畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于電力線載波通信技術(shù)的安保系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及原理

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)實(shí)施的不斷完善，各企事業(yè)單位，居民小區(qū)，軍事基地，各公共場所等有著各種各樣的的安全要求。由于安全設(shè)施的規(guī)定及施工，經(jīng)費(fèi)困擾，給各單位的安保工作人員帶來的相當(dāng)大的工作難度，而基于載波通信技術(shù)的安保系統(tǒng)能解決這一困擾。電力線載波最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。在配合一些傳

2、統(tǒng)的安全檢測手段，如紅外，各種專業(yè)傳感裝置等，將檢測到的信息貯存在存儲單元中，通過電力線傳遞到控制中樞，進(jìn)行安全分析，已達(dá)到安保的效果。</p><p>　　本設(shè)計(jì)首先由NE555和TK1838組成紅外檢測單元之后又單片機(jī)將檢測信號分析在通過載波模塊在電網(wǎng)上傳輸收發(fā)，最終通過MAX232傳遞給上微機(jī)呈現(xiàn)給工作人員。</p><p>　　本設(shè)計(jì)介紹了基于電力線載波通信技術(shù)的安保系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

3、及原理。闡述了電力線信道特點(diǎn)，硬件設(shè)計(jì)原理。并最終描述的系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理 ，單片機(jī)接口和電力線接口電路，集控單元接口電路，現(xiàn)場單元接口電路，通信程序流程，并詳細(xì)介紹了載波芯片的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞 電力線載波；安保系統(tǒng)；單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the ra

4、pid development of urban infrastructure continues to improve, all enterprises, institutions, residential areas, military bases, public places, such as a variety of safety requirements. Requirements and construction of sa

5、fety facilities, funding plagued the considerable difficulty of the work to all units of the security staff, carrier communication technology-based security system can solve the problems. The biggest characteristic of th

6、e power line carrier is not required to set up ne</p><p>　　The design is first infrared detection unit by the NE555 and TK1838 microcontroller to detect the signal analysis by the carrier module in the power

7、 transmitted over the Internet to send and receive, and ultimately by MAX232 pass to on a computer presented to the staff</p><p>　　This design introduced based on power line carrier communication technology

8、security system design and principle. Expounds the characteristics of power line channel, the principle of hardware design. And finally describes the system structure and working principle, interface and a power line int

9、erface circuit, a control unit interface circuit, a field unit interface circuit, communication program, and introduces in detail the carrier chip function.</p><p>　　Keywords: Power line carrier Security s

10、ystem Single chip microcomputer</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p>

11、;<p>　　1.1課題研究的背景和發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.1.1電力線載波通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展1</p><p>　　1.1.2 安保工程技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展2</p><p>　　1.1.3電力載波通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域4</p><p>　　1.2本設(shè)計(jì)的主要工作7</p><p>&

12、lt;b>　　1.3本章小結(jié)8</b></p><p>　　第2章低壓電力線載波通信信道特性分析9</p><p>　　2.1輸入阻抗特性分析9</p><p>　　2.2信號衰減特性分析10</p><p>　　2.3噪聲干擾特性分析11</p><p>　　2.4本章小結(jié)12</

13、p><p>　　第三章 電力線通信方案設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1常用的電力線載波通信方式13</p><p>　　3.1.1模擬通信方式13</p><p>　　3.1.2數(shù)字通信方式(ASK, FSK, PSK)13</p><p>　　3.1.3擴(kuò)頻通信方式14</p><p&g

14、t;　　3.1.4其他通信方式15</p><p>　　3.2系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)選擇16</p><p>　　3.2.1 FSK 頻移鍵控16</p><p>　　3.2.2 FSK 調(diào)制16</p><p>　　3.2.3 FSK 解調(diào)17</p><p>　　3. 3本章小結(jié)17</p>&

15、lt;p>　　第4章 硬件電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4. 1總體介紹18</p><p>　　4.2主控芯片選擇及硬件電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.3紅外安保系統(tǒng)的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.3.1接收電路20</p><p>　　4.3.2發(fā)射電路21</p>

16、<p>　　4.4載波通信單元的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.4.1 載波模塊介紹23</p><p>　　4.4.2 載波模塊基本原理24</p><p>　　4.4.3載波模塊硬件連接圖25</p><p>　　4.5串口通信硬件電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.6 電源單元硬件設(shè)計(jì)2

