电气工程及其自动化专业毕业论文--电力载波通信抄表集中器硬件设计

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1、 专 科 实 习 报 告 题题 目目 电力载波通信抄表集中器硬件设计 学 生 姓 名学 生 姓 名 朱丹峰 批批 次次 专专 业业 电气化工程学 学学 号号 学 习 中 心学 习 中 心 目 录 1 绪论 . 1 1.1 电力线载波通信的意义及发展状况 . 1 1.2 低压电力线通信的特点 . 1 1.3 国内外研究现状和动态 . 2 1.4 设计电力载波抄表集中器的目的和意义 . 2 2 电力线载波通信技术 . 3 2.1 电力线载波通信中信号传输特性分析 . 3 2.2 常用的低压电力线载波通信技术 . 4 2.3 扩频通信技术 . 4 2.3.1 扩频通信的工作原理 . 5 2.3.2

2、扩频通信的特点 4 5 2.4 电力线载波通信的实现 . 5 2.4.1 国外的电力线载波专用 Modem 芯片 . 5 3 电力载波抄表系统总体设计 . 7 3.1 自动抄表系统的组成 . 7 4 电力线载波抄表系统集中器软件的设计 . 8 4.1 通信协议的制定 . 8 4.2 集中器软件设计 . 9 4.2.1 主程序设计 . 9 4.2.2 集中器向上位机的数据传输 10 4.2.3 单片机与扩频芯片 SSCP300 的数据传输 12 结 论 . 14 致 谢 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 参 考 文 献 . 15 1 绪 论 1.1 电力线载波通信的意义及发展状况 当今

3、世界，作为输送能源的电力线是一个近乎天然、入户率绝对第一的物理网络。而电力线现 在的功能仅仅是传送电能，如何利用网络资源潜力，在不影响传输电能的基础上实现窄带通信或宽 带通信，使之成为继电信、电话、无线通信和卫星通信之后的又一通信网，是多年来国内外科技人 员的又一目标。要使电力网成为一个新的通信网，技术手段只有载波通信。电力线载波通信就是以 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，其覆盖面超过有线电视网络甚至电话线路，同时由于利用现有的电力网实现数字 通信，可以大大减少通信网建设的费用，因而利用电源线路实现数据通信的技术有着可观的

4、经济效 益和应用前景。 电力线载波通信又分为 35KV 以上的高压载波通信、 10KV 配电网的载波通信和民用 （400V 以下） 电力线载波通信。在技术上高压载波通信主要为业内业务通信，由于网络专一性，其简单的数据通 信在国内外基本成熟，进入千家万户的民用电力网才是最大的通信物理网络。但在该网络上实现通 信一直是全世界科技工作者的研究课题。由于低压电力线上实现通信又很多技术难点，如网络不规 范、节点多、隔离多、随机干扰等。也可以说民用电力网对通信而言是一个不确定、无规则、网络 特性呈拓扑特性的非标准通信网，是通信网络的一大挑战课题。本文研究的对象正是低压电力线通 信。 1.2 低压电力线通信

5、的特点 总的说来，低压电力线信道的特点主要包括下面几个方面的内容： (1) 噪声和干扰大 低压电力线网络中，各式各样的家用电器和办公设备产生的噪声和干扰严重污染着电力线通信 环境。 己有的研究结果表明， 噪声的大量存在是实现数据在低压电力线上优质传输的主要障碍之一。 现在把各种噪声干扰主要来源归纳为 4 个方面： (a) 可控硅器件和一些电源电路产生的 60Hz 的倍频谐波(注:美国电力线频率为 60Hz)； (b) 平滑频谱噪声，其频谱平坦，可以看作有限带宽的白噪声，家电中的小电机是产生这类噪 音的根源； (c) 单脉冲干扰，通常由开关切换、闪电、温度调节器或电容充放电引起； (d) 非同步

6、周期噪声，如电视的行扫描频率对电网的干扰。 (2) 信号衰减大 信号在电力线上传输过程中的衰减是低压载波通信遇到的另一难点。同时，由于低压配电网直 接面向用户，负荷情况复杂，各节点阻抗不匹配，所以信号会产生反射、谐振等现象，使得信号的 衰减变得极其复杂。信号的衰减随着传输距离的增加而增加，同时，信号的衰减与频率、工频电源 2 的相位有关，一般来说，随着频率的增加，信号的衰减也将增加，而在某些特殊的频段，由于反射、 谐振及传输线效应等的影响，衰减会出现突然剧增。在 100- 400kHz 频带内，信号的平均衰减为 40dB，标准偏差为 20dB。 (3) 随机性和时变性 低压电力线直接面向用户的特点导致其干扰具有随机性和时变性，这是低压载波通信面临的又 一挑战。由于用户负荷的随机接入和切除，网络结构的变化以及不可抗拒的自然因素，如雷电等的 影响，使得其干扰表现出很强的随机性和时变性，从而难以找到一个准确的数学模型来加以描述。 1.3 国内外研究现状和动态 在国外，自动