基于电力载波技术的智能化路灯控制系统设计论文dkgy

天津工业大学2013届本科生毕业设计（论文） 毕业论文文基于电力力载波技技术的智智能化路路灯控制制系统设设计 姓名 学 院院 电电气工程程与自动动化学院院 专业 自 动动 化 指导教师师职称 教授 20133年5月月1日天津工业业大学毕毕业论文文任务书书题目基于电力力载波技技术的智智能化路路灯控制制系统设设计学生姓名名额外特温温特学院名称称电气工程程与自动动化学院院专业班级级过多个地地方课题类型型实际课题题课题意义义 基于电电力载波波技术的的智能化化路灯控控制系统统能够弥弥补当前前路灯控控制器的的不足，将将电力载载波技术术应用于于路灯控控制过程程中，实实现主控控站和从从控制站站之间的的信息交交换，从从而实现现路灯的的智能化化，并且且成本低低，易于于推广应应用。它它能够实实现远程程控制，并并和现有有的电力力线兼容容，检修修方便，可可以提高高城市路路灯的利利用率，节节能。任务与进进度要求求3122-3.30：对此设设计进行行初步的的了解和和资料查查询，对对本设计计方案具具有初步步的轮廓廓4.2-4.330：完完成控制制设计，及及硬件电电路设计计，5.4-5.330 ：完成毕毕业论文文任务书书初稿，并并对设计计的硬件件进行调调试；5.311-6.7： 完善任任务书，准准备毕业业答辩，按按时完成成主要参考考文献1 M.- HH. SShweehdii, “AA Poowerr Liine Datta CCommmuniicattionn Innterrfacce uusinng SSpreead Speectrrum Echhnollogyy inn Hoome Auttomaatioon J,” IIEEEE Trranss. PPoweer DDeliiverry, voll. 111, no. 3, Juuly 19996, pp. 12232-12337.2 张辉辉.现代通通信原理理与技术术M.西安安：西安电电子科技技大学出出版社，20002.3 齐国国清.信信号检测测与估计计M.北京京：电子工工业出版版社，20110.4 朱小小龙.数字通通信技术术M.北京京：化学工工业出版版社，20004.起止日期期20133年3月月12日日20113年66月7日日备注院长 教研室室主任 指导导教师毕业论文文开题报报告表20133年 3月10日姓名发给学院电气工程程与自动动化专业自动化班级梵蒂冈题目基于电力力载波技技术的智智能化路路灯控制制系统设设计指导教师师东方省一、与本本课题有有关的国国内外研研究情况况、课题题研究的的主要内内容、目目的和意意义：国外研究究情况：国外很很多国家家已经将将此技术术应用于于智能化化大厦三A 系统统之中，而而我国起起步晚，虽虽然取得得很大发发展但是是PLCC技术的的标准并并不完善善，符合合新标准准的器件件还不很很成熟。课题研究究的主要要内容：主单片片机和从从单片机机之间通通过电力力载波技技术来进进行通信信。主单单片机用用来实现现对从单单片机的的控制，从从单片机机完成对对路灯的的控制，并并对此灯灯的状况况进行自自检（检检测此灯灯的电流流），将将路灯的的工作状状况通过过电力载载波技术术传送到到主控机机上，并并显示出出来。 课题研究究的目的的：传统统的路灯灯控制采采用开关关控制，能能源浪费费严重、管管理手段段单一、信信息化水水平低下下、缺乏乏故障主主动报警警机制、故故障灯难难以发现现等一系系列问题题。改变变传统的的控制方方式，实实现了城城市路灯灯的远程程集中管管理。课题研究究的意义义：智能能化路灯灯控制系系统能够够弥补当当前路灯灯控制器器的不足足。它能能够实现现远程控控制，并并和现有有的电力力线兼容容，检修修方便，可可以提高高城市路路灯的利利用率，节节能。二、进度度及预期期结果：起止日期期主要内容容预期结果果3.2-3.3304.2-4.3305.4-5.3305.311-6.7对此设计计进行初初步的了了解和资资料查询询；完成控制制设计，及及硬件电电路设计计；完成毕业业论文任任务书初初稿，并并对设计计的硬件件进行调调试；完善任务务书，准准备毕业业答辩，按按时完成成本论文文设计出总总体的框框架图，查查相关资资料；利利用eaaglee 和 Prootell 999 SEE绘图工工具完成成一些电电路图绘绘制，利利用Muultiisimm仿真软软件一些些电路仿仿真；用用keiil编写写程序；最后调调试。完成课题题的现有有条件AT899S522单片机机开发板板，电脑脑，各种种参考书书籍审查意见见指导教师师：年月日学院意见见主管领导导：年月日天津工业业大学本本科毕业业论文评评阅表（论文类类）题目基于电力力载波技技术的智智能化路路灯控制制系统设设计学生姓名名电话费学生班级级自动化0094班班指导教师师姓名股份规范范性评审项目目指标满分评分选题能体现本本专业培培养目标标，使学学生得到到较全面面训练。题题目大小小、难度度适中，学学生工作作量饱满满，经努努力能完完成。10题目与生生产、科科研等实实际问题题结合紧紧密。10课题调研研、文献检索索能独立查查阅文献献以及从从事其他他形式的的调研，能能较好地地理解课课题任务务并提出出实施方方案；有有分析整整理各类类信息，从从中获取取新知识识的能力力。