畢業(yè)設(shè)計-基于gprs的路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-01-06 19:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ps～ 2400bps 都是可行的，但如果太低（比如 300bps 以下），僅僅用于抄表尚可以使用，但如果系統(tǒng)具備較強(qiáng)的管理功能，太低的傳輸速率就無法滿足了。另一方面，速率太低，多數(shù)情況下需要設(shè)備長時間地處于發(fā)送狀態(tài)，整體功耗就會很大。 雙向通信 在抄表系統(tǒng)中，低壓載波通信必須是雙向的，這是因為：低壓電網(wǎng)上豐富噪聲而且是客觀存在的，對載波信號所呈現(xiàn)出阻抗也是動態(tài)的，而且在用電負(fù)荷很大時，阻抗是很小的（︱ Z︱ 1Ω 是可能的）。因此，設(shè)計通信時必須面對這個客觀事實 。再加上其他因素的影響，數(shù)據(jù)通信的成功率會受到較大的影響，有時甚至?xí)斐蓮募衅鞯奖矶嗽O(shè)備通信的持續(xù)性失敗，這種情況下就需要系統(tǒng)有中繼的功能，而切實可行的中繼方法是表端設(shè)備（采集模塊或采集終端）在集中器的干預(yù)下進(jìn)行中繼，這就要求從集中器到表端的載波通信必須是雙向，否則將會嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的完整性，有時會因為通信的原因迫使用戶更換采集模塊，其麻煩程度和經(jīng)濟(jì)損失是不言而喻的。 調(diào)制解調(diào)方法 由于電力線信道中存在著大量的無規(guī)律干擾源，有窄帶的，也有寬帶的，并且電力線的阻抗隨機(jī)變化，對載波信號的衰減很大。目 前市場銷售產(chǎn)品的調(diào)制 /解調(diào)方法大致分為點頻和擴(kuò)頻，而擴(kuò)頻又分為窄帶擴(kuò)頻和寬帶擴(kuò)頻。通常點頻方式需要較大的發(fā)送功四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 7 率，載波信號幅度有可能超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。寬帶擴(kuò)頻容易提高傳輸速率，但成本較高，而且占用較寬的頻帶也是資源的浪費。 擴(kuò)頻通信原理 PLC是以電力網(wǎng)為通信信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換。與其它通信方式相比，可大大節(jié)省通信網(wǎng)建設(shè)費用。擴(kuò)頻通信是信息時代的三大高技術(shù)通信手段之一，具有窄帶通信所不具備的優(yōu)良性能，如抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低等優(yōu)點。即使在背景噪聲惡劣的情況下，也能保證可靠 的通信。理論分析和實驗 表明，將擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用于電力線載波通信是可行的。 擴(kuò)頻通信的主要優(yōu)點 : ① 頻譜密度低，電磁輻射小 擴(kuò)頻通信在相對較寬的頻帶上擴(kuò)展了信號頻譜，降低了信號的功率譜密度 ,使信號能量不再集中在一個很窄的頻帶，降低了電磁輻射的發(fā)射功率，降低了對其它通信系統(tǒng)的干擾。 ② 抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低 擴(kuò)頻通信在空間傳輸時所占有的帶寬相對較寬，而接收端又采用相關(guān)檢測的辦法來解擴(kuò)，使有用寬帶信息信號恢復(fù)成窄帶信號，對于各種形式隨機(jī)干擾或其他窄帶或?qū)拵?擴(kuò)頻 )系統(tǒng)的干擾，只要波形、時間和碼元稍有差異，解擴(kuò)后仍然保持其寬帶性。這樣，通 過窄帶濾波技術(shù)提取有用信號時，各種干擾信號只有很微弱的成份，信號的信噪比很高，抗干擾性增強(qiáng)。 ③ 可以實現(xiàn)碼分多址 由于在擴(kuò)頻通信中存在 PN碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型的擴(kuò)頻碼序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，則在分配給不同用戶碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號，提取出有用信號。 ④ 安裝簡便，易于維護(hù) 擴(kuò)頻通信設(shè)備是高度集成的，采用了現(xiàn)代電子科技的尖端技術(shù)，因此十分可靠、小巧，大量運用后，成本降低，安裝便捷，易于推廣應(yīng)用。