【正文】 一般高壓電力線的先線阻抗是 300~400 ，整個線路上也是顯波動態(tài)。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，當負載很重時會使得線路的阻抗 1,這就有可能導致載波器不能輸出固定的阻抗。一般情況下載 500KV至 220V的電壓區(qū)間下，會線路的衰減現(xiàn)象會產(chǎn)生巨大的變動，使得建立載波通道變的更加困難。網(wǎng)絡應用： 圖 22 220kv高壓線路 衰減特性 網(wǎng)絡概念是現(xiàn)代通信在電力線載波通信技術方面研發(fā)的主要側重點，擺脫了原先通道概念的局限性。現(xiàn)如今的小范圍的聯(lián)網(wǎng)不再能滿足信號傳輸?shù)男枰?，所以現(xiàn)在我們應當考慮如何把載波器和變電站調度機進行組網(wǎng)并通過適當?shù)脑O置再與數(shù)據(jù)采集器組成的新的載波通信電路。 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 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 共 35 頁 低壓電 力線載波信號的衰減特性：低壓電力網(wǎng)載波通信的原理框圖如圖 24（ a）所示 ,載波通信機的原理框圖如圖 24（ b）所示，載波通信機可接零線 圖 24 （ a） 低壓電力線網(wǎng)絡載波通信原理框圖 （ b） 載波通信機原理框圖 上。而跨相傳輸是指載波機連接在兩條相線之間或者接在一根相線和一根零線之間。需要在兩條電力網(wǎng)的零線之間接一個高壓耦合電容，來支持信號的耦合通信。在這樣惡劣的條件下，對載波通信系統(tǒng)的設計和信號的穩(wěn)定傳輸都會非常困難。研究輸入阻抗對載波傳輸?shù)挠绊?，有助于改善發(fā)送機的傳輸效率，提高輸入功率。理想情況下，我們可以把電力線想象成一根阻值分布均勻的傳輸線。電力線主要是電能的傳輸線，線路上明顯的要隨機的接一些用電器（負載），使得輸入阻抗變小。所以根據(jù)接入的負載的類型不同，使得不同頻率阻抗產(chǎn)生的變化也不相同，這使得阻抗的變化變得不可預測，很有可能會因為接入負載的性質變化致使輸入阻抗隨頻率從 100 歐變到小于 歐，變化有可能高達上千 倍。為了更好的在理論上解決負載對輸入阻抗影響的問題，我們在實際研究這個問題的時候，會把傳輸線看成已經(jīng)接了很多復雜的負載的線路。因此，會有許多低阻抗谷出現(xiàn)在阻抗 — 頻率圖的曲線上。再者，開關操作也會也會使輸入阻抗發(fā)生大幅的變化，在電力線上接入或者斷開負載都是隨機的，這 使得在不同時間里電力線的輸入阻抗發(fā)生巨大的變動。所以低壓電力線上輸入阻抗的變化是難以預測的，這使得發(fā)送機功率放大器和接收機的輸入輸出阻抗很難跟電力線的輸入阻抗保持同步。 高頻信號的衰減及其變化 在低壓電力線上實現(xiàn)高頻信號的載波通信是實際使用中遇到的一個很大的難題。這樣對線路的阻抗的性質和大小都可能會產(chǎn)生很大的影響。在理想情況下，信號在電力線上傳輸?shù)木嚯x越長勢必造成比短距離傳輸更大的信號衰減，但上面說過，因為負載這一因素的隨機性，并且信號還會受到一些外界因素的干擾，往往也會出現(xiàn)同樣的高頻信號作短距離傳輸時所造成的衰減 比長距離傳輸所造成的衰減來的要大。平時家庭用電一般是三相交流電，三相的電源上所接入的負載的大小不同，阻抗性質不同，會使得同樣強度的高頻信號在三相上所產(chǎn)生的衰減程度也不相同。信號頻率決定著信號的誤碼率。電力線載波通信中傳輸時所產(chǎn)生的干擾有人為干擾和非人為干擾兩種，人為干擾是指在電力線上接入 的負載即用電器會產(chǎn)生的噪聲會嚴重影響接受到的數(shù)據(jù)的準確度。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，隨機的突發(fā)性干擾以及時不變的連續(xù)干擾，通過分類可以對干擾的復雜性進行簡化分析。 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 8 頁 共 35 頁 擴頻通信技術及其應用 擴頻通信的原理 擴展頻譜通信是將待傳輸?shù)男盘柡蛿?shù)據(jù)在發(fā)送端進行調制轉化為模擬信號，進行 頻譜擴展之后再進行傳輸，解調工作則是安排在接收端，使用與接收端同樣的編碼完成解調和一系列的操作，將接收到的模擬信號恢復成原始數(shù)據(jù)。