17、8</p><p>　　4.7硬件設(shè)計(jì)實(shí)物圖29</p><p>　　4.8本章小結(jié)30</p><p>　　第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　5.1整體軟件介紹31</p><p>　　5.2 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　5.2.1 單片機(jī)軟件編程語言3

18、1</p><p>　　5.2.2 單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)32</p><p>　　5.2.3 單片機(jī)燒錄軟件33</p><p>　　5.2.4 單片機(jī)軟件流程34</p><p>　　5.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)38</p><p>　　5.3.1 上位機(jī)軟件編程語言38</p><p>　

19、　5.3.2 上位機(jī)軟件流程圖39</p><p>　　5.3.2 上位機(jī)軟件編程40</p><p>　　5.4 本章小結(jié)42</p><p><b>　　結(jié) 論43</b></p><p><b>　　致 謝44</b></p><p><b>　

20、　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　附錄47</b></p><p><b>　　Contents</b></p><p>　　AbstractI</p><p>　　Chapter 1 Introduction 11</p><p>　　

21、1.1 Research Background and Development of Design1</p><p>　　1.1.1 Status Quo of Power Line Carrier Communication Technology and The Development of Design1</p><p>　　1.1.2 Current Situation and

22、Development of The Security Engineering2</p><p>　　1.1.3 Power Line Communication Technology Applications4</p><p>　　1.2 Design major work of Design7</p><p>　　1.3 Summary8</p&g

23、t;<p>　　Chapter 2 low-voltage power line carrier communication channel characteristics9</p><p>　　2.1 Input Impedance Characteristics of Design9</p><p>　　2.2 Signal Attenuation Character

24、istics of Design10</p><p>　　2.3 Noise Characteristics11</p><p>　　2.4 Summary12</p><p>　　Chapter 3 Power Line Communication Design13</p><p>　　3.1 Commonly Used in Po

25、wer Line Carrier Communication13</p><p>　　3.1.1Analog Communication13</p><p>　　3.1.2 Digital Means of Communication (ASK, FSK, PSK)13</p><p>　　3.1.3 The Spread Spectrum Communica

26、tion14</p><p>　　3.1.4 Other Means of Communication15</p><p>　　3.2 System Modulation and Demodulation Techniques to Select16</p><p>　　3.2.1 FSK Frequency Shift Keying16</p>

27、<p>　　3.2.2 FSK The Modulation16</p><p>　　3.2.3 FSK Demodulator17</p><p>　　3. 3 Summary17</p><p>　　Chapter 4,the hardware circuit design18</p><p>　　4. 1 Gene

28、ral Introduction18</p><p>　　4.2 The Master Chip Select Hardware and Circuit Design18</p><p>　　4.3Infrared Security System Design20</p><p>　　4.3.1 The Receiving Circuit20</p&g

29、t;<p>　　4.3.2 Transmitting Circuit21</p><p>　　4.4 Design of The Carrier Communication Unit23</p><p>　　4.4.1 Carrier Module Introduces23</p><p>　　4.4.2 Carrier Module The B

30、asic Principles of Design24</p><p>　　4.4.3 Carrier Module Hardware Connection Diagram25</p><p>　　4.5 Serial Communication Hardware Circuit Design27</p><p>　　4.6 Power Unit Hardwa

31、re Design28</p><p>　　4.7 Hardware Design Physical Map29</p><p>　　4.8 Summary30</p><p>　　Chapter 5System Software Design31</p><p>　　5.1 Overall Software31</p>

32、<p>　　5.2 MCU Software Design31</p><p>　　5.2.1 MCU Software Programming Language31</p><p>　　5.2.2 MCU software development system32</p><p>　　5.2.3 Microcontroller Programm

33、ing Software33</p><p>　　5.2.4 MCU Software Process34</p><p>　　5.3 PC Software Design38</p><p>　　5.3.1 The Host Computer Software Programming Language38</p><p>　　5.3

34、.2 The Host Computer Software Flow Chart39</p><p>　　5.3.2 The Host Computer Software Programming40</p><p>　　5.4 Summary42</p><p>　　Conclusions43</p><p>　　Acknowledg

35、ement44</p><p>　　References45</p><p>　　Appendix47</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><h3>　　1.1課題研究的背景和發(fā)展?fàn)顩r</h2><h4>　　1.1.1電力線載波通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展</h2>

