低压电力线载波通讯系统设计.docx

低压电力线载波通讯系统设计.docx

《低压电力线载波通讯系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低压电力线载波通讯系统设计.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

低压电力线载波通讯系统设计

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院

本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表

学生姓名：

学号：

专业：

电气工程及其自动化

毕业设计（论文）题目：

低压电力线载波通讯系统设计

指导教师意见：

（请对论文的学术水平做出简要评述。

包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。

还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。

）

设计选题切入较好，系统设计具有很好的示范性。

设计中首先对低压电力线载波通信的特性进行了概述，通过对低压电力载波通信信道特性的研究，对载波通信的硬件芯片选取做了相关分析，其次在此基础上设计出电力线载波通信系统的硬件电路，然后在对PL3105编程资源充分了解后，制定通信协议、根据实际要求设计出总体方案。

设计了串口通信程序与载波通信程序。

最后对设计的低压电力线载波通信系统进行了总体测试，测试工作包括通信误码率、通信距离以及人为干扰实验的测试，最后对整个系统的性能进行客观的总结，资料详实，方法实用，逻辑严密，写作基本规范，达到了本科毕业设计的要求，可以提交评阅。

指导教师结论：

合格（合格、不合格）

指导教师

姓名

所在单位

兰州工业学院

指导时间

2014-09-17

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院

本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表

学生姓名：

学号：

专业：

电气工程及其自动化

毕业设计（论文）题目：

低压电力线载波通讯系统设计

评阅意见：

（请对论文的学术水平做出简要评述。

包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。

还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。

）

该生论文首先对低压电力线载波通信的特性进行了概述，通过对低压电力载波通信信道特性的研究，对载波通信的硬件芯片选取做了相关分析，其次在此基础上设计出电力线载波通信系统的硬件电路，然后在对PL3105编程资源充分了解后，制定通信协议、根据实际要求设计出总体方案。

论文的选题具有一定的意义，论文中引用的资料较为丰富，写作较为规范，基本达到了一名本科生的论文水平。

但是在论文中还是有部分内容需要注意，其一：

有部分结构和文字上的错误需要调整和修改。

二：

文中的图表格标明出处。

修改意见：

（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。

评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。

）

毕业设计（论文）评阅成绩（百分制）：

80

评阅结论：

同意答辩（同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）

评阅人姓名

所在单位

机电学院

评阅时间

2014.9.27

论文原创性声明

本人郑重声明：

本人所呈交的本科毕业论文《低压电力线载波通讯系统设计》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。

论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。

对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。

本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。

论文作者（签字）：

日期：

2014年07月13日

摘要

本文对低压电力线载波通讯系统的设计进行了研究，电力线载波通信（PLC）不用布线且信号覆盖范围广，在连接方面也比普通通讯方便，具有良好的应用前景。

本文首先对低压电力线载波通信的特性进行了概述，通过对低压电力载波通信信道特性的研究，对载波通信的硬件芯片选取做了相关分析，其次在此基础上设计出电力线载波通信系统的硬件电路，然后在对PL3105编程资源充分了解后，制定通信协议、根据实际要求设计出总体方案。

设计了串口通信程序与载波通信程序。

最后对设计的低压电力线载波通信系统进行了总体测试，测试工作包括通信误码率、通信距离以及人为干扰实验的测试，最后对整个系统的性能进行客观的总结。

结果此设计系统运行完好，为电力线载波通信相关产品的开发提供了依据和参考。

关键字：

低压电力线载波通信；干扰；电路；测试

目录

一、低压电力线载波通迅系统特性2

（一）阻抗特性2

（二）噪声特性3

（三）衰减特性4

二、低压电力线载波通讯系统硬件设计6

（一）载波通信硬件芯片6

（二）载波通信电路构成6

（三）载波通信抗干扰设计12

三、低压电力线载波通讯系统软件设计14

（一）总体程序设计14

（二）串口通信程序设计15

（三）载波通信程序设计16

四、低压电力线载波通讯系统测试19

（一）功能性测试19

（二）误码率测试20

（三）通信距离测试20

（四）干扰实验21

五、结论22

致谢..........................................................................22

参考文献24

引言

电力线载波通信（PLC，PowerLineCommunication）是指利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。

