文档介绍：电力载波通信抄表集中器硬件设计
摘要
随着我国电力事业的迅速发展,传统的用电抄收管理方式己经不能满足市场需求。本文在大量收集查阅国内外有关远程抄表系统资料、深入用户及用电管理部门广泛调研的基础上,提出了一种采用低压电力线载波通信技术的远程自动抄表系统。该系统具有三层网络结构,即上位机管理系统、集中器和载波电表。重点分析研究了集中器及其与各组成部分的通信。由于我国低压电力线上存在的高削减、高噪声、高变形,必须采用特殊的通信技术。
本文首先分析了高频信号在电力线中的传输特性;重点讨论了扩频通信技术在电力线载波通信中的应用;深入研究了以扩频调制解调技术通信技术为基础的、高性能的电力线载波专用MODEM芯片SSC P300的内部工作原理。在此基础上,采用SSC P300实现了远程抄表系统中集中器与终端载波电表之间可靠的数据传输。集中器是连接上位机与终端载波电表之间的枢纽,起着上传下达的作用。根据中华人民共和国电力行业标准规定的集中器的主要功能及性能指标要求,本文重点研究设计了集中器的硬件系统。其中硬件系统主要包括主控制器、外部扩展数据存储器、时钟模块、看门狗模块、上位机通信接口电路以及电力线载波通信电路及其外围电路等。
关键词:电力线载波,扩频通信技术,集中器,抄表系统
目录
1、摘要……………………………………………………………………………………I
2、前言……………………………………………………………………………………1
3、电力线载波通信技术…………………………………………………………………2
4、电力载波抄表系统总体设计…………………………………………………………4
5、电力载波抄秒表系统集中器硬件的设计……………………………………………5
6、电力线载波抄表系统集中器软件的设计 21
7、小结 26
前言
本课题所设计的自动抄表系统主要的难点是解决低压电力线载波通讯技术和电话网通讯技术,随着扩频载波技术被应用到在低压电力线载波通讯中,在规定的通信距离中,其抄表的成功率高达100%,在我国已经开发研制成功;而电话网络经过多年的发展,己经被实践所检验,基本上不存在任何问题。因此,本自动抄表系统在技术层面来讲是可行的。在经济实用性方面,本课题设计的自动抄表系统有着绝对的优势,本系统在设计中所采用的通讯媒介是低压电力线网络和现有的电话网络,不需要另外再铺设通讯设施,因此在经济实用性方面也是完全可行的。综合以上两个方面,可见本课题所设计的自动抄表系统是完全切实可行的。
本课题是在总结前人的自动抄表系统的基础上,结合我国的实际情况,设计出一种经济实用的自动抄表系统。该系统底层通讯方式采用低压电力线载波通信的方式,载波芯片使用Intel Lon公司的SSCP300扩频载波芯片;上层通讯采用电话网络
载波芯片
接口电路
处理器
处理器
接口电路
载波芯片
图1-1 载波接口电路
一电力线载波通信技术
由于电力线并不是专为传输信号而设计的,所以有必要分析高频信号在电力线中的传输特性。影响电力线载波传输质量的主要因素有:电力网络的阻抗特性、衰减特性及噪声的干扰。前两者制约信号的传输距离,后者决定数据传输的质量。
(1) 低压电力线上输入阻抗及其变化
输入阻抗是表征低压电力线传输特性的重要参数,研究输入阻抗对于提高发送机的效率,增加网络的输入功率有重大意义。理论和实验表明低压电力线上的输入阻抗不仅与传输信号的频率有关系,而且与低压电力线上所连接的负载有关系。在理想情况下,当没有负载时,电力线相当于一根均匀分布的传输线。由于分布电感和分布电容的影响,输入阻抗会随着频率的增大而减小。当电力线上有负载时,所有频率的输入阻抗都会减小。但是,由于负载类型的不同,使不同频率的阻抗变化也不同,所以实际情况非常复杂,甚至使输入阻抗的变化不可预测。由于低压电力线输入阻抗的剧烈变化,使发送机功率放大器的输出阻抗和接收机的输入阻抗难以与之保持匹配,因而给电路设计带来很大的困难。
(2) 低压电力上高频信号的衰减及其变化
高频信号在低压电力线上的衰减是低压电力线载波通信遇到的又一个实际困难。对高频信号而言,低压电力线是一根非均匀分布的传输线,各种不同性质的负载在这根线的任意位置随机地连接或断开。因此,高频信号在低压电力线上的传输必然存在衰减。显然,这种衰减与通信距离、信号频率等都有密切关系。总的来说,信号传输的距离越远,信号衰减就越厉害。但是,由于电力线是非均匀不平衡的传输线,接在上面的负载的阻抗也不匹配,所以信号会遇到反射、驻波等复杂现象。这些复杂现象的组合,使信号的衰减随距离的变化关系变得非常复杂,有可能出现近距离点的衰减比远距离点还大的现象。对于民用电网,其三相电源所接的负载大小和性质都不相同,所以同