15论文撰写写结构严谨谨，理论论、观点点、概念念表达准准确、清清晰。10文字通顺顺，用语语正确，基基本无错错别字和和病句，图图表清楚楚，书写写格式符符合规范范。10外文应用用能正确引引用外文文文献，翻翻译准确确，文字字流畅。5论文水平平论文论点点正确，论论点与论论据协调调一致，论论据充分分支持论论点，论论证过程程有说服服力。15有必要的的数据、资资料支持持，数据据、资料料翔实可可靠，得得出的结结论有可可验性。15论文有独独到见解解或有一一定实用用价值。10合计100意见及建建议：评阅人签签名： 年 月 日日天津工业业大学毕毕业论文文成绩考考核表学生姓名名啊学院名称称电气工程程与自动动化学院院专业班级级为题目基于电力力载波技技术的智智能化路路灯控制制系统设设计1毕业业设计（论论文）指指导教师师评语及及成绩：成绩：指导教师师签字： 年 月月 日2毕业业设计（论论文）答答辩委员员会评语语及成绩绩：成绩：答辩主席席（或组组长）签签字： 年 月月 日3毕业业设计（论论文）总总成绩：a.指导导教师给定成绩绩b.评阅阅教师给定成绩绩c.毕业业答辩成成绩总成绩(a00.5+b0.22+c0.33)摘 要要本论文首首先对通通讯系统统基础知知识、电电力载波波技术基基础知识识做了一一个详细细的介绍绍，然后后对电力力载波通通讯过程程中的信信道特性性以及干干扰噪声声进行分分析，并并利用自自控原理理知识建建立相应应的信道道传输模模型。接接着建立立了论文文任务要要求的总总体框架架图，对对此设计计中的电电力载波波通讯的的可行性性和优越越性进行行了详细细分析论论证。通通过对单单灯的电电力载波波收发模模块的实实现、单单片机控控制单灯灯的实现现、单灯灯的电流流检测实实现、单单灯的调调压实现现、节能能分析等等做了详详细的阐阐述，论论证和仿仿真。利利用eaaglee 和 Prootell 999 SEE绘图工工具完成成一些电电路图绘绘制和PPCB板板印制等等，利用用Mulltissim仿仿真工具具完成一一些电路路仿真、性性能和节节能分析析等。软软件开发发利用kkeill编写，并并对主机机，从机机之间的的通讯程程序流程程图进行行编写。然然后，将将在硬件件调试和和软件调调试过程程中暴露露出来的的问题进进行分析析和解决决。最后后在两块块单片机机板上显显示上述述任务要要求。关键词：电力载载波技；FSKK调制技技术；单单片机通通信；单单片机；ABSTTRACCTThiss paaperr fiirstt annalyyze thee loow-vvolttagee poowerr liine chaanneel ccharractteriistiics, annd eestaabliish thee coorreespoondiing chaanneel mmodeel; theen bbaseed oon iits oveeralll sstruuctuure andd thhe ddesiign of thee frrameeworrk, thhe iimpllemeentaatioon oof ssinggle-chiip mmicrrocoompuuterr coontrrol sinnglee laamp, siinglle llampp cuurreent dettecttionn, ssinggle lammp vvolttagee reegullatiion impplemmenttatiion, ass weell as dettailled on thee ellaboorattionn, ddemoonsttrattionn annd ssimuulattionn.Usse tthe eaggle andd Prroteel 999 SSE ddrawwingg toool to commpleete somme ccirccuitt diiagrram draawinng aand PCBB prrinttingg, eetc., uusinng tthe Mulltissim simmulaatioon ttoolls tto ccompplette ssomee ciircuuit simmulaatioon, perrforrmannce, ennerggy ssaviingeexpeerimmentt, eetc.Usee Keill coompiile sofftwaare devveloopmeent, wrritee thhe hhostt, aand subborddinaate macchinne tthe commmunnicaatioon pproggramm fllow thee chhartt.Thhen, inn thhe hharddwarre ddebuuggiing andd sooftwwaree deebuggginng pproccesss too annalyyze andd soolvee prrobllemss. FFinaallyy onn thhe ttwo pieecess off siinglle cchipp miicroocommputter boaard to commpleete thee abbovee taask reqquirremeentss.Keywwordds:Electtricc