我国电网目功能为传输电能，怎样利用电网资源实现窄带或宽带通信,是国内外科技人员在通讯技术方面的一大研究热点。

电力线载波通讯就是以电力网作为信道,实现数据传递和信息交换。

因为电源线路是每个家庭最为普通也是覆盖最为宽广的一种物理媒介,其覆盖面要超过有线电视网络甚至电话线路,同时由于利用电力线通讯可以在现有的电力线布局基础上进行,能节约大量的安装费用,因而利用电源线路实现数据通信的技术有着可观的经济效益和应用前景。

随着低压电力线载波数据通信技术的日益成熟，其可靠性、通信速率不断提高，利用低压电力线这巨大的资源，进行高速数据通信，将对通信手段的变革产生重要的影响并将给电力行业带来很大的经济效益和社会效益。

然而要在干扰严重的低压电力线上实现可靠的数据通信并非易事。

低压电力线网络的固有特性阻碍了低压电力线载波通信的发展。

本课题的研究，主要是希望找到一种实际可行的适用于在低压电力配电网中进行载波通信的技术，从而实现充分利用已有的低压电力线网络，对我国的低压电力线载波通讯非常有意义的。

1、低压电力线载波通迅系统特性

电力线网主要是为了提供工频电能而设计的，并非理想的随机参数通信信道，它不同于通用的通信电缆，有其本身的特性。

而论文设计的系统使用的控制命令正需要通过载波信号在这样一个受多方面影响制约的信道上进行传输，并且，电力线上带有较高电位，不能直接接触。

因此，为了设计在预定环境下能良好工作的通信系统，对于低压电力线载波通道特性，有必要进行具体分析。

电力线载波通信信道特性主要包括信号接入点的输入阻抗特性、信号在传输过程中信道对信号的衰减特性以及各种电气设备所引起的噪声干扰特性这三大方面。

阻抗特性和衰减特性制约信号的传输距离，噪声的干扰决定数据传输的质量。

论文主要研究的为低压电力线载波通信，以后各章如未加特别说明，电力线均指低压电力线，即通常所说的220V/50Hz。

（一）阻抗特性

低压电力线的输入阻抗是表征低压电力线传输特性的重要参数，直接影响着信号耦合的效率。

如果载波耦合电路与线路特性阻抗匹配，就能最有效地传送能量。

一般来说，低压电力线上的阻抗类型主要有配电变压器次级内阻，它随信号频率的变化而变化；纯导线网络的特性阻抗，它受导线特性和网络结构影响；在线用电设备的阻抗，它们的阻抗性质各有不同。

（1）与接入点位置有关。

在由许多电阻、电容和电感组成的网络中，不同性质负载是非均匀分布的，没有规律可循，因此不同接入点处的输入阻抗就不同，信号输入点的不同对输入阻抗的影响是非常大的；

（2）与测试时间有关。

由于负载在电力线上随机地接入或断开，因此不同时段测试结果就不同，具有时变性；

（3）输入阻抗与频率相关。

实测表明，电力线上的输入阻抗随着频率的升高呈现上升的趋势，可以从0.1Ω变到大于100Ω，变化范围超过了1000倍。

（4）与负载有关。

一般来说电力线上的阻抗随负载增大而增大，然而有些时候负载与电力线本身可能形成共振现象，就有可能违背这一规律。

鉴于以上原因，在设计低压电力网载波通信信号发送装置的功率放大和耦合电路时，应充分考虑网络的具体情况，根据安装位置设定信号发送装置的额定工作点，最好是使装置具有自适应增益调整功能，以消除输入阻抗变化所带来的影响。