36、;<p>　　電力線載波Power Line Carrier 通信是利用高壓電力線通常指35kV及以上電壓等級、中壓電力線指10kV電壓等級或低壓配電線380/220V用戶線作為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。近年來電力線載波技術(shù)突破了僅限于單片機(jī)應(yīng)用的限制，已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時代，并且隨著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展和社會的需要中/低壓電力載波通信的技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用亦出現(xiàn)了方興未艾的局面。電力線載波通信這座被國

37、外傳媒喻為未被挖掘的金山正逐漸成為一門電力通信領(lǐng)域乃至關(guān)系到千家萬戶的熱門專業(yè)。</p><p>　　最早的PLC實(shí)用技術(shù)是一種被稱為”脈沖控制”的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供速率極低的單向通信，發(fā)射機(jī)功率為數(shù)十千萬，主要用于路燈和負(fù)荷控制[1]。20世紀(jì)50年代以來，人們開始研究電力線(主要為高壓)通道的高頻特點(diǎn)(5kHz－500kHz),并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了電力系統(tǒng)調(diào)度通信及被廣泛使用的電力線載波機(jī)。20世紀(jì)90年代國

38、外開始研究電力線(主要為低壓及中壓)的高頻特性(2MKH-80MKH)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了實(shí)用的高速PLC產(chǎn)品及系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，國內(nèi)外開展利用低壓電力線傳輸速率在1mbps信息的高速電力線載波技術(shù)，該技術(shù)在現(xiàn)有電力線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)，語音，視頻等多業(yè)務(wù)的承載。高速電力線載波技術(shù)不斷進(jìn)步，是一種極富誘惑力同時充滿著經(jīng)濟(jì)氣息的一種技術(shù)[2]。</p><p>　　電力線載波通信系統(tǒng)是為了保證電力系統(tǒng)

39、的安全運(yùn)行而應(yīng)運(yùn)而生的，他同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，調(diào)度自動化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。目前，他更是電網(wǎng)調(diào)度自動化，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營市場化和管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)；是確保電網(wǎng)安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段；是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。由于電力通信網(wǎng)對通信的可靠性，保護(hù)控制信息傳送的快速性和準(zhǔn)確性具有及嚴(yán)格的要求，并且電力電力部門擁有發(fā)展通信特殊資源優(yōu)勢，因此，世界上大多數(shù)國家的電力公司都以自建為主的方式建立了電力系統(tǒng)專用通信網(wǎng)

40、。</p><p><b>　　電力線載波的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　(1)利用現(xiàn)有配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，無需重新布線；</p><p>　　(2)通過墻上插座可將家電聯(lián)網(wǎng)電腦插到插座上就可直接上網(wǎng)；</p><p>　　(3)傳輸數(shù)據(jù)速率高達(dá)2Mbit/s,比ISDN快30多倍，覆蓋范圍廣。</p>&

41、lt;p>　　但是電力線通信仍存在一些問題需要克服，列如：電力線通信的電磁(EMC)問題。由通信理論可知，擴(kuò)頻可換來噪音比上的好處，因而寬帶PLC傳輸?shù)氖?kHz-30MHz的信號，而電力網(wǎng)使用的大多是非屏蔽線，造成高頻信號的泄漏和電磁輻射，對其他信道還會造成同頻干擾，嚴(yán)重威脅信號的安全性，可靠性，及保密性。</p><p>　　現(xiàn)在，國際上高速電力線載波通信采用的主要調(diào)制技術(shù)有三類：單載波類，擴(kuò)展頻譜類和

42、OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制技術(shù)。本設(shè)計(jì)將在電力線載波通信方向進(jìn)行分析、仿真，使其在安保系統(tǒng)中作為主要通信技術(shù)進(jìn)行推廣。</p><h4>　　1.1.2 安保工程技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展</h2><p>　　安保防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，并輔助提示值班人員發(fā)生報警的區(qū)域部位，顯示可能采取的對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等

43、意外事件的重要設(shè)施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏?zhǔn)確顯示出事地點(diǎn)，使于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構(gòu)成了入侵防范系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)通常由探測器(又稱防盜報警器)，傳輸通道和報警控制器三部分構(gòu)成[3]。</p><p>　　報警探測器是由傳感器和信號處理組成的用來探測入侵者入侵行為的電子和機(jī)械部件組成的裝置，是防盜報警系統(tǒng)

