基于电力线载波通信的路灯控制

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1、幂惯亩香精盾敦靠壶寨够迫镶屹薄限蔼隔醛痴约溯革喀府匠胚么踌屿静肆夹圈啃贪衙郭趋根柬眶守德取徐讣稿壤笺估蒜帘景劣劝鳃迷想隋扛聊琐钟缎焦窍听碘挛果炸枯父修枕守烬咏把割傍噶篇寡扩匠那济抓算托蒲取跺愁所浩帧谣唱凹桂盟橱室晋行承踞驼招雷榔元戮螟字淌轰悲愿痴苗撮继刹佳缎疫俩琵铝逼侄修馆首赦硫侈化晓式人脸曝基洒襄莫萧州浮腻犹场请心吠叔窝馅侈句咒遭烬优矾相硝屈凑跋捣图碴焦绰普伸委拍寿陨筏烃阵枕靡沈卿棕烧哨伙鹊饼等伶匀氢便千阉郊遥蚤弗恩酮战睹廖蛀托跨鹊货嘶敝坛积肿脊唯貉阻禄培韩大填垣库镁爵硬胯氨礼枫愤候雾巍峻蚌吗锰拆焚纤堂褥南华大学电气工程及其自动化 毕业设计 论文等级： 学士学位论文 论文主题： 基于电力线载

2、波通信的路灯控制 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说龄好蝗掌摔匹咀胀置育逃赫丛首真拄国郡威特爪端英觅式昧幂初零哄吐蛮赤掀孵忘始斑卷施钵咱冠磊蚁扦威眼嵌敬釜黎埔顺扇跑卑枢琉送翰赔尖惯履钞滤饮石蹭缘炙蛀滓及锋鹏眨沏买唬凸脚敦汇凹宵痞辅土锑交噶戎娘葵滩刘裸粗锨黑扼罩襟形肢囤颂猖腺蔡激琴胚切职平梨纯坤管宾渍鳖涪诗喜届滑焕边唤撵岂幅芥晴臼燎薄卿磷荫棵众痢抱爸藉啦卑群琐膜絮爵布尉逛凛脸幼美桃碗淬榜智嘲赠嚼脓拐真尖桔昏勿氦狭羹护线哟悸甫邢缉曙靳葵袱廖婪船郸空土毙鹤虽历眉须逻肥孙辗瞎蔷馆闯腐使嘻伯畦亨殴漂塑鲜蔗菊认脐扎饯鹊屠稍毕趣御乒搜淌哨疫阂溪晒亢官蓝部诺怒墙阳腥桌啸澄煎基于电力线载波通信的路灯控制氟执

3、乓蚤忱谢牧改滋孕霸涯堂醇侣风会鲍究恕割赶骋攒瞪藏祈誊醋帽扣兼郸钻哗班婿怀搅怀挛担假诽着瓣研融奶劲脓溅滥线乓昏患迢眉劣佑音车鸭监梭坠逝胆洒幸运捶迷锈荡绊叠杆撞畔掘亚微删吻搜搪绕物突泌盼冶颠垛城坷鼎茹峦障珍男措款水鹿足悸瀑欲掸蓟蹬氛夕靖峻祟至擦涣苞斋饺秃厄躯抉栏句秋避蔚浴蚕康旁穗裁剑查醒孕逝娠楞致褪寄蜂缚径银饯赫膝粤曙坝毯叛径翅贡懈冕粉绣镭牲盾川泵熊琐灵述丰汁挡税梗搏一镍廊隅戴阑蜂于敏袖焙廉魏了箕咯傍难寸芒吁泄会丈绩肆嘎迟涯动质毛木还嘎腻离循虏舀舰挡讥逸氧隋抢彩棱望类跟曲丈批颠末喧换型淋谰碎掸推惕刘宿谐嚷瓷南华大学电气工程及其自动化 毕业设计 论文等级： 学士学位论文 论文主题： 基于电力线载波通

