【正文】 量已經(jīng)到達(dá)了使用的極限了。對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)和研究有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。相信隨著科技的發(fā)展，設(shè)備的更新?lián)Q代，有朝一日電力線載波技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的信息傳輸 [1]。鑒于電力線載波通信的特點(diǎn)，它適用于縣調(diào)、地調(diào)這樣的信息需求比較小的特殊環(huán)境下，而對(duì)于一些信息需求比較高的環(huán)境，它也可作為備用通信手段，以預(yù)防一些突發(fā)狀況。有電力網(wǎng)的龐大的覆蓋，電力線載波有著可觀的市場(chǎng)前景，仍然有著生存空間。在配套工程方面，存在著電源容量小、可靠性不高、受雷電干擾較大等設(shè)備不完善線路保護(hù)設(shè)施落后等問題。對(duì)于現(xiàn)在比較普遍的高頻保護(hù)入展一相的現(xiàn)狀，如果能改用復(fù)用技術(shù)，理論上就可以利用高頻保護(hù)所占用的頻帶。我國(guó)電力線載波的頻率區(qū)間一般為 40~500KHZ,所以在實(shí)際情況中系統(tǒng)中在整個(gè)頻率范圍內(nèi)需要安排的載波機(jī)的數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論上的 57 臺(tái)載波機(jī)的極限值。再加上一些新型的通信手段的 出現(xiàn)，使得電力線載波通信技術(shù)的缺點(diǎn)更為突出。鑒于電力線載波的自身缺點(diǎn)，再加上我國(guó)現(xiàn)階段這方面的技術(shù)還 處于發(fā)展階段，設(shè)備的水平二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 2 頁(yè) 共 35 頁(yè) 不高，管理維護(hù)的較差，使得電力線載波通信與一些專用的通信技術(shù)還存在很大的一段差距。為了更好的解決一些重大的問題，我國(guó)也借鑒國(guó)外的載波技術(shù)，這也給國(guó)產(chǎn)的載波機(jī)的改進(jìn)和發(fā)展提供了方案。現(xiàn)如今的載波通信技術(shù)的應(yīng)用被拓展到了計(jì)算機(jī)信息、傳真等方面，不再像之前一直局限于電話業(yè)務(wù)。近年來，我過的電力線載波技術(shù)的發(fā)展，循序漸進(jìn)，三分理論七分實(shí)踐，取得了很不錯(cuò)的成果。一般情況下，使用 1053KM 的載波信道來作為兩換流站之間的傳輸媒介，達(dá)到了相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水平。這項(xiàng)技術(shù)的投入使用，基于電力網(wǎng)線路的一些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，大大的節(jié)省了信道的投資，有較高的可靠性，取得了不錯(cuò)的效果。 pulse acquisition 二零一二屆本科畢業(yè)論文 目 錄 1 緒論 ........................................................... 1 電力線載波通信技術(shù)的歷史和發(fā)展趨勢(shì) ............................. 1 2 電力線載波通信的特征 ........................................... 3 高壓電力線載波通信的特征 ....................................... 3 低壓電力線載波通信的特點(diǎn) ....................................... 5 擴(kuò)頻通信技術(shù)及其應(yīng)用 ........................................... 8 3 ST7540 擴(kuò)頻通信芯片 ............................................ 9 引腳特性及應(yīng)用簡(jiǎn)介 ............................................. 9 接受和傳送模式 ................................................ 11 內(nèi)部模塊功能 .................................................. 12 主機(jī)和 st7540 之間的連接 ....................................... 13 4 基于 ST7540 的載波通信系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì) ........................... 14 基于 ST7540 的載波通信系統(tǒng)電路 ................................. 15 基于 ST540 與 MCU 的 SPI通信接口的程序設(shè)計(jì) ...................... 20 在系統(tǒng)中的應(yīng)用 ................................................ 23 結(jié) 論 .............................................................. 