电力载波通信抄表集中器硬件设计burm.docx
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1、电力载波波通信抄抄表集中中器硬件件设计摘 要随着我国国电力事事业的迅迅速发展展,传统统的用电电抄收管管理方式式己经不不能满足足市场需需求。本本文在大大量收集集查阅国国内外有有关远程程抄表系系统资料料、深入入用户及及用电管管理部门门广泛调调研的基基础上,提提出了一一种采用用低压电电力线载载波通信信技术的的远程自自动抄表表系统。该系统统具有三三层网络络结构,即即上位机机管理系系统、集集中器和和载波电电表。重重点分析析研究了了集中器器及其与与各组成成部分的的通信。由由于我国国低压电电力线上上存在的的高削减减、高噪噪声、高高变形,必必须采用用特殊的的通信技技术。本文首先先分析了了高频信信号在电电力线中
2、中的传输输特性;重点讨讨论了扩扩频通信信技术在在电力线线载波通通信中的的应用;深入研研究了以以扩频调调制解调调技术通通信技术术为基础础的、高高性能的的电力线线载波专专用MOODEMM芯片SSSC P3000的内内部工作作原理。在此基基础上,采采用SSSC PP3000实现了了远程抄抄表系统统中集中中器与终终端载波波电表之之间可靠靠的数据据传输。集集中器是是连接上上位机与与终端载载波电表表之间的的枢纽,起起着上传传下达的的作用。根根据中华华人民共共和国电电力行业业标准规规定的集集中器的的主要功功能及性性能指标标要求,本本文重点点研究设设计了集集中器的的硬件系系统。其其中硬件件系统主主要包括括主控
3、制制器、外外部扩展展数据存存储器、时时钟模块块、看门门狗模块块、上位位机通信信接口电电路以及及电力线线载波通通信电路路及其外外围电路路等。关键词:电力线线载波,扩频通信技术,集中器,抄表系统VII目录摘要-11绪论-1 1.1电力力线载波波通信的的意义及及发展状状况-11 1.2低压压电力线线通信的的特点-1 1.3国内内外研究究现状和和动态-2 1.4设计计电力载载波抄表表集中器器的目的的和意义义-2 1.5课题题的可行行性分析析-2 1.6本文文的主要要任务-32电力载载波通信信技术-3 2.1电力力线载波波通信中中信号传传输特征征分析-3 2.2常用用低压电电力线载载波通信信技术-4 2
4、.3扩频频通信技技术-44 22.3.1扩频频通信的的工作原原理-44 22.3.2扩频频通信的的特点-4 2.4电力力线载波波通信的的实现-52.4.1国外外的电力力线载波波专用mmodee芯片-53电力载载波抄表表系统整整体设计计-5 3.1自动动抄表系系统的组组成-64电力载载波抄表表集中器器的硬件件设计-66 4.1电力力线载波波远程抄抄表系统统集中器器的硬件件设计-64.1.1集中中器的功功能及技技术指标标-884.1.2集中中器的结结构框图图-884.2集集中器主主控器的的设计-84.2.1主控控器的作作用-94.2.2主控控器的选选型-94.2.3单片片机w777e558的简简单
5、介绍绍-1004.3数数椐存储储器的扩扩展-1104.3.1数据据存储器器ramm的选择择-1224.3.2硬件件电路设设计-1224.3.3存储储器的掉掉电保护护-1134.4时时钟模块块-134.4.1设计计思想-134.4.2时钟钟模块的的选择-144.4.3时钟钟模块与与单片机机的链接接-1144.5电电力线载载波通信信电路的的设计-1554.5.1载波波通信芯芯片ssscp3300的的发送与与接收原原理-1664.5.2单片片机与ssscpp3000通信的的控制工工作过程程-1184.6主主控器与与modde通信信接口-1994.6.1moode的的简介-2204.6.2主控控器与m
6、modeem通信信接口电电路-214.7电电源电路路-2224.8本本章小结结-2235结论-2335.1总总结-2335.2结结束语-23参考文献献-2447 1 绪论论1.1电电力线载载波通信信的意义义及发展展状况当今世界界,作为为输送能能源的电电力线是是一个近近乎天然然、入户户率绝对对第一的的物理网网络。而而电力线线现在的的功能仅仅仅是传传送电能能,如何何利用网网络资源源潜力,在在不影响响传输电电能的基基础上实实现窄带带通信或或宽带通通信,使使之成为为继电信信、电话话、无线线通信和和卫星通通信之后后的又一一通信网网,是多多年来国国内外科科技人员员的又一一目标。要要使电力力网成为为一个新新