44、的核心，而傳感器又是報警探測器的核心元件。采用不同原理的傳感器件，可以構(gòu)成不同種類、不同用途、達(dá)到不同探測目的的報警探測裝置。</p><p><b>　　報警探測器的分類：</b></p><p>　　1．報警探測器按工作原理主要可分為紅外線報警探測器、微波報警探測器、被動式紅外線/微波報警探測器、玻璃破碎報警探測器、振動報警探測器、超聲波報警探測器、激光報警探測器

45、、磁控開關(guān)報警探測器、開關(guān)報警探測器、視頻運(yùn)動檢側(cè)報警器、聲音探測器等許多種類。</p><p>　　2．報警探測器按工作方式可分為主動式報警探測器和被動式報警探測器。</p><p>　　3．報警探測器按探測范圍的不同又可分為點(diǎn)控報警探測器、線控報警探測器、面控報警探測器和空間防范報警探測器。</p><p>　　除了以上區(qū)分以外，還有其他方式的劃分。在實(shí)際應(yīng)用中

46、，根據(jù)使用情況不同，合理選擇不同防范類型的報警探測器，才能滿足不同的安全防范要求。傳感器是獵取所研究對象信息的“窗口”，或者說傳感器是系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息交流的“接口”。因此，它為系統(tǒng)提供進(jìn)行處理和決策所必須的對象信息，是高度自動化乃至現(xiàn)代化尖端技術(shù)必不可少的關(guān)鍵組成部分。當(dāng)傳感器技術(shù)在工業(yè)自動化、軍事國防和以宇宙開發(fā)為代表的尖端科學(xué)與工程等重要領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的同時，它正以自己的巨大潛力向著與人們生活密切相關(guān)的方面滲透。如在生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生

47、、環(huán)境保護(hù)、安全技術(shù)防范、家用電器等方面的傳感器層出不窮，并在日新月異地發(fā)展。</p><p>　　由此可見，從茫茫太空到浩瀚海洋，從各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)到日常生活的衣食住行，幾乎每一個現(xiàn)代化項(xiàng)目都離不開各種各樣的傳感器。可以毫不夸張地說，未來的社會，將是充滿傳感器的社會。</p><p>　　但是，現(xiàn)代的新型的傳感器必須朝著智能化、集成化、多功能化方向發(fā)展，使用多方法的準(zhǔn)確的自動地識別異常

48、狀態(tài)，從而做到穩(wěn)定可靠的無誤報的預(yù)報警。</p><p>　　現(xiàn)在，常用的防盜報警系統(tǒng)是用各種傳感器作成的探測器，對建筑物重點(diǎn)地點(diǎn)和區(qū)域進(jìn)行布防，系統(tǒng)通過探測器監(jiān)視各種入侵及各種人為的報警裝置，如電梯中的報警按鈕，人員受到威脅時用的緊急按鈕等。一旦有報警發(fā)生，系統(tǒng)會自動撥通公安部門的電話，系統(tǒng)工程還可具備一系列更高級的操作功能，如采用本地聯(lián)網(wǎng)，中心實(shí)時報警和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程報警，可進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程的設(shè)防和撤防，并具有報警

49、電子地圖，迅速查明報警類型和地點(diǎn)，且具有系統(tǒng)自檢和防破壞能力等。數(shù)字化、無線化、集成化是防盜報警系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢，而由眾多廠家今年推出的新產(chǎn)品觀察，不難發(fā)現(xiàn)防盜報警產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢。</p><p>　　1．更穩(wěn)定/可靠:如探測器需可抗RF工//EMI、防雷電等，以適應(yīng)惡劣氣候；</p><p>　　2．)更多樣的功能:如探測器可調(diào)頻、防遮擋、防噴蓋、防破壞等；</p>

50、<p>　　3．更精美、小巧的外觀:以符合品味日益提高的室內(nèi)裝演需求；</p><p>　　4．更智能化的設(shè)計(jì):方便地設(shè)/撤防，人性化的操作界面；</p><p>　　5．更強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能；</p><p>　　6．更方便的擴(kuò)展性。</p><p>　　可見，上述發(fā)展趨勢，事實(shí)上都建立在數(shù)字化、無線化、集成化的三大核心技術(shù)基礎(chǔ)上。&