poowerr caarriier tecchnoologgy； FSKK moodullatiion tecchnoologgy,；Singgle chiip mmicrrocoompuuterr coommuuniccatiion；Singgle chiip mmicrrocoompuuterr；目 录录前言 1第一章 电力力载波技技术绍21.1通通信系统统基础21.1.1 通通信系统统分类21.1.2 通通信方式式21.1.3 通通信系统统性能指指标21.2 电力载载波技术术21.3 电力载载波技术术的简单单应用3第二章 FSSK调制制技术52.1电电力载波波技术的的发展状状况52.2 FSKK调制技技术62.2.1 FFSK调调制基础础62.2.2 FFSK 调制方方式62.2.3 FFSK调调制应用用模型7第三章 电力力线通信信信道分分析93.1 电力线线传输信信道特性性93.1.1时变变性103.1.2 衰衰减特性性103.1.3电力力线干扰扰103.1.4多径径干扰103.2 电力线线通信信信道模型型113.2.1低压压电力线线信道近近似模型型11第四章 照明明控制系系统设计计124.1 照明控控制系统统方案设设计124.2 载波通通信模块块设计144.2.1 电电力线载载波通信信芯片的的选择144.2.2 KKQ-1130FF电力载载波数据据收发模模块介绍绍154.3 路灯的的智能化化实现194.3.1 节节电效能能分析204.4 基于电电力载波波技术的的智能化化路灯控控制系统统结构图图和电路路图224.5 硬件调调试问题题及其解解决23第五章 电力力载波通通信协议议与软件件设计245.1 KQ-1300与单片片机的通通讯245.2软软件流程程图的实实现245.3 软件调调试问题题及其解解决27第六章 论文文总结228参考文献献29附录330谢辞339天津工业大学2013届本科生毕业论文 前 言国外研究究情况国外很多多国家已已经将此此技术应应用于智智能化大大厦的三A 系统统之中，欧欧美国家家已经利利用此技技术，实实现了配配电网的的自动化化和远程程控制。而我国起起步晚，虽虽然取得得很大发发展但是是PLCC技术的的标准并并不完善善，符合合新标准准的器件件还不很很成熟。我我国主要要将此技技术应用用于自动动抄表、过过程控制制等较小小的应用用领域。近年来，随着国家节能政策的不断落实，很多企业投入到电力载波通讯研究领域。论文研究究的主要要内容本课题采采用电力力载波通通信技术术，以电电力传输输线作为为媒介。完完成主单单片机和和从单片片机之间间的信息息交换，并并实现了了对路灯灯开关时时间、路路灯输入入电压的的调整、路路灯坏损损的电流流检测等等任务。并并通过功功率变换换单元通通过调整整路灯的的输入电电压来完完成节能能的目的的。运用主单单片机对对路灯的的开关状状态进行行控制，从从单片机机对路灯灯的状况况进行不断断检测。运用电力载波模块将这个灯的状态传送给主单片机，并将此状态在主控机上显示出来，并根据其状态信息在主控界面上显示出来。论文研究究的意义义传统的路路灯控制制采用开开关控制制，能源源浪费严严重、管管理手段段单一、信信息化水水平低下下、缺乏乏故障主主动报警警机制、故故障灯难难以发现现等一系系列问题题。传统统的控制制方式很很难满足足现代城城市发展展水平和和信息化化建设的的要求。因因此，一一种可靠靠、节能能的控制制方式是是建设智智慧城市市必不可可少的。改变传统统的控制制方式，实实现了城城市路灯灯的远程程集中管管理，不不仅提高高了城市市的智能能化水平平，而且且也在路路灯维护护方面节节约了大大量的人人力、物物力，其其调压功功能实现现路灯的的节能。它具有远程控制，和现有的电力线兼容，检修方便等一些功能，可以提高城市路灯的利用率，节能。路灯的智智能化是是将检测测技术，现现代控制制技术，通信技术融合到路灯控制领域。通过这些技术的融合来提高城市智能化水平，为建设智慧城市战略提供一个试验平台，并且达到节能的目的，具有很好的发展潜力。正因为如此，很多学者、专家投入到智能电网的建设中，开辟着一个全新的探索领域。第一章 电电力载波波技术介介绍1.1通通信系统统基础 本论文主主要完成成主单片片机对从从单片机机的控制制，从单单片机控控制路灯灯，而从从单片机机又将路路灯状态态传给主主单片机机，并将将此状态态在主单单片机的的显示屏屏上显示示出来。电电力载波波技术完完成控制制信号和和路灯状状态的传传送。因因此对通通信基础础和电力力载波技技术的了了解是十十分必须须的。1.1.1通信信系统分分类通信是从从一个地地点向另另一个地地点交换换和传递递信息的的一种方方式。通通信系统统包括发发送装置置和接收收装置、传传输介质质、以及及实现通通讯的可可靠性所所需要的的其它设设备。在通信系系统中根根据媒介介的不同同，分为为有线通通信系统统和无线线通信系系统113。有线通信信采用导导线。列列如电话话线，同同轴电缆缆，波导导，光导导纤维等等。作为为传输媒媒质来完完成通信信，此系系统布线线复杂，耗耗资大，成成本高。无线通信信依靠电电磁破在在空间传传播达到到传输信信息的目目的。具具有成本本低，但但存在衰衰减，多多径干扰扰及电磁磁干扰，系系统的可可靠性和和安全性性受限。