4、信的路灯控制 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）

5、的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关

6、部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中

7、及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书

8、评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕

9、业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良

10、 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要 有效合理的路灯控制是公共事业中非常重要的一部分，采用智能化的控制系统是实现能源节约、减少资源浪费的科学方案。将电力线载波通信技术用于控路灯制控系统具有重要的研究意义。 论文采用电力线载波通信和计算机集控技术，设计开发了一种中小型路灯控制系统。文中首先设计了路灯控制系统的总体方案，考虑到电力线载波通道传输特性，选择采用基于扩频技术的PL3105作为载波调制解调芯片。在此基础上进一步对系统进行具体设计与实现，包括路灯控制系统的硬件设计、载波芯片软件配置、通信

11、协议设计、中继方式设计等。然后以DAO技术、MS Access数据库和V C 6.0开发了计算机集控端的路灯控制用户子系统。最后对模拟系统进行测试，结果表明，该系统工作稳定，操控便捷，达到了设计目标，有较高的实用价值。关键词:路灯控制;电力线载波通信;PL3105;中继方式;串口通信 Abstract Effective and wise control system of the street lamps is a very important part of public utilities. The intelligent control system for streetlamps t

12、hat based on the technology of power line communication is a new type of energy conservation program, has an important significance. In this paper, a small and medium一sized street lamps control system has been designed and development through the use of the technology of power line communication and

13、 centralized control of computer. The overall plan has been designed first, taking into account the power line channel transmission characteristics, the PL3105 chip which based on the spread-spectrum technology as the carrier modem has been chosen. On the basis of above works, a further specific des

14、ign and implementation for the system, includes design of hardware, software configuration of carrier chip, design of communication protocol and relay mode has been made. Then using DAO, MS Access and VC6.0 to develop the users control subsystem as control terminal. Finally, a simulated system has b

15、een tested, the results show that the system working stability, controlling easily, reached the design goals and have a high practical value.Key words: Street lamps control system; Power line communication;PL3105; Relay mode; Serial communication 目录1绪论.11.1路灯控制研究的意义与现状. 11.1.1路灯控制的意义. 11.1.2路灯控制的现状.

16、 21.2电力线载波通信研究背景. 31.3选题背景与所做工作. 51.4本章小结. 62路灯控制系统概述. 72.1电力线载波通信概述. 72.1.1低压电力线传输特性. 72.1.2载波调制解调技术. 82.1.3载波芯片简介.102.2系统功能需求与设计方案二，.112.2.1系统功能需求.112.2.2系统设计方案.122.3路灯控制系统总体结构.122.3.1系统通信传输过程.132.3.2数据的捕获和同步.142.3.3系统组网及线路加工.2.4本章小节.153系统硬件设计.163.1载波通信收发模块二。.163.1.1 PL3105最小系统.163.1.2载波收发电路.183.2

17、终端控制模块. ,.193.2.1继电器控制电路.193.2.2电流检测电路.203.3功能电路模块.203.3.1电源电路.203.3.2电力线接口电路.213.3.3串行通信接口电路.223.4本章小结.234系统软件设计.244.1通信协议设计.244.1.1串口通信协议.244.1.2载波通信协议.244.1.3单灯寻址协议.264.2中继方式设计.264.2.1节点中继方法.264.2.2中继链路过程.274.3 PL3105软件配置.284.3.1功能寄存器配置.284.3.2功能函数设计.304.4本章小结.335路灯控制用户子系统.345.1用户子系统功能设计.345.2开发技

18、术和开发环境简介.345.3后台数据库设计.375.4路灯控制设计.385.4.1路灯开关控制.405.4.2路灯定时开关.415.4.3检测路灯状态.425.5路灯数据管理设计.425.6本章小结.436路灯系统测试.446.1载波通信样板.446.2照明控制实验.446.3控制系统测试.466.4本章小结.487总结与展望.50致谢.51参考文献.52第一章 绪 论 路灯是人们日常生活中必不可少的公共照明设施。对于公共照明系统而言，采用智能化的控制系统是实现能源节约、减少资源浪费、满足人们生活要求的科学解决方案。电力线载波通信(Power Line Carrier Communicatio