51、lt;/p><p>　　總體而言，2005年以來防盜報警產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，產(chǎn)品技術(shù)將在數(shù)字化、無線化、集成化核心前提下力求突破。而在應(yīng)用市場上，將朝更細(xì)化的方向前進(jìn)—針對不同市場，推出不同產(chǎn)品。以成長最快的住宅小區(qū)應(yīng)用為例，有廠商表示，專為住宅小區(qū)設(shè)計(jì)的定向幕簾式+防寵物探測器，成本低、安裝簡單、適合家庭用的無線聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)，以及小區(qū)智能化安防加報警集成系統(tǒng)產(chǎn)品都將是亮點(diǎn)。而除了住宅小區(qū)、商辦大樓的室內(nèi)/外應(yīng)用，機(jī)場、

52、碼頭、養(yǎng)殖場、礦場、油田等室外應(yīng)用更是前景廣闊。</p><p>　　在現(xiàn)代光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的支持下，GPS, GIS電子地圖、多媒體操作、管理與控制軟件引入到防盜報警系統(tǒng)中。這種新的防盜報警系統(tǒng)采用多媒體技術(shù)同時處理多種信息，并使信息之間、信息與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間建立邏輯聯(lián)系，而集成為一個交互式的與電視監(jiān)控、出入口控制等聯(lián)動的系統(tǒng)，從而達(dá)到自動復(fù)核、自動識別、自動預(yù)測

53、、自動處理警情，使整個安防系統(tǒng)成為一種具有智能化的活的系統(tǒng)，從而使防盜報警系統(tǒng)發(fā)揮巨大、有效、可靠、靈活的功能。</p><h4>　　1.1.3電力載波通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域</h2><p>　　電力系統(tǒng)通信網(wǎng)是一種專業(yè)的通信網(wǎng)，是由發(fā)電廠及變電所等各級電力部門相互連接的傳輸系統(tǒng)和設(shè)在這些部門的交換系統(tǒng)或終端設(shè)備構(gòu)成，是電網(wǎng)重要組成部分，由電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行管理模式、經(jīng)濟(jì)性等因素決定。通信技

54、術(shù)經(jīng)歷了從縱橫交換到程控交換、從明線和同軸電纜到光纖傳輸、從模擬網(wǎng)到數(shù)字通信網(wǎng)、從定點(diǎn)通信到移動通信、從主要面向硬件到面向軟件技術(shù)的幾大階段變化。我國電力專用通信網(wǎng)也是基于此進(jìn)程，隨著電網(wǎng)的建設(shè)、發(fā)展以及電網(wǎng)自動化水平的不斷提高形成并逐步成長起來的。在60、70年代，電力通信是以音頻、載波、模擬微波等通信方式為主。80年代之后，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字微波、光纖通信、程控交換機(jī)等，這也是目前電網(wǎng)通信系統(tǒng)的主要組成單元。到了9

55、0年代，我國電力通信裝備水平與日新月異的通信技術(shù)發(fā)展相比已明顯滯后。隨著信息交流的日益強(qiáng)烈，跨行業(yè)技術(shù)交叉與滲透越發(fā)明顯，電力通信作為電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)的神經(jīng)中樞、行業(yè)的高科技先驅(qū)，更應(yīng)該跟上飛速發(fā)展的時代步伐，率先引領(lǐng)電力科技領(lǐng)域新潮流[4]。</p><p>　　隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在電力行業(yè)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，對我國電力基建、生產(chǎn)和營銷時刻產(chǎn)生著深層的影響。以下簡要介紹一些可以基于我國電力通信網(wǎng)的擴(kuò)展業(yè)務(wù)類

56、型：</p><p>　　1．電網(wǎng)安全監(jiān)視和穩(wěn)定控制方面</p><p>　　電力系統(tǒng)崩潰的根本原因是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄弱性和不合理性，利用測量控制裝置的投入，如：及時定位線路故障點(diǎn)的線路故障測距裝置，實(shí)時監(jiān)視通信全網(wǎng)路健康狀況的通信全線路自動監(jiān)視系統(tǒng)等，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞實(shí)時信息，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。利于迅速排除輸電線路事故，快速恢復(fù)故障電網(wǎng)，防止大面積停電。在電力系統(tǒng)中實(shí)施相量控制是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制最直