考虑电力力网遍及及的现成成的布线线资源，我我们应当当充分发发挥其潜潜能，节节约有限限的自然然资源。利利用电力力载波技技术，以以电力线线传输媒媒介，来来传输路路灯的状状态和控控制路灯灯，具有有很重要要的研究究意义。1.1.2通信信方式在通信系系统的建建立过程程中，首首先根据据对现场场环境以以及所要要完成的的功能，选选择合适适的通信信方式可可以提高高数据传传送效率率，提高高系统的的稳定性性和可靠靠性。根根据时间间和信道道关系可可以分为为单工，半半双工和和全双工工三种15。单工通信信：指消消息只能能朝着一一个方向向传送，只只占用一一个通道道。半双工通通信：指指双方都都能收发发消息，但但不能一一端接收收和另一一端发送送同时进进行。全双工通通信：指指发送端端和接收收端可以以同时收收发消息息，发送送端可以以变为接接收端，接接收端也也可变为为发送端端，一般般情况下下为双向向信道。1.1.3通信信系统性性能指标标 通信系系统的主主要任务务是快速速而又准准确的传传递消息息。 有有效性、可可靠性作作为其最最主要的的评价指指标。有有效性解解决传送送信息的的“速度”问题，可可靠性解解决传送送信息的的“质量”问题113。1.2 电力载载波技术术电力线载载波通信信，PLLC（PPoweer LLinee Coommuuniccatiion），是是指利用用现有的的电力线线作为信信道，通通过载波波方式来来发送模模拟或者者数字信信号，是是一种有有线通讯讯方式。其其最大特特点是只只要有电电线，不不需要重重新架构构电线4。电力载波波通讯的的工作原原理是：由信息息源发出出信号，通通过编码码器的编编码，调调制器的的调制，将将此信息息转成可可用于传传送的数数码序列列，耦合合到电力力线上，然然后将此此数码序序列通过过解调，译译码，来来送到受受信者9。图1-11为电力力载波通通信模型型166：图1-11 电电力载波波通信模模型 信号源源：是产产生和发发出消息息的人或或设备(列如控控制机、PPC机、DDSP、单单片机)。发出出的消息息可以是是连续的的波形也也可以是是离散的的数字信信号，其其主要作作用就是是把各种种消息转转换成电电信号。方方便后面面处理和和传送。 受信者者：是来来接受信信号源发发出的消消息的人人或者机机器。 编码器器：信源源编码器器是将信信号转换换成数码码序列，信信道编码码器是在在数码序序列中添添加校验验码，使使接收端端能发现现或纠错错有效信信息，从从而提高高了通讯讯中传送送消息的的可靠性性。 调制器器：是把把输出的的数码序序列转换换成适用用于传送送的高频频射频振振荡信号号，解调调器与调调制器刚刚好相反反。基本本功能是是将数码码序列与与通信协协议、通通信方式式等匹配配起来。 信道：是传送送信号的的媒介。可可以是物物理的信信号线也也可以是是电磁波波等。媒媒介的特特性对通通信系统统以及整整个控制制系统的的可靠性性和有效效性具有有很大的的关系。 译码器器：译码码是编码码的逆过过程。将将数码转转换成可可以应用用的消息息，是由由数字电电路和模模拟电路路的组合合来完成成的。 同步系系统：用用于保证证收发两两端步调调一致，协协同工作作。主要要应用于于内容更更新比较较频繁的的场合。同同步是电电力载波波通信系系统中的的重要组组成部分分。如果果没有同同步就会会出现大大量的错错码乱码码，载波波同步系系统的性性能指标标主要有有：有效效率、精精度、同同步建立立时间、同同步保持持时间。 噪声源源：可以以是人为为因素造造成，也也可以是是设备或或者系统统本身所所具有的的，但不不是人们们希望的的155。1.3 电力载载波技术术的简单单应用在一些涉涉及任务务复杂、可可靠性要要求较高高、实时时性要求求较强的的领域，PLC技术因为其抗干扰能力、抗衰减能力的限制并未得到实际应用。下面就对对电力载载波技术术的现有有系统的的应用做做一个简简单介绍绍。列如如：在图图1-22所示，是一个电力载波技术在欧美应用很成熟的领域，由图中可以很明显的看到。病人的一切病状信息可以通过电力载波技术传送给医院，而医院的建议，诊断结果也可以借助于电力载波技术传送给用户，实现高效，及时的医疗检测系统。此网络的布局和大小，都是根据现有的电力线布局而来。图1-22 医医院监控控网络相对于国国外的这这些成熟熟的应用用，而我我国起步步晚，虽虽然取得得很大发发展但是是PLCC技术的的标准并并不完善善，符合合新标准准的器件件还不很很成熟。虽虽然在远远程抄表表领域已已经进入入实际使使用阶段段，但是是稳定性性，可靠靠性，安安全性这这些基本本问题并并没有得得到解决决，并没没有实现现所谓的的智能和和自动。针针对我国国目前的的现状，研研究电力力载波技技术对我我国现代代化建设设具有重重要意义义。可以以提高我我们的工工作效率率，改变变落后产产能。可可见研究究低压电电力线通通信对我我国经济济社会发发展也具具有非常常重大的的意义。 第二二章 FFSK调调制方式式2.1电电力线通通信技术术的发展展状况 通过过前言和和第一章章对通信信系统和和电力载载波技术术的了解解。我们们可以看看出，选选择合适适的调制制方式对对于提高高系统的的可靠性性和有效效性具有有重要意意义。怎怎么样选选择合适适的调制制方式，要要从PLLC技术术的发展展说起。电力载波波通信技技术的诞诞生已有有很长时时间了。但但因干扰扰大，信信号污染染严重，只只有在很很少的相相对封闭闭的地方方实际应应用。