电力线载波双向传输模块研究

电力线载波双向传输模块研究电力线载波双向传输模块研究 电力线载波双向传输模块研究 一 文献综述 1 本课题研究的目的和意义 电力线载波 Power Line Carrier PLC 通信是利用高压电力线 在电 力载波领域通常指 35kV 及以上电压等级 中压电力线 指 10kV 电压等级 或低压配电线 380 220V 用户线 作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一 种特殊通信方式 近年来 高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限 制 已经进入了数字化时代 并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需 要 中 低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面 电力线上网充分利用现有的配电网络基础设施 无需任何布线 是一种 N o NewWires 技术 可以节省了巨大的新增投资 目前 我国拥有全世界长度 排名第二的电力输电线路 全国 500kV 和 330kV 的电力线路长达 25094 16Km 220Kv 线路 107348 06Km 加上 110Kv 线路共计 310000Km 可绕地球近 8 圈 我国目前电话用户不到 3 亿 但用电用户已超过 10 亿 显然这连接 10 亿用户 的既存电力线是提供上网服务的巨大物质基础 直接在覆盖全国的电力网络上 架构互联网连接将比现在铺设光纤的方式节省大量的人力和物力 因此 随着 用户的增长 局端设备可以随时进行动态增加 这一点对于运营商来说就意味 着 他可以不必在设备采购初期投入巨大的资金 因此也有宽带网络接入 最 后一公里 最具竞争力的解决方案之称 利用电力上网全天候在线的特点 可 轻松实现数据 语音 视频以及电力于一体的 四网合一 更可以在智能家 用电器控制 数字化社区服务 小区安防等领域大显身手 2 国内外研究现状 电力线通信技术出现于本世纪二十年代初期 应用电力线传输信号的实例 最早是电力线电话 它的应用范围是在同一个变压器的供电线路以内 将电信 号从电力线上滤下来 1991 年美国电子工业协会确认了三种家庭总线 电力线 是其中一种 1997 年 10 月 Northern Telecom 公司宣布进行数字电线技术的 开发 这项技术将使电力公司能够在电力线上以 1Mbps 的速度传送数据和话音 业务 去年西门子的 PLC 技术将电力线总线的家庭扩大到小区的电信接入网端 口 而且能以 1Mbps 的速率传输数据 进展在今年加快 由思科 英特尔 惠普 松下和夏普等 13 家公司已于今 年 4 月成立 家庭插电联盟 HomePlug Powerline Alliance 致力于创造共 同的家用电线网络通讯技术标准 今年底前 正式的 电线 标准可望定案 而第一批使用此技术的产品可望在年内推出 欧洲也不示弱 在今年德国汉诺威信息技术大展上 德国电力工业巨头 RW E 电力公司推出了名叫电力网的新技术 这种新的传输技术将能通过电源线路 传输各种互联网数据信号 从而大大推进互联网的普及 用户只需花上几分钟 时间 把特制的调制解调器与普通的电线插口相接 就可以上网浏览 速度也 可达到每秒 2 兆比特的宽带标准 德国联邦议院议会上院新近通过一项议案 批准使用能使互联网信息通过电力线和墙上电源插座传输的技术 日本将在 2001 年内制定出连接装置的技术标准 日本九州电力公司和东京电力 公司与三菱电机 富士通 松下电器等合作 开发通过电力线路传送和接收图 像的技术 并定于 2001 年内推出实用产品 在我国 四十年代已有日本生产的载波机在东北运行 做为长距离调度的 通信手段 从 1999 年起 我国电科院就开始对高速 PLC 进行研究 并在 2001 年 8 月 在沈阳建立了第一个实验网络 又从 2001 年 12 月起 国电通信中心 开始组织国内外厂商在北京居民区开展 PLC 应用试验 这些公司包括韩国的 Xe line 14Mb s 系统 瑞士 ASCOM 公司 4 