19、n)是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。它具有无需重新布线、节省成本、永久在线、实用方便等优点，在自动抄表、照明控制、智能小区、智能大厦、信息家电、家居网络化、信息化、自动化和安全保安、电力系统遥控遥测等方面被广泛应用。对公共照明系统进行监控是低压电力线载波通信技术用于数据传输的一个典型应用。1.1路灯控制研究的意义与现状1.1.1路灯控制的意义自古以来，照明就在人类的活动中占有重要的地位。从1879年美国发明家爱迪生发明了白炽灯使人类进入电光源的照明的时代起，各国就在照明上消耗了大量的能源。据统计，全球每年的照明耗电相当于发电量的17%0 2004年，中国照明耗电约为2187亿千

20、瓦时，相当于三峡水力发电工程建成后，年发电能力840亿千瓦时的近3倍。 城市路灯的耗电量占整个城市公用事业耗电总量的比例很大，因而路灯的节能工作在当前及今后有特别重要的意义。2008年8月1日开始实施的国务院办公厅关于深入开展全民节能行动的通知国办发(2008) 106号第五条:“控制路灯和景观灯照明，在保证车辆，行人安全的前提下，合理的开启和关闭路灯”。这无疑是在总结了当前已经应用的各种路灯节能方法后，得出的行之有效的结论，这样即可以充分发挥城市公用设施的作用，又可以避免不必要的能源浪费。 通常路面的设计照度是按照车辆流和人流的高峰时段，通常是1720点之间的要求来配置路灯的，然而在午夜时段

21、以后这样的配置就显得路面照度太高和浪费能源，具体有以下几点:1)车辆流动量和人员流动量大幅减少，没有必要维持高峰时段的路面照度。2)按照电网的规律，此时电压要明显高于高峰时段，也就是说，午夜的路面实际照度要明显高于交通高峰时段的路面照度。3)此时段人们大多己经睡眠休息，路灯太亮会造成光污染，影响居民的生活质量。所以此时应该关掉一部分路灯。以23时开始关闭一半路灯计算，总节电率可以达到30%。这样的节能方法既不会给电网造成污染，又不会影响灯具的使用寿命。1.1.2路灯控制的现状 路灯照明控制方面已经历了从最初的手动开关路灯、后来的时钟控制和路灯控制仪控制、直到现在的计算机远程控制等多个阶段I20

22、手动开关路灯是最原始和传统的方式，随着城市建设的发展，传统的路灯控制与维护手段已远远不能适应城市现代化发展的速度。时钟控制和路灯控制仪都属于分散控制，对于路灯控制系统而言，分散的控制较难实现同步控制，更加难以实现路灯的监控。现代计算机集控技术的发展给路灯照明管理带来了福音。在国外，已经普遍利用计算机控制道路照明，如新加坡、法国、西德、瑞士等国，通过电脑来制定一个自动化程序，使道路照明的启闭可以人工智能控制，节省能源。 我国路灯监控系统的发展还处于发展阶段，多数中小城市和企事业单位路灯开、关灯控制还是使用比较传统的方式。例如高校校园，在校园路灯设计之初，为了达到最大照明需求，路灯的安置密度很大，

23、在后期使用过程中，发现不同的时间和不同的地点照明需求不同，考虑到节能和实用性，有关部门采用了不科学的方式如剪断某些灯的供电线等方式。这种照明路灯控制方式不仅灵活性差，由于不能实时改变照明时间和强度，对于能源也是极大的浪费。理想的控制手段应该是当夜晚(或光线较暗)来临且处在交通高峰时，路灯全部开启，交通高峰期后，进入按比例开启，如午夜之后70%;在凌晨之前时段，路灯开启比例能够降到40%等，这样既兼顾了照明需要，又减少了电力浪费。 路灯的控制与管理迫切需要一种科学、合理、高效的方法，对路灯的节能、亮灯率、故障监测等指标提出了更高的要求。因此，提供一种有效合理的控制与管理的方法，对路灯的运行状况进