實現(xiàn)擴(kuò)頻有三種途徑：直接序列調(diào)制（ DS）、跳頻載波（ FH）、線性調(diào)頻（ Chirp）和跳時調(diào)制（ TH）。在電力系統(tǒng)應(yīng)用的主要是直序調(diào)制和線性調(diào)頻擴(kuò)頻系統(tǒng)。在這里只討論直序擴(kuò)頻調(diào)制。所謂直序擴(kuò)頻調(diào)制，就是用高速率的偽噪聲碼序列（ PN碼）和低速率信息碼序列相乘，從而將基帶信號擴(kuò)展到很寬的頻帶范圍內(nèi)，達(dá)到擴(kuò)頻的目的。擴(kuò)頻信號經(jīng)過 BPSK調(diào)制后發(fā)送到線路；在接收端，在保證同步的情況下，利用相關(guān)接收技術(shù)，接收端產(chǎn)生的偽噪聲碼序列四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 8 和發(fā)送端偽噪聲碼序列相同時，就可以正確地解擴(kuò)出信息碼。 PLC技術(shù)可行性研究 目前的路燈監(jiān)控系統(tǒng)只能實現(xiàn)對每條支 路路燈的開關(guān)燈控制，不能實現(xiàn)對每盞燈的單獨控制，無法了解各條路燈線路上的具體每盞燈的工作情況，無法實現(xiàn)對每盞路燈的調(diào)光節(jié)能控制，也實現(xiàn)不了系統(tǒng)自動識別每盞路燈是否故障。為了克服上述，利用最新的低壓電力線載波（ PLC）技術(shù)可以實現(xiàn)單燈控制器。它通過現(xiàn)有的 220V低壓電力線利用載波技術(shù)遠(yuǎn)程控制每盞路燈，檢測路燈的工作狀態(tài)，可以實現(xiàn)調(diào)光節(jié)能，而且可以自動識別路燈故障。 采用 PLC技術(shù)的優(yōu)點 : a. 考慮路燈實際情況，無需另外鋪設(shè)通信線路，減少系統(tǒng)投資。 b. 可以自動監(jiān)測路燈網(wǎng)中的任一盞燈的工作狀態(tài)。 c. 投資 回報率高，可節(jié)省大量電費 。 d. 可延長路燈的使用壽命 。 設(shè)計的單燈控制單元接路燈的輸入端，具備可識別的獨一地址，并由微處理器、載波單元、 A/D轉(zhuǎn)換單元、存儲單元、繼電器等組成。單燈控制單元可實現(xiàn)路燈開關(guān)，調(diào)光控制，狀態(tài)檢測以及 PLC通信等四部分功能，其中前三部分功能模塊實現(xiàn)起來比較容易。單燈控制單元的 PLC通信采用主從式鏈狀網(wǎng)絡(luò)，按照各個單燈控制單元在通信中的功能不同，區(qū)別為主節(jié)點和從節(jié)點。通信時由主節(jié)點對各從節(jié)點輪詢，所有通信都由主機(jī)發(fā)起，通信的目的從節(jié)點是唯一的，從機(jī)只有得到主機(jī)命令后才可以向主機(jī)回復(fù) 命令，這樣的仲裁機(jī)制保證了在同一電力線上同一時間最多只能有一個 PLC模塊向外進(jìn)行通信。由于一般單個 PLC的通信一般 500米以內(nèi)，而對于路燈支路來說，這樣的通信距離是不夠的，因此在通信鏈路上，相隔一定數(shù)量的單燈控制單元，必須設(shè)定通信中繼節(jié)點，這些節(jié)點也是主節(jié)點，負(fù)責(zé)鏈路的中繼傳輸。各個中繼之間距離合適，這樣才能夠保證整條支路的正常通信。 通過以上的介紹，在本系統(tǒng)中采用 PLC在電力線載波調(diào)制解調(diào)器與路燈控制器之間通信。 5 硬件 和軟件 設(shè)計 通過總體設(shè)計結(jié)構(gòu)的介紹，主要是對 路燈控制器的設(shè)計、 電力線載波模塊的設(shè)計、GPRS 模塊的設(shè)計。 GPRS 模塊的硬件設(shè)計 GTM900B 共有 40 個引腳，通過 ZIF(Zero Insertion Force)連接器分別與電源電路、四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 9 啟動與關(guān)機(jī)電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路、 SIM 卡電路、指示燈電路等連接。這40 個引腳可以劃分為 5 類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM 卡、音頻接 口和 控制。第 1— 10 引 腳為電源部分 ； 其中 1— 5 腳 為電源電壓輸入端 VBAT， 6— 10腳 為電源地 GND；1 12 為 RXD1， TXD1 引腳 (用于跟蹤和調(diào)試 )； 13腳為 模塊 正 常啟動指示信號，對外輸出電壓 (高電平有 效，嚴(yán)禁外部拉低 )； 14 腳 為模擬數(shù)字采樣引腳；
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