早早期的PPLC技技术和现现代PLLC技术术有很大大的不同同。早期期主要借借助于电电力载波波机，在在通信的的两端口口都安装装有阻波波器（用用来减少少能量的的损耗）。如如表2-1所示示，其发发展历程程：表2-11 电电力载波波发展历历程 由表中中可以看看出，电电力载波波技术经经过了电电力载波波机、功功能单一一的电力力载波芯芯片到现现在的网网络设计计中。通通过现代代载波技技术的发发展，让让其在更更广阔的的领域应应用成为为可能。本本论文主主要针对对KQ-1300模块的的需要，对对其电力力线的信信道，信信道建模模具有详详细分析析。 实际应应用表明明，电力力载波技技术的信信道变化化剧烈，干干扰强，各各种突发发噪声多多等一系系列问题题。在这这些问题题的严重重影响下下，通信信的可靠靠性、安安全性、有有效性等等受到严严重威胁胁，同时时这也在在很大程程度上限限制了它它的使用用。 因此，探探索一种种实际可可行、可可操作的的调制方方式是非非常重要要的。技技术上调调制方式式可分为为数字调调制方式式和模拟拟调制方方式。两两个调制制方法的的原理基基本相同同，如图图2-22所示，输输入的基基带信号号通过调调制器、信信道再到到解调器器直到最最后的基基带信号号输出，但但在信道道过程中中，一定定会出现现各种噪噪声。 采用数数字键控控的方法法来实现现数字调调制信号号称为键键控法5。基于本本论文KKQ-1130模模块采用用的是FFSK的的调制方方式，所所以下面面将对FFSK调调制技术术做一个个详细的的介绍。其其他的PPSK技技术、AASK技技术应不不涉及，不不做详细细介绍。在在图2-2中，也也明显的的表示出出了调制制方式的的基本框框图。FFSK调调制技术术也在此此基础上上演变而而来。 图22-2 数数字调制制系统结结构图2.2 FSKK调制技技术FSK（FFreqquenncy-shiift keyyingg）移频键控指的的是用载载波的频频率变化化来传递递数字信信息88。在在目前的的通讯技技术领域域，大多多数采用用的是FFSK技技术，此此技术很很常见，由由于简单单，也很很普遍。2.2.1 FFSK调调制基础础FSK调调制技术术是日常常通讯中中一种常常见的、应应用比较较成熟、抗抗干扰很很强的调调制技术术。而且在中中低速数数据传输输通讯中得得到了很很广泛的的应用。FSK有有两个分分类，连连续和离离散的FFSK16。不管管连续和和离散，都都是根据据其输出出波形进进行确定定的。而而且，以以目前数数字技术术的发展展，大多多的离散散FSKK朝着连连续FSSK发展展5。2.2.2 FFSK调调制方式式在2FSSK中，随着着输入数数据的不不同，两两个频率率发生器器的变化化，相应应的输出出是二进进制的11 和00。 图2-3 非连续续相位FFSK产产生如图2-3所示示，两个个频率发发生器ff1和ff2根据据输入的的二进制制数据通通过变换换开关进进行不断断的切换换，然后后经过放放大电路路对信号号的放大大，从输输出电路路的输出出端输出出不连续续的FSSK信号号。这种种FSKK 的调调制方式式在传统统的通信信设备中中采用较较多。目目前的越越来越多多的这种种调制方方式朝着着连续FFSK发发展。 如图22-4所所示，接接收到的的FSKK信号，通通过带通通滤波器器来进行行波形变变化和信信号调制制，经带带通滤波波器后的的信号经经过包络络检波电电路完成成模拟信信号到数数据信号号的转换换和抽样样，将其其波形转转换成二二进制。然然后将这这些值进进行比较较。根据据比较器器来决定定输出的的数据比比特是11还是00。图2-44 非非相干FFSK接接收机方方框图其中包络络检波：包络检波波8电路主要要就是应应用二极极管和三三极管。其其元器件件的寿命命和稳定定性也很很高，大大大提高高接收机机的稳定定性，主主要功能能是将输输入的波波形转换换成二进进制数码码。 在信号号调制和和信道分分析过程程中，大大多数噪噪声都是是高斯过过程。因因此，在在信道的的建模中中常加入入高斯模模型来增增强实用用性。FSK 一般采采用正交交相乘的的方法来实实现调制制的数字字化。如图2-5所示示：图 2-5 FSKK正交相相乘的模模型2.2.3FSSK 的的应用模模型路灯的运运行状态态通过FFSK发发送机，通通过发送送机的调调制，耦耦合到电电力线上上，通过过电力线线的传输输，通过过FSKK接收机机，进行行信号调调制，最最后将路路灯的运运行状态态到总服服务器上上显示出出来。同同时总服服务器的的控制指指令通过过通过FFSK接接收机，调调制，耦耦合到电电力线上上，再通通过接收收机，解解码，来来控制路路灯的开开关时间间，电压压调整等等等。 图2-6 FSKK应用模模型第三章 电力力线通信信信道分分析 选择了了合适的的调制技技术，但但因PLLC技术术的信道道变化剧剧烈，干干扰强，各各种突发发噪声多多等一系系列问题题。在这这些问题题的影响响下，通通信的可可靠性、安安全性、有有效性等等受到严严重威胁胁，同时时这也在在很大程程度上限限制了它它的使用用。因此此在此基基础上分分析PLLC的信信道以及及信道建建模是很很必要的的。3.1电电力线传传输信道道特性信号在传传输过程程中遇到到噪声是是不可避避免的。这这些噪声声可以是是人为的的也可以以是设备备本身所所固有的的。