城市智能路灯控制系统(电力线载波技术)

摘要随着城市发展的脚步不断加快，市区的照明系统为建设安全城市，和谐社会做出了巨大的贡献。但是，每年的照明耗电相当于全球17%的发电量，2004年中国照明耗电约为2187亿千瓦时，相当于三峡水力发电工程建成后，年发电能力840亿千瓦时的近3倍。为了实现照明节约用电，同时易于管理照明系统，需要改变传统的照明控制方式。电力线载波通信是电力系统特有的一种通信方式，它利用电力线作为传输载体，以变电站为终端，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输，具有信息传输可靠、可同时复用等特点。通过载波，电力线可以传送语音、图像、数据并且能够进行信息交换、处理、控制、检测，实现信息的自动化。目前，电力线载波技术主要用于35KV及以上高压线路上，载波带宽为40一500KHZ，传送的信息包括数据、保护、远动、文字、语音及图像等。但是，在中低压电力线的利用上仍处于研究阶段。本论文首先对低压电力线信道特性进行分析，并建立相应的信道模型；接着对设计中采用的直接序列扩频技术的原理、实现方法及其作为电力线载波通信调制方案的可行性和优越性做了详细的论证；随后详细介绍了系统构架及主要模块的软硬件实现，其中硬件设计包括电力线载波芯片PL3106外围接收、发送电路的设计，以及系统供电电源部分；软件开发主要包括单片机汇编程序的编写和主机与单片机通信程序的编写；然后，针对系统在实验中暴露出的问题给予简单分析、提出了解决方案。关键字：电力线载波，PL3106，直接序列扩频技术-2-ABSTRACTAlongwiththepaceofcityconstructionquickening,lightingsystemplaysagreatroleinsafecity,harmonysocietybuilding.Lightingconsumes17%electricitygeneratedintheeartheveryyear.In2004,218.7billionkwhelectricpowerwasusedinlighting,anditisalmostasthreetimesasthetotalelectricitygeneratedbySanxiawaterplanwhenitcompleted.Toeconomizelightingelectricityandmanagelightingsystemeasily,thecontrolquomodooflightingsystemshouldbechanged.PowerLineCarrierCommunicationPowerSystemisauniquemeansofcommunication,whichusespowerlinesasatransmissionmediumtosubstationfortheterminal,throughthecarriermodeanalogordigitalsignals,high-speedtransmissionwithreliableinformationtransmissioncanbemultiplexedatthesametimeandsoon.Throughthecarrier,powerlinescansendvoice,video,dataandcanexchangeinformation,treatment,control,detection,automationofinformation.Atpresent,themainpowerlinecarriertechnologyforhighvoltage35KVandabovetheroad,a40-carrierbandwidth500KHz,sendinformation,includingdataprotection,remotecontrol,text,voiceandimages.However,theuseoflow-voltagepowerlineisstillataresearchstage.Inthispaper,low-voltagepowerlinechannelcharacteristicsforanalysisandmodellingtheestablishmentofthecorrespondingchannelfirstly;thenusedinthedesignofdirectsequencespreadspectrumtechnique,anditsimplementationasapowerlinecarriercommunicationmodulationschemetodothefeasibilityandsuperiorityofthedetailedfeasibilitystudies;thendetailedthesystemarchitectureandmainmodulesofthesoftwareandhardwaretoachieve,includinghardwaredesign,-3-includingpowerlinecarrierPL3106chipperipheralsforreceiving,sendingcircuitdesign,andsystempowersupplypart;softwaredevelopmentincludesingle-chipassemblerhostwiththepreparationandproceduresforthepreparationofsingle-chipcommunication;andthen,inviewofthesystemexposedintheexperimenttogiveasimpleanalysisoftheissueandputforwardsolutions.KEYWORDS：powerlinecarrier,PL3106,directsequencespreadspectrumtechnology前言-4-电力线载波通信，简称PLC（PowerLineCommunication），是以电力网作为通信信道进行载波通信的一种有线通信方式。