【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 該系統(tǒng)中要求中央控制室和 GPRS 模塊能相互的、實(shí)時(shí)的傳輸數(shù)據(jù)。 TCP 本身就是可靠鏈路傳輸，提供一個(gè)實(shí)時(shí)的雙向的傳輸通道，能很好的滿足這一要求。而對(duì)于 UDP 傳輸，在一段時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)流造后，端口容易改變 ，產(chǎn)生的影 響就是從中央控制室向 GPRS 模塊發(fā)送數(shù)據(jù)， GPRS 模塊接收不到。從通訊的可靠性方面來(lái)說(shuō)，不容許傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)丟失或者最大限度的要求數(shù)據(jù)的可靠性。否則，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。從這一點(diǎn)來(lái)看，很顯然在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中， TCP 比 UDP更能保證數(shù)據(jù)的完整性、可靠性，存在更小的丟包牢。從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，要求降低費(fèi)用，和費(fèi)用直接相關(guān)的就是流量了，流量低，費(fèi)用就低了。雖然 TCP 本身的包頭要比 UDP 多，但是 UDP 在實(shí)際應(yīng)用中往往需要維護(hù)雙向通道，就必須要通過(guò)大量的包數(shù)據(jù)來(lái)維護(hù)端口資源。總的比較下來(lái)， UDP 的實(shí) 際流量要比 TCP 還要大。 基于對(duì)以上幾點(diǎn)的考慮，文中認(rèn)為 TCP 傳輸更能滿足該系統(tǒng)對(duì)通訊的要求，所以在該系統(tǒng)的 GPRS 通訊部分，選擇了 TCP 協(xié)議。 中央控制室與電力載波調(diào)制解調(diào)器之間的通信方式是 GPRS 無(wú)線通信形式。 電力載波通信簡(jiǎn)介 電力載波通信（ Power Line Carrier，以下簡(jiǎn)稱 PLC）是指利用已有的低壓配電網(wǎng)作為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種技術(shù)。 PLC 技術(shù)出現(xiàn)于 20 世紀(jì)20 年代初期，那時(shí)主要集中在 11kV 以上的高壓遠(yuǎn)距離傳輸。到了 20 世紀(jì) 50 年代，高壓電力線通信 技術(shù)已廣泛用于監(jiān)控、遠(yuǎn)程顯示、設(shè)備保護(hù)及語(yǔ)音傳輸?shù)阮I(lǐng)域。 50 年代后至 90 年代早期的 30 多年中， PLC 開(kāi)始應(yīng)用在中壓和低壓電力網(wǎng)絡(luò)。20 世紀(jì) 90 年代中后期以來(lái)，低壓電力載波通信成為國(guó)內(nèi)外電氣工程、網(wǎng)絡(luò)工程等領(lǐng)域的熱門研究課題。低壓電力線載波通信 ,其解決方案的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng) 第 8 頁(yè) 共 26 頁(yè) 的技術(shù)水平和實(shí)用性。一個(gè)合理的解決方案必須是在充分地考慮了 PLC 技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出： 工作頻段 早在 20 世紀(jì) 90 年代初期，歐洲就提出了 BS EN 50065 標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)與于低壓電力線上的載波信號(hào)的頻段、 頻帶和電平等做出了具體的規(guī)定。迄今為止，這一標(biāo)準(zhǔn)仍是全球唯一具有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)，全世界范圍內(nèi)在低壓電力線上的任何方式載波無(wú)不嚴(yán)格地遵循它。此標(biāo)準(zhǔn)的第一部分即： BS EN 500651 對(duì)頻段的規(guī)定是： 3KHz9KHz 電力公司專用頻段 9KHz95KHz 電力公司和經(jīng)電力公司許可的用戶使用的頻段 其它用戶使用的頻段 當(dāng)今的技術(shù)發(fā)展日新月異，全球不少重量級(jí)的公司（例如 Microsoft、 Intellon、THOMSON、 3COM、 AMD 等）都 不惜高昂的研發(fā)費(fèi)用，開(kāi)發(fā)低壓電力線資源，低壓電力線作為一種新的通信載體，將在未來(lái)家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面發(fā)揮出不可替代的作用?？梢韵嘈旁诓痪玫膶?lái)，低壓載波電力線將同無(wú)線電波一樣變得十分寶貴，因此將受到嚴(yán)格的管理和控制。 傳輸速率 載波通信的傳輸速率是自動(dòng)抄表系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，也是載波通信技術(shù)水平的一項(xiàng)重要標(biāo)志。通信速率（波特率）和誤碼率是一對(duì)矛盾，波特率越高，誤碼率就越高，通信成功率就越低。因此波特率的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。對(duì)于抄表系統(tǒng)而言，考慮到成本的因素，不宜追求很高的傳輸速率，在性價(jià)比合適的前提下 ，通常速率應(yīng)在 2400bps 以下。對(duì)實(shí)際使用來(lái)講，從 300bps～ 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(wú)法滿足了。