5Mb s 系统 美国 Leap 公司 14 Mb s 西班牙的 DS2 公司 福建电力试验研究院 10Mb s 系统 以及电科 院 14Mb s 系统 等 最近 我国福建省电力试验研究院研制成功 数字化输 电线路技术 的核心产品 电力调制解调器及多个相关产品 其传输速率达 到 10M 同时国电通信中心采用国内外电力线通信 PLC 组网设备 在北京某生 活小区成功地进行了 lnternet 接人试验 并获得了较理想效果 随着研究的深 入 PLC 也向更高速率发展 例如将速率提高到 100Mb s 甚至 200 Mb s 届 时 高速 PLC 将为宽带接入通信作出更大贡献 3 研究内容 本课题是针对电力线载波双向传输模块及数据传输特性的研究 结合电路 设计 电力线调制解调器芯片 振荡器 功放 T R 转向开关 耦合电路 protel 软件 单片机系统知识 计算机仿真分析等相关知识 1 电力线调制解调器芯片的简介 a ST7536 一种半双工同步调频调制解调器 可在电力线上以 600bps 或 1 200bps 的速率进行数据传输符合欧洲 CENELECEN50065 1 和 ENELDH028 29 标准 以及 USFCC 规定 ST7536 使用了调频技术 FSK 可在非常噪杂的电力线传输环 境中实现了低成本的稳定的数据传输 b ST7537 一种半双工异步调频调制解调器 使用了调频技术 FSK 虽 然在这种传输环境中 使用调幅技术更为可靠 但是由于调幅技术产生噪声 并且 频谱很宽 实现起来非常复杂 因而成本大大增加 2 protel 软件 用以产生各种用途的高质量电路原理图 在这里主要是用与 硬件原理图和印刷电路板图的绘制和研究 使用 protel 软件绘出所设计的电路 原理图和印刷电路板图 3 计算机仿真分析 仿真就是用不同的物理装置或者数学数据处理系统 全部 或者部分地模仿所设计机器的运动和数据处理系统 使模仿的系统能够像被模 仿的系统一样接受同样的数据 执行同样的程序 完成类似的动作 获得同样 的结果 在这里主要是对用电阻和电容组成的模拟网络进行仿真分析 以研究 机构的最佳结构参数组合 为实际的机构设计和制造提供准确信息 在本课题 中主要是用 MATLAB 进行仿真 4 单片机系统 电力线载波双向收发模块电路组成最小单片机系统 二 技术路线 在发送时 利用调制技术将用户数据进行调制 把载有信息的高频加载于 电流 然后在电力线上进行传输 在接收端 先经过滤波器将调制信号取出 再 经过解调 就可得到原通信信号 并传送到计算机或电话 以实现信息传递 P LC 设备分局端和调制解调器 局端负责与内部 PLC 调制解调器的通信和与外部 网络的连接 在通信时 来自用户的数据进入调制解调器调制后 通过用户的 配电线路传输到局端设备 局端将信号解调出来 再转到外部的 Internet 具 体的电力线载波双向传输模块的设计思想 由调制器 振荡器 功放 T R 转 向开关 耦合电路和解调器等部分组成的传输模块 其中振荡器是为调制器提 供一个载波信号 在发射数据时 待发信号从 TXD 端发出后 经调制器进行调 制 然后将已调信号送到功放级进行放大 再经过 T R 转向开关和耦合电路把 已调信号加载到电力线上 接收数据时 发射模块发送出的已调信号通过耦合 电路和 T R 转向开关进入解调器 经解调器解调后提取原始信号 并将原始信 号从 RXD 端送到下一级的数字设备中 三 毕业设计 论文 进度安排 一调研 一调研 4 4 周 周 根据毕业设计题目的要求查阅有关资料 资料来源 1 科技期刊论文 中文 全国学位论文集 中文 2 美国工程索引 英文 3 教科书 技术手册机及其它相关书籍和资料 二材料综合 二材料综合 1 1 周 周 1 阅读科技期刊论文或学位论文 精读 4 5 篇 泛读 10 篇以上 2 写出综述 内容包括课题的目的和意义 国内外研究现状和研究内容 3 写出开题报告 内容包括文献综述 技术路线 进度安排和预期结果 三毕业设计的具体内容 三毕业设计的具体内容 5 5 周 周 1 设计方案的确定 2 方案中的各部分的设计 四毕业设计的整理 四毕业设计的整理 1 51 5 周 周 五毕业设计装订和准备毕业答辩 五