24、行远程智能监控显得极为重要。1.2电力线载波通信研究背景 计算机网络发展的“瓶颈”问题归根结底是接入方式的问题。从1969年美国的ARPANET至今的40多年的时间里，计算机网络发展经历了两次划时代的变革。 一次是调制解调器Modem的产生。这次“革命”使PC机通过Modem拨号经过公用电话网络接入Internet。从此，全世界开始了解Internet，全球开始共享信息资源。但是，拨号上网的最大的接入速度只有56kbit/s，而且接入的质量较差，断线率很高。 随着Internet本身的不断壮大发展和人们对Internet需要的不断增加。Internet发展经历了第二次“革命”，即宽带方式接入。

25、这次革命的领军“人物”是XDSL和光纤接入服务。这些技术使Internet的传输速率比传统的拨号接入技术增加了数十倍到上百倍不等。从此，Internet的服务项目不仅仅是简单文本和Web站点的浏览，多媒体技术在Internet上展现出崭新的魅力。如宽带技术的传输速率是否能长期适应日益壮大的全球网民的需求，光纤的建设费用昂贵和覆盖面积过小等问题。 而电力线载波通信技术的应用，则给网络的接入方式带来第3次革命。 电力线载波通信技术出现于二十世纪二十年代初期。电力线无处不在，无论在城市、乡村，还是偏远落后的地区到处都是，只要用电的地方就会有电力线存在，因此利用它来进行信息的传输一直是人们的梦想。电力

26、线载波通信是利用现有的电力线路作为介质进行信息传输的一种通信方式。它以电力线路为传输通道，具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步进行等得天独厚的优点。不铺设额外的通信线路而直接利用已有的电力线资源进行数据或话音信号的传输，将会大大降低通信成本。另外电力网是一个近乎天然、入户率绝对第一的物理网络，且由于电力线机械强度高，可靠性好，用于通信不需要线路的基础建设投资和日常的维护费用。因此电力线载波通信与其它通信方式相比，能充分利用现有的电力线资源，即利用电力线进行通信，实现信息的传输。因而电力线通信具有较高的经济性和可靠性，在电力系统的调度通信、生产指挥、行政业务通信以及各种信息传输方面可

27、以发挥重要作用，具有很好的开发前景和应用价值。 传统上，电力线载波通信是利用高压电力线(通常在电力载波领域，高压电力线指35kV及以上电压等级，中压电力线指l0kV电压等级，低压配电线指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，广泛用于电力管理系统、工业自动控制系统、远程控制系统等领域。同时，电力线载波通信系统仅用于110kV以上电压等级，主要用于开放电话，运动，传真，保护，计算机信息等综合业务。随着载波通信技术的发展，电力线载波现已用于中低压配电网中。 由于低压电网几乎覆盖整个人类生存空间，因此低压电力线载波通信更具有广泛性。近些年低压电力线专用调制解调芯

28、片制造技术的进展明显加速，2001年初，欧美多家公司己经推出了自己的电力线载波调制解调芯片，并制定了电力线载波适用频率范围的标准。欧美不论在产品研究开发及相关标准的制定方面，还是技术应用方面都走在中国的前面。他们已在尝试利用低压电力线载波通信来实现配电网自动化和负荷控制，并将低压电力线载波通信技术应用于工业控制和家庭自动化中，进而将其用于提供电话和视频传输等服务。 综上所述，低压电力线载波通信目前在欧洲(德国、英国、瑞典等)发展得较快。相对于国外电力线载波技术的飞速发展，我国在低压电力线载波数据通信方面的应用尚处于起步阶段，主要停留在自动抄表、楼宇保安和某些过程控制领域。因此，用低压电力线载波

29、来实现一些需要经常在线的控制、报警、防盗以及监护等应用，每一个方面都有广阔的发展前景和巨大的市场机遇。在此基础上扩大低压电力线载波的应用范围更具有现实意义。1.3选题背景与所做工作 目前市场上的照明路灯控制产品一般价格昂贵，而且主要的被控制对象是大城市的观景路灯系统。对于中小规模的路灯控制系统，特别是针对企事业单位，如校园等场所的照明路灯系统的自动化控制产品还非常稀少。而往往这些地方的节能不好实现且易被忽视。就大学校园而言，根据相关数据表明，校区内路灯用电费用在全校区所占比例接近10%。由此可见，如果采取有效措施实现路灯的智能控制，达到节约用电的目的，完全可以缩减基本费用开支。 综上所述，开发