7、的通信信网,技技术手段段只有载载波通信信。电力力线载波波通信就就是以电电力网作作为信道道,实现现数据传传递和信信息交换换。因为为电源线线路是每每个家庭庭最为普普通也是是覆盖最最为宽广广的一种种物理媒媒介,其其覆盖面面超过有有线电视视网络甚甚至电话话线路,同同时由于于利用现现有的电电力网实实现数字字通信,可可以大大大减少通通信网建建设的费费用,因因而利用用电源线线路实现现数据通通信的技技术有着着可观的的经济效效益和应应用前景景。电力线载载波通信信又分为为35KKV以上上的高压压载波通通信、110KVV配电网网的载波波通信和和民用(4400VV以下)电电力线载载波通信信。在技技术上高高压载波波通信
8、主主要为业业内业务务通信,由由于网络络专一性性,其简简单的数数据通信信在国内内外基本本成熟,进进入千家家万户的的民用电电力网才才是最大大的通信信物理网网络。但但在该网网络上实实现通信信一直是是全世界界科技工工作者的的研究课课题。由由于低压压电力线线上实现现通信又又很多技技术难点点,如网网络不规规范、节节点多、隔隔离多、随随机干扰扰等。也也可以说说民用电电力网对对通信而而言是一一个不确确定、无无规则、网网络特性性呈拓扑扑特性的的非标准准通信网网,是通通信网络络的一大大挑战课课题。本本文研究究的对象象正是低低压电力力线通信信。1.2低低压电力力线通信信的特点点总的说来来,低压压电力线线信道的的特点
9、主主要包括括下面几几个方面面的内容容:(1) 噪声和和干扰大大低压电力力线网络络中,各各式各样样的家用用电器和和办公设设备产生生的噪声声和干扰扰严重污污染着电电力线通通信环境境。己有有的研究究结果表表明,噪噪声的大大量存在在是实现现数据在在低压电电力线上上优质传传输的主主要障碍碍之一。现现在把各各种噪声声干扰主主要来源源归纳为为4个方方面:(a)可可控硅器器件和一一些电源源电路产产生的660Hzz的倍频频谐波(注:美美国电力力线频率率为600Hz); (b)平平滑频谱谱噪声,其其频谱平平坦,可可以看作作有限带带宽的白白噪声,家家电中的的小电机机是产生生这类噪噪音的根根源;(c)单单脉冲干干扰,
10、通通常由开开关切换换、闪电电、温度度调节器器或电容容充放电电引起;(d)非非同步周周期噪声声,如电电视的行行扫描频频率对电电网的干干扰。(2) 信号衰衰减大信号在电电力线上上传输过过程中的的衰减是是低压载载波通信信遇到的的另一难难点。同同时,由由于低压压配电网网直接面面向用户户,负荷荷情况复复杂,各各节点阻阻抗不匹匹配,所所以信号号会产生生反射、谐谐振等现现象,使使得信号号的衰减减变得极极其复杂杂。信号号的衰减减随着传传输距离离的增加加而增加加,同时时,信号号的衰减减与频率率、工频频电源的的相位有有关,一一般来说说,随着着频率的的增加,信信号的衰衰减也将将增加,而而在某些些特殊的的频段,由由于
11、反射射、谐振振及传输输线效应应等的影影响,衰衰减会出出现突然然剧增。在在1000- 4000kHzz频带内内,信号号的平均均衰减为为40ddB,标标准偏差差为200dB。(3) 随机性性和时变变性低压电力力线直接接面向用用户的特特点导致致其干扰扰具有随随机性和和时变性性,这是是低压载载波通信信面临的的又一挑挑战。由由于用户户负荷的的随机接接入和切切除,网网络结构构的变化化以及不不可抗拒拒的自然然因素,如如雷电等等的影响响,使得得其干扰扰表现出出很强的的随机性性和时变变性,从从而难以以找到一一个准确确的数学学模型来来加以描描述。1.3国国内外研研究现状状和动态态在国外,自自动抄表表系统的的技术发
12、发展比较较早,欧欧美等国国在上个个世纪七七、八十十年代就就开始试试验探索索自动抄抄表技术术,700年代美美国引进进欧洲音音频电力力负荷控控制系统统的基础础上开发发研制了了负荷监监控及抄抄表系统统,800年代,以以色列研研制成功功低压电电力线载载波集中中抄表技技术,九九十年代代初自动动抄表技技术逐渐渐成熟,在在世界各各地得到到了迅猛猛的发展展。近年年来,美美国、以以色列、德德国和英英国的科科技人员员一直从从事这方方面的技技术研究究与开发发。900年代初初,自动动抄表技技术被引引进到中中国,早早期的AAMR系系统主要要用于大大电网的的电能量量考核结结算。中中国电力力科学研研究院自自19997年开开
