基于现场总线的电力线载波通信系统的设计

摘要

低压电力线载波通信技术是一种经济可行的配电网自动化通讯技术，其具有很高的经济效益和社会效益，受到了越来越广泛的关注。然而目前利用电压配电网建立数据通道还存在不少困难，主要表现在信号传输衰减较大，电网上噪声高，信号接入点的阻抗随时变化而不可预测。因而严重影响了通信的质量。所以，如何克服以上问题，提高低压电力线载波通信的稳定性是实现电力线载波通信技术的关键。 本文针对电力线载波通信耦合技术做了深入的研究。主要涉及到三个方面的内容：电力线通信信道阻抗分析与建模以及对FSK调制解调的抗噪性进行了理论分析与Matlab仿真、结合带通滤波器的设计、CEBus协议的研究与实现。并在此基础上设计了信道衰减自平衡模块、自动阻抗匹配模块，并在软件上实现了一种载波监听的多机竞争的解决方案。 在电力线通信信道阻抗分析与建模中，参考传输线理论和无线传输信道建模中的相关技术，建立了电力线阻抗模型，并且对FSK的调制解调方式从误码率的角度进行了抗噪性的理论分析。在结合带通滤波器的设计中，提出了结合滤波器的设计思路以及设计步骤，并给出了具体的结合滤波器的设计与实测波形结果。在CEBus协议的研究与实现中，介绍了EIA制定的电力线通信协议标准CEBus，并在CEBus的基础上编制具体的通信协议、编码方案、CRC校验等，提出了一种载波监听的多机竞争的解决方案，确保了通信的高可靠性和高效性。最后介绍通信控制程序的编写。 针对在不同时间段阻抗变化较大和谐波干扰提出了两种有效的解决方案，设计了信道衰减自平衡模块与自动阻抗匹配模块。这两种电路结构简单，可靠性高。并自制了一个双机通信的演示系统，以便有最初的模型，成为开发其他应用电路的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1工业监控系统的发展

1.2.2电力线载波通信技术的发展

1.3论文的主要内容与章节安排

第2章低压电力线信道建模以及FSK通信的理论研究

2.1低压电力线信道特性分析

2.2基于传输线理论的低压电力线总体辩测法建模

2.3低压电力线载波通讯中心频率的选择

2.4窄带调制原理及FSK信号的调制和解调

2.5 2 FSK系统的抗噪声以及误码性能分析

第3章电力线载波通信系统设计

3.1 FSK调制解调芯片ST7538

3.2电力线接口电路的设计

3.2.1接口电路模型

3.2.2发送部分电路

3.2.3接收部分电路

3.2.4保护电路

3.2.5需要注意的问题

3.3微控器的选择

3.4现场总线协议研究

3.4.1现场总线协议的选择

3.4.2通信协议的原型：CEBus

3.4.3基本数据编码方案

3.4.4 CRC编码校验

3.4.5协议的软件实现

第4章电力线载波电路的改进

4.1缺点及解决方法

4.2信道衰减自平衡模块

4.3自动阻抗匹配模块的设计

4.3.1阻抗匹配的方法

4.3.2自动阻抗匹配模块的设计

4.3.3软件设计

4.4测试结果

第5章总结和展望

5.1全文总结

5.2今后的工作与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