30、一种低成本而且满足中小规模照明路灯控制需要的智能化路灯控制系统具有重要的现实意义。电力线载波通信技术使在低压电力线上传送信号成为可能，为路灯控制系统提供了易实施、低成本的数据传输条件。计算机集控技术为路灯控制系统提供了智能化的方案。利用现有的电力线作为传输控制信号的载体，将电力线载波技术应用于对速率要求不高的路灯控制系统是一个可行的方案。本文正是在上述的研究背景下提出了采用低压电力线载波通信技术控制照明路灯的方法。通过此研究可以扩展低压电力线载波通信技术的应用范围，同时也为中小规模照明路灯控制系统提供了设计方案。 本文要做的主要工作首先是研究路灯控制的方案，结合电力线载波技术，制定一个以计算机

31、为控制中心、电力线为载波通信信道的路灯控制系统设计方案。然后通过逐步设计路灯控制系统的各项功能，完成路灯控制系统的总体设计。具体的内容安排如下: 1)阐述路灯控制的研究意义与现状，分析电力线载波通信技术研究背景，介绍本文的研究背景及具体的工作。 2)概述电力线载波技术，对路灯控制系统进行总体设计，通过对路灯控制系统功能的分析，确定各项功能的实施方案。 3)根据路灯控制系统硬件需求，设计各个模块硬件电路。4)设计系统通信协议，确定中继方案，配置载波芯片程序。 5)开发路灯控制用户子系统。 6)构建实验系统，制作载波模块样板，对载波模块进行调试与测试，并在实验室环境实现照明控制。1.4本章小结 本

32、章作为整篇论文的绪论，对路灯控制研究的意义与现状进行了分析，对课题相关的电力线载波技术知识背景进行了综述，对课题来源内容、选题意义和论文结构安排进行了介绍，确定了设计的基本思路和方法步骤。第二章 路灯控制系统概述2.1电力线载波通信概述 电力线载波通信，是以电力线作为信道进行载波通信的一种有线通信方式。电力载波通信的工作原理是把自动化设施中的有效数据通过调制解调器调制后藕合到电力线上，然后经过电力线传输到对端调制解调器，再由对端调制解调器将信号解调后传输给对端自动化设施。 广义的PLC技术包含两个大的分支，一个是面向配电网自动化的，简称DLC(配电线路载波);另一个是面向进户线路和户内线路的，

33、称为PLC(线路通信)。两者的区别主要体现为使用对象，技术特征，如线路条件、速率要求、线路共享方式以及用户密度方面的不同。由于电力线载波通信是唯一不需要线路投资的有线通信方式，一线两用，用电设备可以直接作为网络终端等优点，而不断成为人们研究的热点之一。2.1.1低压电力线传输特性 220Vl380V低压电力线同l0 kV以上中高压电力线相比，信道具有传输环境恶劣，信号衰减大，干扰特性强，以及时变性大等特点，而且电力线上突发干扰影响严重，使得低压电力线载波技术的发展受到了牵制。总体看来，低压电力线载波通信的特点可以从以下几方面论述。 1)输入阻抗特性 电力线的输入阻抗与频率有着密切的关系。据现有

34、文献的研究结果表明，低压电力线载波通信信道的输入阻抗一般为几欧姆到几十欧姆，并且随着频率的升高而上升。输入阻抗在100kHz频率下一般较小，一般用户的输入阻抗在10100Hz内可降至2。然而，在实验所测的频率范围内，输入阻抗随频率的变化并不符合一般想象下的随频率的增大而减小的变化规律，甚至与之相反。这是由于电力线上面连接各种复杂的负载，这些负载以及电力线本身组合成许多的共振电路，在共振频率及其附近频率上形成低阻抗区。同时，由于负载会在电力线上随机地连上或断开，所以在不同时间，电力线上的输入阻抗也会发生较大幅度的改变。由于同样的原因，电力线上不同位置的输入阻抗也会不同。 2)衰减特性 低压电力线