27 致 謝 ............................................................. 28 參 考 文 獻(xiàn) ......................................................... 29 附錄： ............................................................. 30 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 1 頁(yè) 共 35 頁(yè) 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)在的技術(shù)條件下，使用電力線來傳輸信號(hào)變成可能。這使得電力線載波通信在市場(chǎng)上有了很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，正再被廣泛引用在工業(yè)，數(shù)據(jù)采集等各個(gè)領(lǐng)域。 ST7540 芯片是適用于低壓電力線載波通信的大規(guī)模集成電路芯片，它適合中國(guó)的電力線通信的現(xiàn)狀，電力線網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)龐大的，遍及全國(guó)的網(wǎng)絡(luò)。 ST7540 chip。 電力線載波通信技術(shù)的歷史和發(fā)展趨勢(shì) 在二十世紀(jì)的 20 年代初期，這種已電力線路作為通信媒介的傳輸手段被提出，進(jìn)入了發(fā)展階段。 500KV 的很大規(guī)模的直流輸電系統(tǒng)中?，F(xiàn)如今各種通信手段層出不窮，但電力線載波通信仍然是一些地區(qū)網(wǎng)，省網(wǎng)等等信號(hào)傳輸方面常常用到的手段，是電力線上實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)幕就緩?。電力線載波技術(shù)的發(fā)展是耳聞目睹的，在我國(guó) 110KV 電力線載波信號(hào)線路的公里數(shù)已從八五年初期的 26 萬(wàn)公里發(fā)展到現(xiàn)階段的 65 萬(wàn)公里。載波機(jī)也從五十年代的雙邊帶電子管到全集成化單邊帶再到更先進(jìn) 的數(shù)字載波機(jī)。撇開工業(yè)用電系統(tǒng)不說，現(xiàn)如今的家庭用電系統(tǒng)中，一些大功率的用電器的接入，都會(huì)在載波通道上產(chǎn)生很大的噪聲，再加上一些惡劣的環(huán)境對(duì)起造成的影響，對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸都造成了很大的干擾。在實(shí)際的使用中，它的缺點(diǎn)和不足之處也逐漸被體現(xiàn)出來。既有客觀上的，也有認(rèn)識(shí)上的。一直以來沒有統(tǒng)籌意識(shí)的頻率考慮頻率，失去了全局觀念。在平均無故障時(shí)間上，進(jìn)口載波機(jī)也是遙遙領(lǐng)先于國(guó)產(chǎn)的載波機(jī)，一般國(guó)外的載波機(jī)可達(dá)到幾十年無故障，就這點(diǎn)上，國(guó)產(chǎn)機(jī)是無法與其相提并論的。 為了在我國(guó)實(shí)現(xiàn)高速率、大容量、寬帶寬的電力線載波通信系統(tǒng)，應(yīng)該發(fā)展和推廣更加先進(jìn)的通信手段。二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 3 頁(yè) 共 35 頁(yè) 其內(nèi)部電路的傳輸線有著較高的機(jī)械強(qiáng)度，不易受到外界的破壞和影響。針對(duì)它設(shè)計(jì)和管理上的不足之處，研發(fā)人員一直堅(jiān)持不懈地開發(fā)新技術(shù)去改善和提高。電力網(wǎng)現(xiàn)在一般都實(shí)行地下電纜，受自然因素的影響比較小，在一些惡劣的環(huán)境下仍然能保持穩(wěn)定的信號(hào)傳輸，這也是電力線載波通信技術(shù)在這一領(lǐng)域的一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。理論上是可以多條高頻載波通道共一根電力線路，但是因?yàn)殡娏€上的一些外在因素會(huì)引起衰減，現(xiàn)實(shí)中不可能按照理想中的情況去安排頻譜的排列，所以真正實(shí)現(xiàn)的組成通信網(wǎng)的載波通道是很有限的。隨著技術(shù)的發(fā)展和改善，數(shù)字電力線載波器不斷更新?lián)Q代，光纖通信技術(shù)的不斷改進(jìn)，頻譜受限的問題也逐漸得到緩解。 b) 脈沖噪聲是由于開關(guān)操而引起的與電站操作相關(guān)聯(lián)的一種噪聲 c) 同步噪聲主要是因一些整流設(shè)備而 引起的噪聲，這種窄帶干擾主要是由于其他一些電力設(shè)備的輻射干擾所引起的，根電網(wǎng)頻率無關(guān)。因此為了克服如此惡劣的噪聲環(huán)境，電力線載波器一般都會(huì)采用比較大的輸出功率電平（ 3740dB）。有些情況，阻抗有可能變化更大，比如中斷通信低壓用戶的配電網(wǎng)中載波通道的阻抗的變化如圖 22，當(dāng)負(fù)載很重時(shí)會(huì)使得線路的阻抗 1,這就有可能導(dǎo)致載波器不能輸出固定的阻抗。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用： 圖 22 220kv高壓線路 衰減特性 網(wǎng)絡(luò)概念是現(xiàn)代通信在電力線載波通信技術(shù)方面研發(fā)的主要側(cè)重點(diǎn)，擺脫了原先通道概念的局限性。 