characteristics,
Resistance to synchronization errors & timing jitters, Fast
recovery from severe fade or jamming.
IV. O
PEN
S
OUND
C
ONTROL
Open Sound Control (OSC) is a protocol for real time
communication between computers, sound synthesizers and
other multimedia devices which are optimized for networking
technology. OSC is touted as the next generation replacement
for the MIDI format. OSC is a transport independent protocol
which means that it is a format for data that can be carried
across a variety of networking technologies like USB, Firewire
and Ethernet. OSC offers bandwidth greater than 10mbps
compared to MIDI‘s 31.25kbps. We have used OSC protocol
to send control commands to the micro controller over the
Wi-Fi network [11].
Structure of OSC content
The basic unit of Open Sound Control data is a message.
This message contains a symbolic address and message name,
and any amount of binary data. Entities within a system
(network) are addressed individually by an open-ended URL-
style symbolic naming scheme that includes a powerful pattern
matching language to specify multiple recipients of a single
message. OSC streams are sequences of frames (also referred
to as ‘bundles’) defined with respect to a point in time
called a timetag. A bundle contains a number of messages,
each of which represent the state of a sub-stream at the
enclosing reference timetag. The sub-streams are labeled with
a human-readable character string called an address. OSC
bundle timestamps can be used to recover the correct order of
the packets at the receiving end. The size of an OSC packet
is always a multiple of 4.
Figure 5.
OSC Structure Format
The comparison below is provided to give a perspective of
how the OSC message format compares with message formats
for MIDI and XML. OSC’s advantages include interoperabil-
ity, accuracy, flexibility, enhanced organization and documen-
tation. Efficiency, low cost and reliability of this new protocol
make it a potential replacement for current technology. iOSC is
a remote control application that uses the OSC (Open Sound
Control) protocol encodings for integers, real numbers and
text. Using the OSC protocol over the device‘s built-in Wi-
Fi connection, the OSC application communicates with other
compatible hardware and software nodes over the network.
Comparison of message formats of OSC vs. MIDI vs. XML
OSC: /server/slider1/3 f 0.25
MIDI: 0x01 0x00 0x03 0x32
XML: 

  
0.25
3

---

V. I
MPLEMENTATION
An iPod touch is used for sending control commands to the
micro-controller over Wi-Fi using OSC protocol. OSC can be
used to encode integers, real numbers and text. Using the OSC
protocol over the device‘s built-in Wi-Fi connection, the OSC
application communicates with other compatible hardware and
software nodes over the network. Any client which supports
the OSC format could be used, for example Mrmr, Touch
OSC, OSCemote. The iOSC application on the iPod allows us
to send customized messages in the OSC format over Wi-Fi.
The interface consists of three buttons (to send high and low
values) and a slider for pulse width modulation.The sliders can
be used for varying brightness of light bulbs or for controlling
the speed of fans. This application will convert the button
presses into predetermined OSC messages and will append
specific IP and port addresses to the message. A router is
used in the setup to host a local wireless network. The Ethernet
interface card connected to the microcontroller is initialized to
a specific IP address so that it is in the same network as the
iPod. The IP address and port addresses are set to be the same
in both Ethernet interface card and in the iOSC application.
byte serverMac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE,
0xEF, 0xFE, 0xED };
byte serverIp[] = { 192, 168, 1, 104 };
int serverPort = 10000;
Ethernet.begin(serverMac ,serverIp);
Here the MAC, IP and Port address values are defined and the
Ethernet interface card is initialized using the Ethernet.begin()
function.
Message
Type
On
Off
button1
/server/yelled
int
1
0
button2
/server/grnled
int
1
0
button3
/server/redled
int
1
0
slider1
/server/pwmled
int
max:255
min:0
Table I
P
ARTS SETTING
Figure 6.
Screenshot of iPod Touch interface
Figure shows the screenshot of iPod interface consisting of
3 buttons and a slider for controlling appliances. The program
residing on the micro-controller is designed to decode the
encoded OSC messages from the iPod.
if( osc.available() )
{ if(!strcmp( recMes.getAddress(0)
,topAddress ) )
{ if(!strcmp( recMes.getAddress(1)
,subAddress[0] ) )
{ if(recMes.getArgInt(0) == 1)
{ digitalWrite(RED\_LED, HIGH);}}}}
In this code snippet, the osc.available() function is used to
check for availability of OSC messages, the topaddress and
subaddress of the OSC message is compared. If both the
address match then the integer value is checked to determine
whether to switch ON/OFF the appliance. The code on the
micro controller is just 6.2kB in size. The micro-controller
converts the decoded OSC messages into control signals to
turn ON/OFF specified appliance. The micro-controller and
the PLC modem communicate over UART.
Figure 7.
Actual picture of the PLC modem used in our setup
The micro-controller sends the commands serially to the
master PLC modem.
Serial.println("0");
delay(500);
Serial.println("0");
Here the micro-controller sends data to the PLC modem over
UART interface using the Serial.println() function. The data
is sent twice to the PLC modem by retransmitting the same
data with a delay of 500 milisecond. This modem broadcasts
the control signals through the Power Lines. At the receiving
end, each appliance has a PLC modem. This PLC modem
listens over the Power Lines for any control signals. If a PLC
control signal is available, the modem sends it to the receiving
micro-controller. The micro-controller checks if the command
was intended for this appliance, if not simply ignores it. If
the command was for that particular appliance, the micro-
controller switches ON or OFF the relay connecting the
appliance.
while (Serial.available() > 0)
4

---

{ cmd = Serial.read();
switch (cmd)
{ case ’0’:
{ digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
digitalWrite(PIN, HIGH);
break; }}}
Here is a code snippet of the receiving micro-controller, where
first the availability of serial data is checked and then read into
a register. The received data is compared with the standard
address of the unit and correspondingly the relay unit is
switched ON/OFF.
Figure 8.
Transmitter Schematic
Figure 9.
Receiver Schematic