电力载波通信的工作原理是把自动化设施中的有效数据通过调制解调器调制后耦合到电力线上，然后经过电力线传输到对端调制解调器，再有对端调制解调器将信号解调后传输给对端自动化设备。电力线载波通信技术出现于二十世纪二十年代初期。电力线无处不在，无论城市乡村，还是偏远落后地区，随处可见，电力线是输电的主要媒介。因此，利用它来进行信息的传输一直是人们的梦想。电力线载波通信是利用现有的电力线路作为介质进行信息传输的一种通信方式，具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步进行等巨大的优势，有很好的开发前景和应用价值。但是，电力线作为通信介质也具有很多的缺点，比如，可变信号衰减、阻抗调制、脉冲噪声、等幅震荡波干扰等不利于数据传输的特性。传统上讲，电力线载波通信是利用高压电力线（通常在电力载波领域，高压电力线指的是35KV及以上电压等级，中压电力线指10KV电压等级，低压配电线指380/220V用户线）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，广泛运用于电力管理系统、工业自动控制系统、远程控制系统、智能化小区等领域。电力现载波通信在高压输电线上应用已经比较成熟，比如110KV的开放电话，运动，传真，保护，计算机信息等综合业务。再比如，葛楠±500KV直流输电系统中，两换流站运行数据的控制信息就是通过长达1053KM的载波电路传送的，实现了两站间的自动控制。随着载波通信技术的发展，电力线载波现已用于中低压配电网中。在低压输电线路上的载波通信研究，欧美国家不但在产品研究开发及相关标准的制定方面还是技术应用都走在我国的前面，因此在国内对PLC通信进行研究和开发具有重大意义。目前，欧美国家已经利用低压配电网载波通信来实现配电网自动化和负荷控制，并应用于工业控制和家庭自动化中，进而提供电话和视频传输等服务。相对于国外PLC技术的飞速发展，我国在低压电力载波数据通信方面尚处于起步阶段，主要停留在自动抄表、楼宇保安和部分过程控制领域。这几年在国外，电力线已经作为一种家庭总线，应用于家庭智能化和网络服务的接入。例如，利用已有电力线网络，可以在医院或家庭建立起医疗监测网，实现重症监护功能，病人的血压、心率、症状等信息可以在家里通过电力线监测-5-网传送至小区控制中心，再通过公共电话网或Internet传送到较大的医疗单位进行分析、处理和监护。同样，医院可以将治疗或注意事项等信息通过网络传送至小区控制中心，再传送到病人家里，对病人进行远程诊疗。在医院，不仅可以用电力线通信实现病人的监护功能，而且可以配合医疗器械智能化，实现智能医疗监测、报警、自动化管理和集中会诊等功能。因此，用电力线载波来实现一些需要经常在线的报警、防盗以及监护等应用，每一个方面都有广阔的发展前景和巨大的市场机遇。相对于国外的这些成熟的应用，国内的低压电力线通信还没有形成规模，还有很长的路要走。另外，我国农村人口较多，农村信息化技术相对落后，信息通信普及面不大，因此在目前的现状下，研究低压电力线通信对发展我国农村和偏远山区等地区的信息产业也具有非常重大的意义。本文主要工作是研究了电力线载波通信技术并利用串行口通信技术实现城市照明系统的监测系统，实现利用电力线载波技术进行监测主机与城市路灯驱动之间的数据传输。本文系统的阐述了我国低压电力线信道的噪声状况，目前常用的电力线载波调制技术，分析比较并选择出合适我国低压电力线的调制方式及相应的载波芯片，针对选择的芯片特性，设计出相应的外围电路，包括发送、接收以及数据处理部分。在硬件电路设计完整的基础上，编写软件程序，并进行相关的实验验证设计的合理性，对得到的结果进行分析。并完成论文。目录-6-第1章引言...............................................................-7-1.1电力线通信技术的发展状况..........................................-7-1.1.1单载波模拟通信..............................................-8-1.1.2普通数字通信................................................-8-1.1.3扩频通信....................................................-8-1.1.4OFDM调制技术...............................................-9-1.2电力线载波通信技术的应用状况.....................................-10-1.2.1电力线载波通信技术的国外应用状况...........................-10-1.2.2电力线载波通信技术的国内应用状况...........................-12-第2章电力线通信信道分析................................................-13-2.1电力线传输信道特性...............................................-13-2.1.1衰耗特性...................................................-14-2.1.2阻抗特性...................................................-14-2.1.3噪声干扰特性...............................................-15-2.1.4多径干扰..........................