因而而对通讯讯信道特特性的分分析和模模型的建建立是研研究通信信问题的的基础。噪噪声对信信号传输输的可靠靠性和稳稳定性有有很大关关系，可可见对信信道信道道分析和和建模也也是十分分必要的的。目前，大大部分城城市内的的铁路通通信、轨轨道交通通通信系系统、医医疗系统统、政务务系统等等都是基基于双绞绞线、同同轴电缆缆、光缆缆等物理理媒介实实现通信信的112。这这些通信信线路，虽虽然通信信容量大大，但具具有造价价高，维维护难，衰衰减大，抗抗干扰能能力差、不不利于检检修等缺缺点，尤尤其对老老城的改改造更加加不易。通通过我们们对电力力载波技技术的了了解，利利用现有有的电力力线进行行数据传传送，可可以减少少投资和和成本。目目前，我我国的路路灯都是是用2220V电电压提供供的，这这样就有有了一个个现有的的布线广广泛的的的信道。信道具有有广义信信道和侠侠义信道道之分10。侠义义信道只只是单纯纯的媒介介。广义义信道除除了包括括媒介之之外还包包括与通通信相关关的变换换装置。这这些装置置可以是是发送设设备、接接受设备备、调制制器、解解调器等等。图33-1为为广义信信道模型型： 图图3-11 广广义信道道模型然而通信信系统中中存在着着严重的的干扰问问题，特特别是处处于研究究阶段的的低压电电力载波波通讯方方面，附附加了加加性噪声声和电磁磁兼容问问题。要要在干扰扰严重和和各种突突发噪声声多的电电力线上上实现可可靠和稳稳定的数数据通信信并不是是一件容容易的事事。如何何选择调调制方式式、采用用何种系系统构架架、采用用何种通通信协议议、通信信方式，应应建立在在对低压压电力线线信道特特性了解解的基础础之上。这这方面的的研究以以及相关关论文，目目前国内内还较少少。总的的来说。信信道传输输干扰是是很复杂杂的。3.1.1时变变性在路灯供供电过程程中，我我国采用用的是2220VV交流两两线供电电。电力力网上的的各种用用电设备备的断切切换，在在信道上上会表现现出时变变性，能能引起信信号的相相位、幅幅值发生生很大变变化。而而且在传传输过程程中信号号是衰减减的，很很容易导导致失真真。3.1.2衰减减特性电力网上上的各种种负载变变化的不不确定和和信号传传输中的的衰减，是是通信过过程中常常见的问问题。在在电力载载波技术术中，衰衰减对信信号的影影响最大大。因为为电力线线的非均均匀分布布，各种种性质的的设备随随机的接接入，因因此信号号在电力力线上的的传输必必然存在在着信号号衰减。显显然这种种衰减与与通信距距离、信信号频率率等密切切相关。总总的来说说传输距距离越远远，衰减减越厉害害。因此我们们在设计计系统的的时候必必须要考考虑到这两个个因素，折中让让系统的的总体性性能达到到最好的状态态。 3.1.3 电电力线干干扰在利用电电力载波波技术进进行数据据通信时时，考虑虑的另一一个干扰扰是电力力线本身身干扰。电力线上的干扰可分为非人为干扰和人为干扰9。非人为干干扰指的的是自然然现象所所引起的的干扰,如打雷闪电。这个个很容易易在电力力线上引引起脉冲冲干扰。可可以选择择合适的的路灯工工作频率率来减少少或者避避免这类类干扰人为干扰扰则是由由连接在在电力线线上设备备本身。如如路灯、KQ-130模块、功率变换单元等。在实际应应用中发发现,电电力线上上的的干干扰不是可知知性高斯斯白噪声声一种。信信号传错错了线、信号强强度不够够、电力线线污染等等都可以以造成干干扰，这这些都可可以等效效为热噪噪声。3.1.4多径径干扰多径效应应(MuultiiPatth)10会多径会会导致信信号的衰衰落和相相移，其其中多径径指电信信号从发发射端到到达接收收端可以以有很多多经过途途径。如如图所示示的电力力线通信信结构模模型中，发发射信号号和接受受信号之之间有两两条通路路。由于于信号通通过的这这些通路路所用的的时间不不同，从从而会引引起相应应的相位位的变化化，这些些不同路路径的延延迟信号号在接收收机端叠叠加产生生的失真真的信号号，即为为多径干干扰。图3-22 多径干干扰3.2 电力线线通信信信道模型型 通过以以上对电电力线信信道特性性和噪声声干扰的的分析10。我们们可以看看出建立立一个精精确的、实实用的模模型是不不可能的的。并且且实用价价值和替替换性并并不大、可可靠性不不高、普普及率不不大，我我们要具具体问题题具体分分析。我我们应该该很明确确的知道道每个模模型都有有自己的的使用场场合，当当然所遇遇到的主主要噪声声和实现现的主要要功能不不同模型型的侧重重点也不不相同。但但是我们们可以建建立一个个基本特特性的近近似模型型，通过过对近似似模型的的分析和和研究，我我们可以以在此基基础上更更深入的的了解和和分析我我们所需需要的部部分。下下面我们们利用自自控原理理知识建建立信道道传递函函数模型型。3.2.1低压压电力线线信道近近似模型型研究的低低压电力力线近似似模型10如图3-3所示示。图3-33 电电力线信信道简化化模型在目前较较为成熟熟的自动动抄表技技术中较较普遍地地存在盲盲区问题题177。在在用电高高峰期，各各种用电电设备的的不断切切入，断断开，对对电力线线的干扰扰不断，容容易出现现信号丢丢失现象象。在电力载载波技术术中，我我们也面面对着一一些实际际问题需需要解决决，如：1.解决决电力线线上的设设备对安安装地点点的敏感感性问题题，保持持合适的的传输速速率并解解决图像像马赛克克问题。2.