另一方面，速率太低，多數(shù)情況下需要設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間地處于發(fā)送狀態(tài)，整體功耗就會(huì)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?yàn)椋旱蛪弘娋W(wǎng)上豐富噪聲而且是客觀存在的，對(duì)載波信號(hào)所呈現(xiàn)出阻抗也是動(dòng)態(tài)的，而且在用電負(fù)荷很大時(shí)，阻抗是很小的。因此，設(shè)計(jì)通信時(shí)必須面對(duì)這個(gè)客觀事實(shí)。 再加上其他因素的影響，數(shù)據(jù)通信的成功率會(huì)受到較大的影響，有時(shí)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(shí)可行的 第 9 頁(yè) 共 26 頁(yè) 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(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的完整性，有時(shí)會(huì)因?yàn)橥ㄐ诺脑蚱仁褂脩舾鼡Q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(wú)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(duì)載波信號(hào)的衰減很大。目前 市場(chǎng)銷售產(chǎn)品的調(diào)制 /解調(diào)方法大致分為點(diǎn)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(diǎn)頻方式需要較大的發(fā)送功率，載波信號(hào)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(fèi)。 擴(kuò)頻通信原理 PLC是以電力網(wǎng)為通信信道，實(shí)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(fèi)用。擴(kuò)頻通信是信息時(shí)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(diǎn)。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(shí)驗(yàn)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(diǎn) : ① 頻譜密度低，電磁輻射小 擴(kuò)頻通信在相對(duì)較寬的頻帶上擴(kuò)展了信號(hào)頻譜，降低了信號(hào)的功率譜密度 ,使信號(hào)能量不再集中在一個(gè)很窄的頻帶，降低了電磁輻射的發(fā)射功率，降低了對(duì)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(shí)所占有的帶寬相對(duì)較寬，而接收端又采用相關(guān)檢測(cè)的辦法來(lái)解擴(kuò)，使有用寬帶信息信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)，對(duì)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(shí)間和碼元稍有差異，解擴(kuò)后仍然保持其寬帶性。這樣，通過(guò)窄帶濾波技術(shù)提取有用信號(hào)時(shí)，各種干擾信號(hào)只有很微弱的成份，信號(hào)的信噪比很高，抗干擾性增強(qiáng)。 ③ 可以實(shí)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(cè)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(hào)，提取出有用信 第 10 頁(yè) 共 26 頁(yè) 號(hào)。 ④ 安裝簡(jiǎn)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(yùn)用 后，成本降低，安裝便捷，易于推廣應(yīng)用。實(shí)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(shí)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(hào)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(hào)經(jīng)過(guò) 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)生的偽噪聲碼序列和發(fā)送端偽噪聲碼序列相同時(shí)，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(shí)現(xiàn)對(duì)每條支路路燈的開(kāi)關(guān)燈控制，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)每盞燈的單獨(dú)控制，無(wú)法了解各條路燈線路上的具體每盞燈的工作情況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)每盞路燈的調(diào)光節(jié)能控制，也實(shí)現(xiàn)不了系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)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(shí)現(xiàn)單燈控制器。它通過(guò)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(cè)路燈的工作狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光節(jié)能，而且可以自動(dòng)識(shí)別路燈故障。 