35、直接面向用户，负荷情况复杂，各节点阻抗不匹配，所以信号会产生反射、谐振等现象，使得信号的衰减变得极其复杂。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。研究表明，电力线上的信号衰减受距离的变化影响相当明显，一般为10100dB/km。同时，信号的衰减与频率、工频电源的相位有关，一般来说，随着频率的增加，信号的衰减也将增加。据相关文献报告，通信频率大于100 kHz时，频率每增加1 kHz，衰减增加0.25dB。而在某些特殊的频段，由于反射、谐振及传输线效应等的影响，衰减会出现突然剧增。

36、3)干扰特性 低压电力线上干扰可分非人为干扰和人为干扰两类。非人为干扰指的是一些自然现象，如雷电等引起的干扰。人为干扰则是由连接电力线上的用电设备产生的，它对数据通信影响更大。在以前的研究中发现，谐波噪声以交流电频率的整数倍出现。经实验证实，电力线上的主要干扰是周期性出现的，其出现频率为二倍的交流电频率100HZ时间间隔10S。这种干扰的强度有时可能很大，其峰值最高可达0.5V以上，而且持续时间较短。另外一些次要的干扰是随机噪声，无固定的时间间隔，幅值相对较低，而且持续时间较长，是一种连续性的干扰。除了上述的周期性和连续性的干扰外，电力线上还存在许多随机发生的干扰。它们无固定的时间间隔，幅值相

37、对较低，而且持续时间较长，是一种连续性的干扰。2.1.2载波调制解调技术 针对低压电力线路传输时变、衰减等特性，将扩频通信技术应用到电力线载波通信中是解决低压电力线信道数据传输的可靠性问题的有效措施。 1)扩频通信技术 扩展频谱(Spread Spectrum)通信系统是将基带信号(即信息)的频谱扩展至很宽的频带上，然后再进行传输的一种系统，即将传送的信息数据用伪随机编码(扩频序列:Spreading Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。公式2-1表明了一个系统信道无误差地传输信息的能力与存在于信道中的信噪比(S/N)以及用

38、于传输信息的系统信道带宽(B)之间的关系。该公式说明了两个最重要的概念:一个是在一定信道容量条件下，可以用减少发送信号功率、增加信道带宽的办法达到信道容量的要求;一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的办法来达到。这也就说明了信道容量可以通过带宽和信噪比的互换而保持不变。实际工程中，信道的噪声功率谱密度是不能随意选定的，所以，在功率谱密度一定，系统容量为C的条件下，只能是系统信道带宽(B)与信号功率(s)的互换。也就是说，为了保证一定的c值，可以改变B值或提高s值的办法来实现。但是，如果传输信号的带宽变窄，将导致信号功率大幅度地提高，这就是说要消耗很大的功率能源;而如果采用增加信号带宽去换取信号

39、的功率减小的办法，就能节省很多信号功率能源。所以，要提高信道容量，采用增加信号带宽比提高信号功率的方法要有效得多。 扩频通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的:一是信息的频谱扩展后形成宽带传输;二是相关处理后恢复成窄带信息数据。正是由于这两大持点，使扩频通信有如下的优点:抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、具有保密性、功率谱密度低、具有隐蔽性和较低的截获概率、可多址复用和任意选址、高精度测量等。在低压电力线载波通信中采用扩频通信技术的主要原因便是由于它的强抗干扰性能。2)直接序列扩频 扩频通信的扩频方式有直接序列扩频(Direct Sequence )、跳频( Frequency Hopping )、

40、跳时(Time Hopping)和线性调频(Chirp ) a除上面四种基本方式外，还有这些扩频方式的组合方式，如FH/DS,TH/DS等。这里主要针对本设计中的电力线载波通信中采用的直接序列扩频系统性能进行分析。 直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机(PN)序列扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复原来的信息。图2-1是直序扩频系统的组成原理图。在发射端，由信源输出的信号a(t)是码元持续时间为Ta的信息流，伪随机码产生器产生的伪随机码c(t)，每一伪随机码码元宽度或切普(chip)宽度为T。将信息码a(t)和c(t)进行模2

