文档介绍：第一章绪论
城市道路照明是城市建设的一个重要组成部分,对美化城市、加强社会治安、保障夜间交通及城市的文明建设起重要的作用,同时也为城市的人民生活和经济活动提供了重要保障[1]。随着计算机技术、通信技术、电力线载波数据传输技术和测控技术的发展,设计自动化程度高、运行可靠、高效节能和使用维护方便的路灯系统,是路灯控制与管理现代化的必然要求[2]。据1999年全国道路照明专业委员会第九届年会上得到的不完全统计数字,目前国内所有城市道路照明灯的总数约300万只,工矿企业、车站、机场、码头、高速公路等非市政照明灯的总数约100万只,总数400多万只,并且每年递增10%以上。如果及时将电力线载波技术应用到路灯监控系统中,仅从节约电费、降低灯泡损耗和人工开支三项来计算,五年时间可为国家节约近100亿元人民币。
为了提高道路照明系统的质量,及时发现路灯的损坏情况,方便市民生活,人们希望能够利用已有的路灯供电系统传输监测路灯的信号,以便实现对路灯的及时维修[3],而电力线载波通信技术就是利用已有的电力线路传送数据的,无需重新装设通信线路,也不占用无线通信频道资源,经济便利,前景十分广阔[4]。
我国的城市照明路灯多为钠灯,此灯在启动时需在阳极与阴极间加2000V以上的高压脉冲,使内部气体电离。启动后,灯具有负阻效应,需用1个大电感限流。
路灯损坏有三种可能:
①灯丝烧断
②启动电路(高压脉冲发生)故障
③限流电感烧断
当上述情况之一发生,灯即不能点燃。显而易见,上述故障均需更换硬件,而不能通过遥控修复。本检测系统仅检测灯的点燃与否,也不检测导致灯不能点燃的原因。因为检测的电路复杂,更重要的是没有实用价值。
城市的照明路灯,由各市的路灯管理所负责管理,管理的任务主要是:
①保证路灯的正常运行,维修更换损坏的设备。
②按季节调整路灯的开闭时间,以节约用电。
③路灯皆采用分区域分街道控制,人工监控。
目前还不能做到单灯控制,实际也没有这种必要。
本监控系统主要是灯的好坏检测,控制信号则为开、关灯的时间,作为故障检测的时间判据。
本课题研究的目的就是应用电力线扩频载波(Spread Spectrum Carrier)技术实现单个路灯的监控。电力线载波通信技术(本文所研究的电力线载波通信是指低压电力线通信)应用在路灯监控系统中,可以对单个路灯故障进行及时检测。
本课题主要工作如下:
①为了提高电力线载波模块的通信能力,研究了低压电力线传输特性和扩频通信技术;
②完成了实用的电力线载波通信接收模块的硬件设计;
③完成了实用的路灯故障发射模块的硬件设计;
④编写程序实现对路灯监控系统的设计要求。
电力线通信技术如果能够成功地应用在路灯监控系统,那么它必将带动其他电力线通信技术领域的发展与应用,如在楼宇自动化领域、家庭安防系统、自动抄表领域、网络家电领域、爬壁机器人领域等,前景十分广阔[5]。
扩频通信是一种新型的通信技术,是通信领域中的一个重要发展方向。由于它具有抗干扰能力强、截获率低、码分多址、信号隐蔽、保密和易于组网等一系列独特的优点,一经出现便引起世界各国的极大关注[6]。
传统的模拟无线通信一般采用调频(FM)和调幅(AM)两种方式,不能适应高速数据通信的要求。进入80年代后,数字无线数据通信方式成为主流,其调制方式有振幅键控(ASK)。频移键控(FSK)和相移键控(PSK),其优势是便于采用先进的数字信号处理技术,如均衡技术、编码技术等,提高了数据传输速率和传输的可靠性[7]。但是这些系统存在不少缺陷:由于无线通信信道的开放性,通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰,使得信号传输的可靠性降低。这是常规的无线数字通信难以解决的,这些因素促成了扩频通信技术的出现。
所谓扩频通信,是指用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式。设代表系统占有带宽(信号带宽),代表原始信号带宽(信息带宽),则通常认为:
扩频通信系统具有如下两大特点[8]:
①系统占有的频带宽度远远大于要传输的原始信号带宽,且系统占有带宽与原始信号带宽无关;
②解调过程是由接收信号和一个与发端扩频码同步的信号进行相关处理来完成的。
值得注意的是,有许多调制技术所用的传输带宽大于传输信息所需要的最小带宽,但它们并不属于扩频通信。例如宽带调频、低速率编码调制等。
扩频通信是一种新型的通信体制,是通信领域中的一个重要发展方向,与传统的通信方式相比它具有如下特点:
①抗干扰能力强。扩频系统的抗干扰能力是大多数通信方式无法比拟的。扩频通信系统扩展的频谱越宽,处理增益越高,抗干扰性越强。简单地说,如果信号频带展宽10倍,在干扰总功率不变的条件下,其干扰强度只有原来的1/10。
②信号功率谱密度低,有利于信号隐蔽。发射信号