对于于这类载载波设施施的可靠靠性和有有效性检检验，一一定要考考虑在加加入线路路高斯白白噪声的的环境下下，即在在一定的的信噪比比下进行行传输性性能的测测试，有有助于提提高其实实用价值值和安全全性。3.制定定相关的的行业标标准。第四章 照明明控制系系统设计计通过上面面对通信信知识，电电力载波波知识的的了解，并并对KQQ-1330模块块的FSSK调制制技术的的掌握，而而且我们们也对PPLC信信道进行行了分析析和建模模，有了了这些知知识储备备，相信信我们在在接下来来的系统统设计中中得心应应手。本系统采采用电力力载波通通信技术术，以电电力传输输线作为为媒介3。完完成主控控站，总总控站，和和从控站站之间的的信息交交换，可可实现对对路灯开开关时间间设定、开开启比例例设定、路路灯坏损损查询，路路灯电压压调整等等相关操操作。改改变传统统的控制制方式，实实现了城城市路灯灯的远程程集中管管理，提提高了城城市智慧慧水平，对对人力、物物力资源源得到很很大节约约，具有有很好的的发展前前景。通通过我们们对电力力载波技技术的了了解，利利用现有有布线实实现数据据传送，可可以减少少投资和和成本。目目前，我我国的路路灯都是是用2220V电电压提供供的，这这样就有有了一个个可靠的的信道。4.1照照明控制制系统设设计方案案 为了了达到高高可靠性性和节约约电能的的目的，并并结合现现有的电电力载波波技术和和手头的的电子元元器件，设设计出的的基于电电力线载载波通信信技术的的智能化化路灯控控制系统统的总体体设计方方案。从结构上上看，系系统由总总控站（城城市路灯灯的总控控制中心心/总枢枢纽，如如：天津津市路灯灯管理所所）、主主控站（城城市各个个行政区区的控制制中心，如如：西青青区路灯灯管理所所）和从从控站（各各个行政政区内的的各条街街道或者者各个居居住小区区，如：天津工工业大学学路灯管管理办公公室）三三部分组组成99。总总框图见见4-11图：图4-11 照明明系统综综框图其各自构构成如下下：1） 总控站（城城市路灯灯的总控控制中心心/总枢枢纽） 在本论论文设计计中，总总控站是是由主控控单片机机上的LLED显显示灯和和数码管管来模拟拟的，一一旦接收收到坏灯灯信息，数数码管立立刻将其其坏灯编编号显示示出来，LLED显显示灯将将全排显显示，以以提醒工工作人员员进行检检修。总总控站发发出开关关灯指令令，利用用电力载载波技术术到达各各个从控控站，从从而实现现路灯控控制。并并采集路路灯的工工作状况况。2) 主主控站（城城市各个个行政区区的控制制中心）主控站内内部结构构如图44-2所所示。 图4-22 主主控机结结构图下面是信信源编码码的组成成：一个最基基本的通通信数据据包由88字节数数据组成成：第一、二二字节是是主控站站标识（可可以是事事先编写写好的IIP地址址）；第三字节节是命令令；第四、五五字节是是分配给给从站的的地址（IP地址或者虚拟IP地址）；第六至第第八字节节为传送送的有效效数据。主控站分分析的内内容：一一是识别别主机是是否是自自己的上上级，二二是识别别从机地地址是否否有自己己的地址址。只有有在全部部确认无无误后，从从控站才才执行相相应的命命令和操操作。我我们为了了实现可可靠准确确的数据据通信，可可以附加加校验码码，最常常用的循循环检验验码。在在图4-2中的的架构图图中，表表示出了了它要实实现的什什么功能能。本论论文设计计中，利利用主单单片机来来控制路路灯的“亮”“灭”状态，一一旦主单单片机发发出开灯灯信号，从从单片机机上LEED灯将将会显示示出状态态。 3)从控控站（各各个行政政区内的的几条街街道或者者几个居居住小区区）从控站的的内部逻逻辑结构构如图44-3所所示，每每个从控控站可控控制三组组路灯（每每组可表表示一条条街道或或者一个个居住小小区内的的路灯，也也可以分分为很多多组，这这里为了了方便表表示只画画了三组组）。它它接收来来自主控控站发送送的信号号，信道道是电力力线，根根据信号号执行相相应的操操作。另另外，从从控站可可以对当当前的天天色做出出判断，并并根据事事先调试试的时间间进行采采样处理理，以便便在合适适的时间间对路灯灯的供电电电压做做出合适适的调整整，以实实现其节节能的目目的。用用从单片片机来模模拟从控控站，从从控制器器控制路路灯，并并对路灯灯进行检检验，一一旦路灯灯工作不不正常，将将此状态态发送给给主单片片机88。图4-33 从从控机结结构图当然，在在上述通通讯实现现的过程程，难免免会发生生信息传传输延迟迟、信息息乱码的的情况12。我们们遇到时时，结合合课题要要求，做做出合适适的抗干干扰和检检验措施施的选择择。4.2载载波通信信模块设设计在系统运运行过程程中，通通讯的可可靠性和和有效性性是很重重要。如如果将总总控站、主主控站和和从控站站看做系系统的一一个节点点。节点点之间的的通信是是通过载载波技术术实现的的100。为了方便便分析和和理解，本本论文采采取简化化法，即即通过电电力载波波技术实实现单个个路灯的的智能化化控制，其其余问题题只是采采取类似似的方法法进行组组装而已已，这样样也方便便我们更更好的学学习和理理解。4.2.1 电电力线载载波通信信芯片的的选择我国的电电力载波波芯片没没有相关关的行业业标准替替换性较较差，在在实际应应用中这这是必须须要考虑虑的。本本论文采采用的是是四川科科强电子子技术有有限公司司生产的的KQ1300电力载载波数据据收发模模块77。