也可以通過增加信號功率的方法降低系統(tǒng)對信號帶寬的要求。所以，當傳輸信息速率 C 保持不變時，而此時的信噪比很低，就可以通過增加帶狂的方法來滿足信號的傳 輸。 直序擴頻技術 在直序擴頻技術中，偽隨機代碼是直接被載入到載波機調制器上的數(shù)據(jù)中去的。用這種碼序列調制射頻載波，會產(chǎn)生一個中心在載波頻率和頻譜 ((sin x)/x)2 的秩序擴展頻率之間的頻譜。圖 25 所示的是直序擴頻信號的典型范例。下圖所示的 是一個二相移鍵 控制 信號， 在直序擴頻系統(tǒng)中常常使用這種調用類型。 圖 25 直序擴頻系統(tǒng)原理圖 跳頻擴頻技術 所謂調頻擴頻技術即是在按照隨機碼在一個很寬的頻帶上對載波進行定義，使其能夠進行頻率的跳變。在跳頻過程中，原始信息的傳輸速率決定了頻率的跳變速率，除此以外，波形也有很大的區(qū)別，跳頻在整個頻帶上是平坦的波形，而不是（ (sin 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 9 頁 共 35 頁 x)/x） /2 的正弦波形。 3 ST7540 擴頻通信芯片 引腳特性及應用簡介 圖 31 ST7540 的引腳圖 序號 名稱 類型 描述 1 CD_PD 數(shù)字輸出 載波信號 偵頭檢測輸出、 1 沒有載波信號或者偵頭檢測輸出 0 有載波信號或者偵頭檢測輸出 2 REG_DATA 內部斷開下的數(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 內部打開時的數(shù)字輸出 1 為 RX session 0DX session 6 TX 內部斷開下的數(shù)字輸入 TX 數(shù)據(jù)輸出 7 BU/THERM 數(shù)字輸出 1 為信號編程 0 在 TX 模式下沒有信號編程 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 10 頁 共 35 頁 8 CLR/T 數(shù)字輸出 同步主存取時鐘或者控制寄存器時鐘 9 VDD 電源供給 數(shù)字供給電壓或者 3。內部檢測計數(shù)器在下界電壓線是清零 14 PAIN 模擬輸入 電力線放大器反相輸出 15 PAOUT 電壓輸出 電力線放大器輸出 16 VSS 供給 電壓模擬接地 17 VCC 供給 電壓源 18 PA_IN 模擬輸入 電力線放大器無反相輸出 19 TX_OUT 模擬輸出 小信號模擬傳送輸出 20 SVSS 模擬輸出 模擬信號接地 21 X1 模擬輸出 晶體震蕩器輸出 22 X2 模擬輸入 晶體震蕩器輸入或者內部時鐘輸入 23 VSENSE 24 模擬輸入 電流限制反饋在 CL 和 SV之間的電阻來設置當前的電流值在這個引腳上為綜合 80pf 濾波輸入電容 25 RX_IN 模擬輸入 模擬輸入接收端 26 VDC 電壓 5V電壓調節(jié)器 27 TEST1 內部中斷 測試投入時必須接地 28 TEST2 模擬輸入 測試投入時必須接 SV端 ST7540應用情況簡述 ST7540 是電力線載波通信網(wǎng)絡的實際應用，它具有半雙工同步 /異步 FSK 調制解調的功能 。這種新型的電力線載波傳輸芯片 ST7540 由意法半導體研發(fā)生產(chǎn)，支持多種調制解調技術和通信協(xié)議，其中包括 EHS 和 KONNEX( EN50090)，它搭載于廣泛的電力網(wǎng)，為人們的信號傳輸帶來很大的方便。保證了信號穩(wěn)定準確的傳輸 [4]。信號經(jīng)過濾波后從 RX_IN 端口被讀入 ,可以保證輸入信號在信噪比較低的情況下，仍然有很寬的動態(tài)范圍。 FSK 解調過程中，在對信號進行解調之前需要把輸入的信號個芯片內置的正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波形的頻率進行混合，變換信號的頻率，然后再一次把信號送入濾波器進行濾波，最后進行解調。這款 芯片還有一點優(yōu)勢在于，當芯片開始接受數(shù)據(jù)時，此時 RXTX=1,芯片內信號發(fā)送模塊的電路全部關閉，這有利于避免電能的浪費。