采用 PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) : a. 考慮路燈實(shí)際情況，無(wú)需另外鋪設(shè)通信線路，減少系統(tǒng)投 資。 b. 可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)路燈網(wǎng)中的任一盞燈的工作狀態(tài)。 c. 投資回報(bào)率高，可節(jié)省大量電費(fèi) 。 d. 可延長(zhǎng)路燈的使用壽命 。 設(shè)計(jì)的單燈控制單元接路燈的輸入端，具備可識(shí)別的獨(dú)一地址，并由微處理器、載波單元、 A/D轉(zhuǎn)換單元、存儲(chǔ)單元、繼電器等組成。單燈控制單元可實(shí)現(xiàn)路燈開(kāi)關(guān)，調(diào)光控制，狀態(tài)檢測(cè)以及 PLC通信等四部分功能，其中前三部分功能模塊實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(gè)單燈控制單元在通信中的功能不同，區(qū)別為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)。通信時(shí)由主節(jié)點(diǎn)對(duì)各從節(jié)點(diǎn)輪詢，所有通信都由主機(jī)發(fā)起 ，通信的目的從節(jié)點(diǎn)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(shí)間最多只能有一個(gè) PLC模塊向外進(jìn)行通信。由于一般單個(gè) PLC的通信一般 500米 第 11 頁(yè) 共 26 頁(yè) 以內(nèi)，而對(duì)于路燈支路來(lái)說(shuō)，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(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)也是主節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)鏈路的中繼傳輸。各個(gè)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(guò)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。 路燈控制整體實(shí)現(xiàn) 可見(jiàn)光由 LX1970接受可見(jiàn)光并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào) ，此信號(hào)由 AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 輸入到 74LS373鎖存器中 ， 再由主單片機(jī) AT89S52的 P0口讀取出來(lái)。 分析對(duì)比與設(shè)定的值比較是否需要開(kāi)啟路燈。 第 12 頁(yè) 共 26 頁(yè) 第四章 系統(tǒng) 各部件詳細(xì)說(shuō)明 通過(guò)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的介紹，主要是對(duì) GPRS 模塊的設(shè)計(jì) 、 電力線載波模塊的設(shè)計(jì)、 路燈控制器的設(shè)計(jì) 。 GPRS 模塊的硬件設(shè)計(jì) GTM900B 共有 40 個(gè)引腳，通過(guò) ZIF(Zero Insertion Force)連接器分別與電源電路、啟動(dòng)與關(guān)機(jī)電路、數(shù)據(jù) 通信電路、語(yǔ)音通信電路、 SIM 卡電路、指示燈電路等連接。這 40 個(gè)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(dòng)指示信號(hào)，對(duì)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； 24— 29 腳 為 SIM 卡引腳：分別為 SIM_CD、 SIM_RST、 SIM_DATA、SIM_CLK、 SIM_VCC 和 S1M_GND； 33— 40 腳 為語(yǔ)音接口用來(lái)接電話手柄。 1 3l 和 32 腳為控制部分： 15 腳 為 開(kāi) 關(guān)機(jī)控制信號(hào)線 PWON，當(dāng)供給 GTM900B 的電源大于 3． 3V，同時(shí)給 PWON 一個(gè)至少 10ms 的低電平，模塊開(kāi)始工作。 1 2 3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920VBA TVBA TVBA TVBA TVBA TGN DGN DGN DGN DGN DRX DTX DVD DAD CPWO NUA RT _D SP OUART _R IOUA RT _R XD OUA RT _T XD OUA RT _C TS O21222324252627282931323340UA RT _R TS OUA RT _D TR OUA RT _D CD O S IM _C DI N SI M_ RS T S IM _D AT A SI M_ CL K SI M_ VC C SI M_ GN D /P D LP G AU XO + AU XO VC CPWO NRXD 1TXD 1 S IM _C DI N SIM _R ST S IM _D AT A SIM _C LK SIM _V CC SIM _G NDCx 110 410 KGTM9 00192874653PC_ R X DPC_ T X DVCC12345678C1+V+C1C2+C2V2Cou t2CinVCCGND1Cou t1Cin151ou t151i n25li n251ou t16151413