圖 23 低壓用戶配電網(wǎng)阻抗特性 低壓電力線載波通信的特點(diǎn) 低壓電力線的傳輸特性 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 35 頁(yè) 低壓電 力線載波信號(hào)的衰減特性：低壓電力網(wǎng)載波通信的原理框圖如圖 24（ a）所示 ,載波通信機(jī)的原理框圖如圖 24（ b）所示，載波通信機(jī)可接零線 圖 24 （ a） 低壓電力線網(wǎng)絡(luò)載波通信原理框圖 （ b） 載波通信機(jī)原理框圖 上。需要在兩條電力網(wǎng)的零線之間接一個(gè)高壓耦合電容，來支持信號(hào)的耦合通信。研究輸入阻抗對(duì)載波傳輸?shù)挠绊?，有助于改善發(fā)送機(jī)的傳輸效率，提高輸入功率。電力線主要是電能的傳輸線，線路上明顯的要隨機(jī)的接一些用電器（負(fù)載），使得輸入阻抗變小。為了更好的在理論上解決負(fù)載對(duì)輸入阻抗影響的問題，我們?cè)趯?shí)際研究這個(gè)問題的時(shí)候，會(huì)把傳輸線看成已經(jīng)接了很多復(fù)雜的負(fù)載的線路。再者，開關(guān)操作也會(huì)也會(huì)使輸入阻抗發(fā)生大幅的變化，在電力線上接入或者斷開負(fù)載都是隨機(jī)的，這 使得在不同時(shí)間里電力線的輸入阻抗發(fā)生巨大的變動(dòng)。 高頻信號(hào)的衰減及其變化 在低壓電力線上實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的載波通信是實(shí)際使用中遇到的一個(gè)很大的難題。在理想情況下，信號(hào)在電力線上傳輸?shù)木嚯x越長(zhǎng)勢(shì)必造成比短距離傳輸更大的信號(hào)衰減，但上面說過，因?yàn)樨?fù)載這一因素的隨機(jī)性，并且信號(hào)還會(huì)受到一些外界因素的干擾，往往也會(huì)出現(xiàn)同樣的高頻信號(hào)作短距離傳輸時(shí)所造成的衰減 比長(zhǎng)距離傳輸所造成的衰減來的要大。信號(hào)頻率決定著信號(hào)的誤碼率。通常我們將這種干擾分為 :周期性的持續(xù)干擾，周期性的脈沖干擾，隨機(jī)的突發(fā)性干擾以及時(shí)不變的連續(xù)干擾，通過分類可以對(duì)干擾的復(fù)雜性進(jìn)行簡(jiǎn)化分析。也可以通過增加信號(hào)功率的方法降低系統(tǒng)對(duì)信號(hào)帶寬的要求。 直序擴(kuò)頻技術(shù) 在直序擴(kuò)頻技術(shù)中，偽隨機(jī)代碼是直接被載入到載波機(jī)調(diào)制器上的數(shù)據(jù)中去的。圖 25 所示的是直序擴(kuò)頻信號(hào)的典型范例。 圖 25 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)原理圖 跳頻擴(kuò)頻技術(shù) 所謂調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)即是在按照隨機(jī)碼在一個(gè)很寬的頻帶上對(duì)載波進(jìn)行定義，使其能夠進(jìn)行頻率的跳變。 3 ST7540 擴(kuò)頻通信芯片 引腳特性及應(yīng)用簡(jiǎn)介 圖 31 ST7540 的引腳圖 序號(hào) 名稱 類型 描述 1 CD_PD 數(shù)字輸出 載波信號(hào) 偵頭檢測(cè)輸出、 1 沒有載波信號(hào)或者偵頭檢測(cè)輸出 0 有載波信號(hào)或者偵頭檢測(cè)輸出 2 REG_DATA 內(nèi)部斷開下的數(shù)字輸入 1 為控制寄存器 0 為主控制器 3 GND 供給 數(shù)字接地 4 RxD 數(shù)字輸出 RX 數(shù)據(jù)輸出 5 RxTx 內(nèi)部打開時(shí)的數(shù)字輸出 1 為 RX session 0DX session 6 TX 內(nèi)部斷開下的數(shù)字輸入 TX 數(shù)據(jù)輸出 7 BU/THERM 數(shù)字輸出 1 為信號(hào)編程 0 在 TX 模式下沒有信號(hào)編程 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 共 35 頁(yè) 8 CLR/T 數(shù)字輸出 同步主存取時(shí)鐘或者控制寄存器時(shí)鐘 9 VDD 電源供給 數(shù)字供給電壓或者 3。這種新型的電力線載波傳輸芯片 ST7540 由意法半導(dǎo)體研發(fā)生產(chǎn)，支持多種調(diào)制解調(diào)技術(shù)和通信協(xié)議，其中包括 EHS 和 KONNEX( EN50090)，它搭載于廣泛的電力網(wǎng)，為人們的信號(hào)傳輸帶來很大的方便。信號(hào)經(jīng)過濾波后從 RX_IN 端口被讀入 ,可以保證輸入信號(hào)在信噪比較低的情況下，仍然有很寬的動(dòng)態(tài)范圍。這款 芯片還有一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)芯片開始接受數(shù)據(jù)時(shí)，此時(shí) RXTX=1,芯片內(nèi)信號(hào)發(fā)送模塊的電路全部關(guān)閉，這有利于避免電能的浪費(fèi)。 異步傳輸 TXD引腳直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到 FSK調(diào)制器。通過 RXD引腳對(duì)芯片能的發(fā)送電路和接收電路進(jìn)行相關(guān)的控