13、始研究究电力线线载波通通信PLLC(PPoweer LLinee Caarriier)技术,主主要考虑虑PLCC技术用用于低压压抄表系系统,119988年开发发出样机机,并通通过了试试验室功功能测试试,19999年年在现场场进行试试运行,获获得了产产品登记记许可。119999年5月月开始进进行PLLC系统统的研究究开发工工作。主主要对我我国低压压配电网网络的传传输特性性进行了了测试,并并对测试试结果进进行了数数据处理理和分析析,基本本取得了了我国低低压配电电网传输输特性和和参数,为为进行深深入研究究和系统统开发提提供依据据。采用用低压电电力线载载波则具具有它的的先天优优势,只只要解决决相关的的
14、技术性性问题,它它的成本本将是最最低的。它它的研究究成功不不仅可以以替代人人工日常常抄表工工作,提提高工作作效率,减减少人为为差错,加加强用户户管理,而而且能够够实现远远程监控控管理工工作的全全面自动动化,是是电力部部门实现现远程自自动抄表表的发展展趋势,具具有广阔阔的应用用前景。目前,国国内虽然然出现了了一些自自动抄表表系统,但但是安装装量并不不大,而而且技术术并不成成熟,成成功率低低,所以以自动抄抄表系统统的研究究还是有有较大的的发展空空间。本本课题就就是在这这种情况况下,将将现场总总线技术术、低压压电力线线载波通通讯技术术和电话话通讯技技术结合合起来,以以实现远远程集中中式抄表表系统的的
15、自动化化和智能能化。1.4设设计电力力载波抄抄表集中中器的目目的和意意义自动抄表表系统是是指采用用通讯和和计算机机网络等等技术自自动读取取和处理理表计数数据的一一项新技技术。发发展自动动抄表技技术是提提高物业业管理水水平的需需要,也也是网络络和计算算机技术术迅速发发展的必必然需要要。采用用自动抄抄表技术术,不仅仅能节约约人力资资源,而而且可提提高抄表表的准确确性,减减少因估估计或誊誊写而造造成账单单出错,使使相关管管理部门门能及时时准确获获得数据据信息,由由于用户户不再需需要与抄抄表者预预约上门门抄表时时间,还还能迅速速查询账账单,故故这种技技术越来来越受到到用户的的欢迎。随随着电价价的改革革
16、,供电电部门为为迅速出出账,需需要从用用户处尽尽快获取取更多的的数据信信息,如如电能需需量、分分时电量量和负荷荷曲线等等,自动动抄表为为实现上上述需求求提供了了切实可可行的技技术手段段。近10年年来,美美国、英英国、德德国、以以色列、中中国等国国的科技技人员一一直从事事这方面面的技术术研究与与开发。到到目前为为止,国国内外己己有一些些企业开开发出了了用于电电力线载载波通信信的产品品:如开开发的电电力线载载波抄表表系统在在技术上上取得了了可喜的的进步和和成功,但但尚未能能符合用用户使用用要求,由由于专用用芯片的的原因,抄抄表系统统的抄到到率最高高仅能达达到900%左右右。尽管管如此,目目前我国国
17、在该方方面的技技术属先先进行列列。实践践证明用用进口通通用通信信芯片不不可能实实现我国国民用电电力网的的可靠载载波通信信。但是是随着市市场需求求和技术术的发展展,将来来的民用用电力线线载波通通信必将将成为一一个很大大的通信信网。1.5课课题的可可行性分分析本课题所所设计的的自动抄抄表系统统主要的的难点是是解决低低压电力力线载波波通讯技技术和电电话网通通讯技术术,随着着扩频载载波技术术被应用用到在低低压电力力线载波波通讯中中,在规规定的通通信距离离中,其其抄表的的成功率率高达1100%,在我我国已经经开发研研制成功功;而电电话网络络经过多多年的发发展,己己经被实实践所检检验,基基本上不不存在任任
18、何问题题。因此此,本自自动抄表表系统在在技术层层面来讲讲是可行行的。在在经济实实用性方方面,本本课题设设计的自自动抄表表系统有有着绝对对的优势势,本系系统在设设计中所所采用的的通讯媒媒介是低低压电力力线网络络和现有有的电话话网络,不不需要另另外再铺铺设通讯讯设施,因因此在经经济实用用性方面面也是完完全可行行的。综综合以上上两个方方面,可可见本课课题所设设计的自自动抄表表系统是是完全切切实可行行的。1.6本本文的主主要任务务本课题是是在总结结前人的的自动抄抄表系统统的基础础上,结结合我国国的实际际情况,设设计出一一种经济济实用的的自动抄抄表系统统。该系系统底层层通讯方方式采用用低压电电力线载载波
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