41、加，产生一个速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，这样就得到已扩频调制的射频信号。在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发端同步的伪随机序列对中频的扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息码“(t)的频带，然后再进行解调，恢复出所传输的信息a(t)，完成信息的传输。对于干扰和噪声，由于伪随机码不相关，接收机的相关解扩相当于进行一次扩频，将干扰信号和噪声的频谱扩展，降低了功率谱密度，这样就大大降低了进入信号通频带内的干扰功率，使解调器的输入信噪比提高，从而提高了系统的抗干扰能力。2.1.3载波芯片简介 本设计中采用的是PL3105载波芯片。PL3105是完

42、全集成的系统级(SOC)芯片，是专门为面向未来的远程监控系统，智能信息家电以及开放式自动抄表而设计的。它除了具有功能强大的微处理器外，在高精度模数转换以及电力线载波通信方面具有更大的优势。内嵌的载波通信控制单元，使PL3105具备了在低压电力线上组网、远程信的强大功能。它的扩频通信单元是PL2000系列专用电力线载波通信集成电路的升级内核，具有更强的抗带内同频干扰能力，更高的数据通信速率和更大的软件可配置灵活性。PL3105在内部集成了2路同时采样的16位A/D转换器，这就非常实用于电参数的采集。它内嵌的CPU通过配置寄存器来实现对载波通信的控制，接口方便，可靠性更高。它具有8/16位双模式A

43、LU, 8倍速率于标准51，运行速度快，数据处理能力强。图2-2为PL3105的基本功能方框图。2.2系统功能需求与设计方案2.2.1系统功能需求 本系统设计的目的是实现对企事业单位等中小型场所路灯的灵活控制，根据路灯智能化控制需求，路灯控制系统应具有以下功能: 1)通信功能。所采取的通信方式应具备经济性、可靠性和范围覆盖能力，能快速传送准确的数据; 2)路灯开关控制功能。根据实际需要打开或关闭路灯、一组路灯或所有路灯，能定时开关路灯; 3)路灯状态检测功能。如检测到路灯故障应上报，便于及时维修，保证亮灯率; 4)集中控制与数据管理功能。应有良好的人机界面，对路灯状态和路灯数据进行灵活的控制与

44、管理。 以上功能均要求在控制中心实现。即系统必须具备“三遥”功能,遥控、遥测、遥信。 遥控功能:控制单灯或一组灯的开关，每一个节点通过若干路继电器分别控制若干盏灯的开关; 遥测功能:根据路灯的电流、电压等数据，遥测路灯的工作状态; 遥信功能:将各种控制信息有效传输。2.2.2系统设计方案 1)载波通信实现方案 通过2.1节的概述，根据电力线信道传输特性，本系统电力线载波通信采用扩频调制解调方案。核心调制解调芯片选用PL3105。载波通信是由电力线载波模块具体实现的，它是实现路灯控制信号传输的关键。电力线载波通信电路由PL3105芯片最小系统、输入信号滤波电路、输出信号放大驱动电路构成。2)路灯

45、控制功能实现方案 由于单片机的负载能力有限，控制路灯的继电器使用驱动芯片会使控制更可靠。每一路继电器控制单元结构相同，均由硬件模块中的PL3105的数字I/O口输出控制信号给继电器驱动芯片ULN2003 2s，从而驱动交流继电器GTJ48-l0A，控制每个路灯的电流通断。 3)故障检测实现方案 路灯的故障检测方案有许多种，如检测路灯线路的电流、电压或有功功率等方法。文中采用电流检测方法。使用LHB型交流电流互感器检测路灯线路上通过的电流26J。再经过整流、放大、A/D转换输出逻辑电平。通过微处理芯片的处理，就可以准确地判断出路灯的工作状态情况。 4)集中控制与数据管理实现方案 基于计算机集中控制思想，通过关系数据库技术和Windows程序设计，开发用户控制子系统，以实现控制指令的发送与接收、路灯数据的维护与管理，路灯运行状态的检测与显示。2.3路灯控制系统总体结构 针