基于电力线载波通信系统的网关设计

摘要

电力线载波通信(Power Line Communication，PLC)利用现有的电力线网络资源，不需要重新布线，大大降低了通信网络成本，这种通信方式可将一定区域内的用电设备组合起来，非常便捷。基于电力线载波通信系统的网关设计，旨在对用电力线网络连接的用电设备进行控制和数据采集，并将采集到的数据通过以太网、公众移动通信网络共享到云端。
　　根据功能要求，先设计硬件电路，后设计软件程序。硬件方面，通信网关以ARM芯片为核心处理器，设计大容量存储电路，程序调试下载接口电路、网络通信接口电路、串行通信接口电路、电力线通信接口电路。软件运行环境为Linux嵌入式操作系统，可提供丰富的底层驱动程序，降低了开发难度。
　　通信网关作为连接云端设备和控制设备的桥梁，与云端设备通信采用两种方式:(1)以太网，通过网线将云端设备和通信网关连接起来，采用HTML、CGI技术与Web服务器相结合的方法，实现云端与通信网关通信。此时系统采用B/S模式，Web界面作为人机界面，Web界面除了与嵌入式Web服务器进行TCP通信，还有访问嵌入式SQLite数据库的功能，以方便对历史数据的下载和应用。(2)无线网，当没有以太网时，通信网关和云端设备通过通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service，GPRS)将数据返回给客户端，客户端软件采用的是GPRS供应商提供的调试软件。通信网关和控制设备通信时，采用电力线将二者连接起来，通信网关控制用电设备读取数据的指令，先经过LDPC编码、DSSS，通过电力线信道发送给用电设备，用电设备经过解扩、解码之后，采集电表数据，并将采集的数据经过LDPC、DSSS，经电力线回发给通信网关，通信网关采用DSSS解扩与LDPC译码相结合的数字通信方法对收到的数据进行处理，并将数据存储到数据库中，同时可将数据返回给云端。
　　论文应用Linux嵌入式开发平台，实现了通过电力线采集电能表数据，并将数据通过网络共享至云端设备的过程，无需布线，可方便快捷的控制用电设备。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 电力线载波通信系统的应用现状

1．3 论文研究意义

1．4 论文内容及章节安排

2 系统方案设计和工作平台搭建

2．1 系统设计需求

2．2 系统体系结构

2．3 软件开发平台搭建

2．3．1 安装虚拟机和Linux系统

2．3．2 嵌入式Linux操作系统的特点

2．3．3 移植嵌入式交叉编译工具

2．3．4 移植嵌入式Boa服务器

2．3．5 移植SQLite数据库

2．4 硬件开发平台搭建

2．5 小结

3 硬件电路设计

3．1 CPU芯片选择

3．2 外围电路

3．2．1 存储电路

3．2．2 网络电路

3．2．3 程序下载电路

3．2．4 时钟电路

3．2．5 指示灯电路和串口电路

3．3 RS-485数据采集电路

3．4 电源电路

3．5 电力线载波通信电路

3．6 印刷电路板设计

4 系统软件设计

4．1 总体软件设计

4．2 电力线通信发送数据处理

4．2．1 LDPC编码

4．2．2 DSSS扩频

4．2．3 BFSK调制

4．3 电力线通信接收数据处理

4．3．1 解扩译码

4．3．2 数据转换

4．3．3 数据存储

4．4 以太网程序设计

4．4．1 实时读取数据

4．4．2 历史数据下载

4．5 GPRS程序设计

4．5．1 AT指令集

4．5．2 GPRS程序设计流程

5 系统功能测试与性能评估

5．1 以太网读取数据界面

5．1．1 读取数据界面

5．1．2 电能表历史数据下载

5．2 GPRS数据读取结果

5．3 系统功耗

5．4 系统误码率

5．5 系统响应时间测试

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