低壓電力線載波通信系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-24 12:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 仍不很理想，而且具有傳輸距離較短，數(shù)據(jù)傳輸率比較低等缺點。擴頻技術(shù)在抗干擾、保密等方面有明顯優(yōu)點，使其在低壓電力線載波通信中應(yīng)用越來越廣泛。當(dāng)整個頻帶內(nèi)的干擾情況較平均時，或當(dāng)整個頻帶干擾嚴(yán)重而載波通信所選擇的通信頻帶內(nèi)干擾較小時，窄帶調(diào)頻通信都具有優(yōu)勢。由于電力線路上的干擾大多是窄帶干擾，寬帶擴頻方式占用頻段寬，干擾信號無法將其覆蓋，因此具有較強的抗窄帶干擾能力。但電力線耦合電路的品質(zhì)因數(shù)（Q值）也因?qū)拵б蛩亟档?，這樣嚴(yán)重影響通信性能。窄帶通信方式具有較好的電力線耦合性能，當(dāng)強干擾噪聲在通信頻帶外時，其通信效果一般優(yōu)于寬帶擴頻通信方式，但強干擾信號與通信頻帶相近時 則會經(jīng)常出現(xiàn)通信中斷?？傮w來說，采用擴頻方式的電力線 通信芯片在抗干擾和噪聲，以及數(shù)據(jù)傳輸性能上比窄帶通訊有較大提高。理論分析與大量實驗均表明，在相同路徑條件下，擴頻通信技術(shù)的成功率普遍強于OFDM通信技術(shù)，而通信速率則是OFDM技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于擴頻技術(shù)。但基于擴頻通信技術(shù)的電路成本也遠(yuǎn)低于OFDM通信技術(shù)的電路成本。目前，OFDM 技術(shù)應(yīng)用于電力線高速數(shù)字通信剛剛開始，還存在許多問題，其中最主要的問題是到目前為止還沒有制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 調(diào)制方式選擇經(jīng)過對幾種數(shù)字調(diào)制方式的分析得出以下結(jié)論：相對于擴頻調(diào)制和OFDM，窄帶通信，價格低廉，實現(xiàn)相對簡單，適合短距離、低速率的實驗環(huán)境。 載波模塊選擇我國可使用的電力線載波modem芯片及模塊可分調(diào)頻和多頻或者分為寬帶調(diào)制及窄帶調(diào)制，下面就我國使用的幾種芯片及模塊進(jìn)行介紹。，使用效果也不錯。代表性的芯片有LM1893，ST7536，ST7537，AT9301，PTL22，SN8810，MTC30585及KQ100模塊。，但是應(yīng)用越來越多，代表性的芯片有SSCP300，SSCP200，PL2000，PL2101，PL3150，SC1128等。，最近幾年也開始應(yīng)用并且反映效果也良好，代表性的芯片有INT5130，MAX2986,，ITM10，采用OMCM調(diào)制技術(shù)的代表性的芯片有LME2200。，代表性的模塊有WFPLC300A。 主流芯片比較 從各廠家目前的應(yīng)用情況來看，無論FSK、BPSK還是擴頻，其調(diào)制技術(shù)在理論上的優(yōu)劣差異都很小，性能的差異只體現(xiàn)在發(fā)送和接收的處理機制上。也就是說沒有不好的調(diào)制理論，采用哪一種方案都是合理的。本設(shè)計中電力線載波模塊選用杭州新實的SENS01嵌入式電力線載波模塊。SENS01嵌入式電力線載波模塊包括了所有的電源220V降壓、載波耦合、信號功率放大、輸出功率控制、接收濾波、調(diào)制解調(diào)等外圍復(fù)雜電路。 窄帶調(diào)制原理 FSK原理FSK是利用載波的頻率變化傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。故其表達(dá)式為： （）2FSK信號的常用解調(diào)方法是采用如圖2所示的非相干解調(diào)包絡(luò)檢波和相干解調(diào)。解調(diào)原理是將2FSK信號分解為上下兩路2ASK信號分別解調(diào)，然后進(jìn)行判決。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號抽樣值的大小，可以不專門設(shè)置門限判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時若規(guī)定“1”符號對應(yīng)載波頻率f1，則接收時上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之則判為“0”。 2FSK信號解調(diào)原理圖 PSK原理相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK中通常用初始相位0和π分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。因此2PSK信號的時域表達(dá)式為 （）其中φn表示第n個符號的絕對相位: () 2PSK信號調(diào)制原理圖2PSK信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，解調(diào)器原理框圖如圖所示。 2PSK信號解調(diào)原理圖 4 硬件設(shè)計 系統(tǒng)組成SENS01電力線接口接口轉(zhuǎn)換電路上位機A 220V上位機B接口轉(zhuǎn)換電路SENS01電力線接口 電力線載波通信模塊框圖，低壓電力線載波通信系統(tǒng)由SENS01嵌入式電力線載波模塊和接口轉(zhuǎn)換電路組成。信號由一個上位機發(fā)出，經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換電路將進(jìn)入SENS01模塊，然后發(fā)送到電力線上。通過220V電力線傳輸?shù)搅硪粋€SENS01模塊，經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換后送到另一臺上位機，完成電力線上的發(fā)送和接收。 電力線載波模塊SENS01提供5V電源給用戶的設(shè)備，波特率可選600,1200,2400,4800,9600 或19200bps，具有TTL電平接口，可以直接與單片機的RXD 、TXD連接完成數(shù)據(jù)從串口到載波的轉(zhuǎn)發(fā)。SENS01嵌入式電力線載波模塊提供半雙工通信功能，可以在220V/110V，50/60Hz 電力線上實現(xiàn)局域通信。該模塊為用戶提供了透明的數(shù)據(jù)傳輸通道，數(shù)據(jù)傳輸與用戶協(xié)議無關(guān)，由用戶數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼煽啃浴Ｔ谕慌_變壓器下，多個SENS01嵌入式電力線載波模塊可以連接在同一條電力線上，在主從通信模式下，模塊分別單獨工作，不會相互影響。 SENS01嵌入式電力線載波模塊實物圖A B C是3個通訊波特率選擇輸入端，A B C有內(nèi)部上拉電阻，懸空為高電平，要輸入為0，則可把端口接地就可以了，若為19200，則可以全部懸空。兩個通訊模塊的波特率必須要設(shè)置相同。 A B C和波特率對應(yīng)表A B C = [1 1 1]19200,defaultA B C = [1 1 0]9600A B C = [1 0 1]4800A B C = [1 0 0]2400A B C = [0 1 1]1200A B C = [0 0 1]600 過零檢測電路 在過零檢測電路中，主要是采用三極管驅(qū)動發(fā)光二極管，同時在接收端加上電阻進(jìn)行過零檢測，來判斷信號相位，與檢波電路一起實現(xiàn)過零信號接收功能。該電路采用了光耦過零檢測電路(），使后面電路不直接接觸220V電源，最大程度保證后面電路與用戶的安全性。 SENS01過零檢測電路
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