由于KQQ-1330里面面集成了了KQ-3300，所以以要想彻彻底了解解到其相相关知识识和满足足我们开开发应用用的能力力。我们们需要对对KQ-3300有个彻彻底的了了解，KKQ-1130只只是在KKQ-3330的的基础上上增加了了一些外外围电路路6。KQ-3330系系列性能能： 1.工作频频率12201135KKHZ，接接口波特特率96600bbps。实实际波特特率1000bpps，2250个个字节缓缓存器。 2.温度范范围：-25+770 湿度度95%。 3.供电电电源：DDC +5V Imaax20mmA接收收时12mmA。KQ-3330引引脚说明明：正面从从左至右右为111脚脚：1PIIRX，载载波信号号的输入端；2PAAGNDD，输入入输出模模拟电路路共地端口口；3PVVAD，模模拟电路路电源与与AGNND之间间并联一一只4770uFF电容；4PVVCC，+5V的的供电电电压；5PDDGNDD，输入入输出数数字电路路共地端端口；6PRRX，调调制数据据的输入端，接单单片机的的TXDD端口；7PGGL，零零点检测测输入端端口，接接光耦的的集电极极端；8PTT1，载波频频率输出出端口；9PTTX，调调制数据据输出端端，接单单片机的的RXDD端口；10PMODDE,载载波数据据模式控控制端口口；11PNC。4.2.2KQQ-1330F电电力载波波数据收收发模块块介绍具有FSSK调制制解调技技术的KKQ-3330模模块已集集成在KKQ-1130内内部。KKQ-3330的的外围电路如图图4-44所示：图4-44 KQ-1300模块内内部组成成载波信号号功率放放大电路路6如图44-5所所示：如如4-55图所示示： KKQ-3330模模块被使使能后，载载波信号号由T11端输出出。经过过三极管管功率放放大后，输输出到TTI端和和耦合电电路上。二极管DD6主要要是将输输入端的的电压钳钳制在一一个合适适的值内内，从而而使输出出端更加加稳定，降降低失真真。这样可可以有效效的减少少发射的的功率损损耗，延延长使用用寿命。如如图4-5所示示： 图44-5 载波波信号功功率放大大电路滤波接收收电路6如如4-66图所示示，R33在接受受发射信信号时可可以有效效抵抗衰衰减；电电感L22、电容容C5组组成并联联谐振回回路，经经典滤波波是根据据傅立叶叶分析和和变换提提出的一一个工程程概念。结结合数学学理论，任任何一个个满足一一定条件件的信号号，都可可以被看看成是由由无限个个正弦波波叠加而而成。现现代滤波波技术主主要有卡卡曼滤波波、非线线性滤波波、维纳纳滤波等等。在本电路路中，谐谐振以中中心频率率为1220KHHz设计计，为了了和KQQ-3330模块块的工作作频率（120135KHZ）相对应，电容和电感完成对有效信号的带通滤波；由电感、电阻、电容组成的选频回路可以有效提高载波接收灵敏度。根据并联谐振公式： (4-1) 以f=1120KHHz，选选择电容容为C55=47700PP，可以以选择合合适的电电感值，LL2=2200uH。二极管DD9、D100的作用用是将接接收信号号的电位位钳制在在0.77V，IIRX被被内部上上拉后平平移到22.5VV0.77V，以以利于后后续处理理。图4-66 滤滤波接收收电路 零点检检测电路路144：零零点检测测也叫过过零检测测。如图图4-77所示，主主要任务务是：11.是完完成对电电路的断断点检测测；2.是通过过光电耦耦合来判判断电路路中有没没有电压压。KQ-3330EEF的GGL端口口是专用用来零点点检测的的。接在在光电耦耦合的集集电极上上，产生生一个上上升沿或或下降沿沿，与其其他电路路进行同同步。相相当于数数字芯片片里面的的使能端端。如图图4-77所示：图4-77 零点点检测电电路载波耦合合电路11：该电电路的功功能有两两个，一一个是将将经过发发送电路路功率放放大后的的信号耦耦合到电电力线上上；另一一个是从从电力线线上获取取有效地地载波信信号。如如图4-8所示示：图4-88 载波波耦合电电路电路路通过对以以上KQQ-3330模块块的外围围电路分分析，集集成后的的KQ-1300电力载载波模块块的电路路图如44-9所所示：图4-99 KQQ-1330模块块电路图图KQ-1130引引脚77说明明：正面从从左至右右为1-9脚：图4-110 KQQ-1330模块块引脚图图1PAAC：2220VV交流电电压的火火线（或或零线）；2PAAC：2220VV交流电电压的零零线（或或火线）；1P和22P那个个是火线线，那个个是零线线没有严严格分明明，以免免在接入入不正确确的情况况下引发发不必要要的危险险。3P+5V：+5VV发送电电压通过过内部调调制可以以提供2260mmA的工工作电流流，如果果单独收传送的的数据时，可以以悬空来来降低功功耗和延延长模块块的使用用寿命；4PGGND：输入输输出数字字电路的的接地端端；5P+5V：+5VV的工作电电源，内内部调制制可以提提供111mA的的工作电电流；6PRRX：TTTL电电平信号号，载波波数据输输入端，接接单片机机的TXXD端；7PTTX：TTTL电电平信号号，载波波数据输输出端，接接单片机机的RXXD端，高阻阻输入不不能悬空空；6P和77P主要要完成单单片机和和电力载载波模块块的数据据通信。8P