（二）噪声特性

低压电力线上的干扰可分为非人为干扰和人为干扰。

1、非人为干扰

（1）背景噪声。

电力线的背景噪声是典型的高斯离散型，它始终在通信线路上存在，噪声的大小受通信线路介质的温度影响。

随介质温度的升高而增大，所以应当将介质控制在一个尽可能低的温度范围内；

（2）突发噪声。

如雷电、线路故障、电闸操作、开关断开时的弧光放电等，会瞬间产生脉冲，这些脉冲噪声的发生毫无规律可循，越恶劣的天气越严重。

2、人为干扰

（1）各种小型电器产生的噪声。

这类噪声具有平滑功率谱，通常由与电源频率不同步的用电装置产生，如通用搅拌机、电动机、吸尘器、缝纫机和电锯等；

（2）调光器、整流器等电源谐波噪声；

（3）工频异步的周期性噪声；

（4）电器开关产生的突发脉冲噪声。

这类噪声瞬间产生，能量很大，对系统的正常工作影响最大，可能会引起接收器的内部干扰；

（5）其它噪声源。

其他用电设备，如吹风机、电动剃须刀、手机、对讲机等都会产生某种类型的噪声。

3、干扰性质

从性质上干扰可近似地分成4类：

周期性的连续干扰、周期性的脉冲干扰、时不变的连续干扰和随机产生的突发性干扰。

通常情况下，前两类干扰占主导地位。

（1）产生周期性干扰的原因是由于许多用电设备在工频交流电基波的某个固定相位上释放出干扰。

它的参数变化的范围很大，并且无法对其周期、宽度、强度、发生时间等进行预测，所以消除比较困难，没有有效的办法可以抑制住这种干扰。

（2）除了周期性和连续性的干扰外，电力线上还存在许多随机发生的由于高压开关的操作、雷电、较大的负荷变化、电力线路上的短路故障等引起的干扰，这些持续时间较短，但能量集中，频谱也宽的脉冲干扰对数据传输影响很大，这种干扰的随机性，给电力载波通信带来很大的困难，假如它们正好发生在数据通信过程中，会使所传数据的若干个位发生错误。

（3）干扰的多变性。

首先是因时而变，干扰的频率、强度可能在不同的时刻都会不相同；其次是因地而变，不同地点的干扰情况不相同，尤其是在不同的低压电网之间，干扰情况表现的更为严重。

由此可见，低压电力线上的信号衰减特性和干扰特性非常复杂，而且随机性、时变性大，很难找到较为准确的解析式或数学模型加以描述，这也是长期以来对低压电力线信号传输特性的分析多以定性分析和实验数据测试分析为主的原因，而这对低压电力线载波通信设备的设计提出了很高的要求，即要求其有很好的自适应能力，同时，出于实用的角度，为了获得合理的性价比，又要求其成本要限制在一定的范围内，这些对系统的设计而言是一个很大的挑战。

（三）衰减特性

低压电力线其本身的阻抗变化不大且相对稳定，并不是产生衰减的主要原因。

主要是电力线上并联着的负载尤其是那些用于调整电网功率因数的大电容对信号衰减影响很大。

通信过程中的信号衰减由两个部分组成：

一是信号发送装置与信道间的耦合衰减，其中，耦合衰减特性与信道的输入阻抗特性以及所使用的耦合设备参数有关，式中，，式中是信号源电压，Vr是接收电压。

发送机耦合器的内阻理论上可以做的很小；二是信号在信道中传输时的线路衰减，线路上的衰减是信号衰减的最主要原因。

总体上讲，信号在低压电力线上的传输特性如下：

（1）一般地，工作频率越高，衰减越严重，且在某些特殊频率点上，出现传输衰减极大与极小值点。

传输信号在150kHz以下的衰减相对稳定，150kHz以上变化明显，从150kHz至250kHz之间