與接收模式一樣，此時 RXTX=“ 0”，芯片內的接受模塊的電路包括其外界電路都處于關閉狀態(tài)，而芯片內部 FSK調制部分電路進入工作狀態(tài)。 異步傳輸 TXD引腳直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到 FSK調制器。 內部模塊功能 圖 33 內部功能模塊圖 ST7540芯片的內部結構如圖 33所示，芯片內部集成了電壓電流控制模塊，串行接口模塊，濾波，調制解調模塊，振蕩器模塊以及自動電平控制模塊。通過 RXD引腳對芯片能的發(fā)送電路和接收電路進行相關的控制，具有低功耗的優(yōu)點。引腳個數(shù)也減少為28個，給使用帶來了方便。輸入驅動能力也被大大的提升。 與 ST7538芯片相比， ST757540輸出信號從原本的查分信號轉變?yōu)閱?端信號，其自動增益相同。 ST7540多了報頭檢測和幀長度識別的功能，不需要在外圍另外實現(xiàn)。因此 ST7540的引腳和內部結構相比之前的載波通信芯片都大大的做到的了簡化，被稱為件裝備的載波芯片 [5]。一般通過對控制寄存器進行寫操作來配置控制寄存器，對控制寄存器設置完畢好后，就可以通過讀控制寄存器的操作來檢驗配置正確與否。發(fā)送模式下，芯片將從主機接受來的數(shù)字信號從 TXD輸入，再經(jīng)過 FSK調制，轉化為模擬信號，再通過帶通濾波器，最后在電平控制電路對發(fā)送電路電壓和電流的控制下經(jīng) PA_OUT進行功率放大后發(fā)送到電力線上傳輸。 主機和 st7540之間的連接 主機通過一系列的接口與 ST7540連接，對芯片進行控制和數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)的發(fā)送通過 REG_DATA和 RXTX兩個端口控制，數(shù)據(jù)交換通過 RXD， TXD和始終端口（ CLR/T）進行控制。當時鐘信號處在上升沿時， RXD口上的數(shù)據(jù)有效。 4 基于 ST7540的載波通信系統(tǒng)硬軟件設計 由電力線接口電路、 ST7540 以及單片機可以組成一個完善電力線載波通信模塊 。處于發(fā)送狀態(tài)時，它可以把從主機接收到的數(shù)據(jù)進行調制、濾波發(fā)送到電力線進行傳輸。完整的外部模塊包括發(fā)送電路，接收電路、保護電路和功率放大電路等。所以設計電 力線載波電路時，不需要在外部另加功率放大電路，只需要設計發(fā)送電路、接受電路和保護電路就可以了。同時也可以把從單片機上接收到的數(shù)字信號進行調制，轉化成模擬信號發(fā)送給電力線進行傳輸。再通過耦合電路把數(shù)據(jù)或信息發(fā)送給電力線網(wǎng)絡進行傳輸。 輸入濾波電路 圖 41 所示 為輸入濾波電路， 它是由一個并聯(lián)諧振電路構成的濾波電路。此濾波電路的傳輸函數(shù)如下： 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 16 頁 共 35 頁 表達式中的 RL 表示電感串聯(lián)在電路中時所產(chǎn)生的阻值。 實際上可以通過簡化傳遞函數(shù)的中心頻率的表達式來分析 RL與接收信號損耗之間的關系： 由上面的表達式可以知道，若要保持比較低的信號耗損，可以通過無限增大 Q 的值。 發(fā)送有源濾波電路 如圖 42 所示， PA 是 ST7540 芯片內部集成的功率放大運算器。 C3 在這個電路中用于濾掉低頻信號，通過對 R二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 17 頁 共 35 頁 R3 值的設置，可以把信號的直流部分放大 。 圖 42 發(fā)送有源濾波電路 發(fā)送無源濾波電路 整個系統(tǒng)中還需要有源濾波電路和一些無源器件來組成一 個無源濾波電路將傳輸系統(tǒng)和電力線之間進行耦合。 （ 2）為了可以忽略耦合模塊的濾波電路中變壓器所產(chǎn)生的變壓器的寄生參數(shù)。 （ 3）為了確保載波信號的傳輸質量，變壓器前級上的整流電感必須設置為大于1mH,其等效的串聯(lián)阻值必須低于 。為了出現(xiàn)濾波器頻率的偏移影響電路的耦合功能，要保證變壓器漏感低于 1uH。自動電平控制電路的范圍在 0dB到 30dB并且頻 率被鎖定在 5KHZ，增加或減少的單位都是 1dB。電壓的調