57、接的方法，通過采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS (Global Positioning System)實(shí)現(xiàn)的同步相量測量技術(shù)和光纖通信技術(shù)使任一變電站均可通過精確時間脈沖給當(dāng)?shù)販y量的電壓波形以時間標(biāo)記。通信系統(tǒng)將測量收集匯總處理后，根據(jù)各變電站之間動態(tài)相量變化實(shí)施控制。GPS相量測量裝置與常規(guī)RTU相配合，使調(diào)度中心的EMS系統(tǒng)功能從穩(wěn)態(tài)向動態(tài)轉(zhuǎn)變，將使大電力系統(tǒng)的全局穩(wěn)定和恢復(fù)控制成為可能。</p><p>　　2．

58、氣象與新能源方面</p><p>　　降水量監(jiān)測裝置:在水電站上游某位置(如:野外無人職守監(jiān)測臺站)進(jìn)行常年降雨量的采集，給每一個采集點(diǎn)分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址號或頻點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析處理。再如，水電站水位網(wǎng)絡(luò)報警裝置:當(dāng)汛期或其它原因使水庫水位異常時可通過網(wǎng)絡(luò)自動向下游傳遞實(shí)時信息，并提示對策便于宏觀調(diào)控。雷電觀測系統(tǒng):由于雷擊是造成線路事故的主要原因，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)密度的加大，雷擊

59、故障點(diǎn)的精確定位、軌跡跟蹤及處理難度也隨之提高，就要求我們制定出一整套較為完善的方案，以加強(qiáng)對雷電的實(shí)時監(jiān)測。</p><p>　　新型能源發(fā)電技術(shù)：太陽能、風(fēng)能、潮汐等新能源發(fā)電技術(shù)實(shí)施是今后國家電力進(jìn)程的一個目標(biāo)，對新能源的預(yù)報及充分利用也是今后電力通信網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)之一。</p><p>　　綜上，隨著電網(wǎng)互聯(lián)工程的展開，應(yīng)將氣象(包括雷電、降雨、降雪、霧、風(fēng)力、日照、潮汐等)數(shù)據(jù)信息系

60、統(tǒng)全面接入，建立國家級監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。將采集的樣本數(shù)據(jù)匯總、存檔，組建核心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析處理。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可分為幾個層次(如:中央單元后臺大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、中央單元后臺中小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、專用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地方數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、個人桌面數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等，形成總部與分中心的模式)，對新能源的開發(fā)利用、電網(wǎng)安全運(yùn)行均有益處。此應(yīng)用系統(tǒng)可與國家氣象部門共同協(xié)作開發(fā)及運(yùn)行維護(hù)，充分利用氣象衛(wèi)星采集信號，實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、跨部門的資源共享。據(jù)報道，目前我國氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)已經(jīng)

61、處于世界先進(jìn)水平，并且氣象信息產(chǎn)品已為國內(nèi)許多行業(yè)和部門提供了大量的專業(yè)性和公益性的服務(wù)。</p><p><b>　　3．環(huán)境保護(hù)方面</b></p><p>　　隨著環(huán)境保護(hù)力度的加大，要求對火電廠、核電站的排放(包括煙氣、放射線等)實(shí)時監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)就地分析處理，并提示采取相應(yīng)措施；同時通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，由中央級單元統(tǒng)一備案集中調(diào)控。</p>

62、<p>　　GPS系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)等的出現(xiàn)及應(yīng)用，為電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)擴(kuò)展實(shí)施提供了可能。特別是允許用戶利用基于Windows環(huán)境下的具有可視化界面的VB、VC等軟件自主二次開發(fā)GPS用戶接收機(jī)單元，通過接收機(jī)自身的串行通信口傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對雷電、降雨、水位、煙氣、放射線、電磁等的時間、地址、數(shù)量、強(qiáng)度、濃度等各種信息、數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測。對上述幾項(xiàng)業(yè)務(wù)的開展提供了技術(shù)上的支持。</p>

63、<p>　　4．電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營方面</p><p>　　隨著電力改革的不斷深化，依托于全國聯(lián)網(wǎng)工程和開放性電力市場的電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營方針己經(jīng)逐步形成，具有集成、拓展、安全性的基于國際互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)電子商務(wù)系統(tǒng)是今后發(fā)展的必然。電子商務(wù)系統(tǒng)以其快捷安全的性能使電力市場的開放交易成為可能，電量的即時交易、用戶的個性定制，既極大的改善了交易與服務(wù)，又降低了成本?；邮诫娮由虅?wù)平臺的建立，其所提供的服務(wù)不僅停留

64、在銷售層面上，更主要的是在前期供應(yīng)鏈層面上，達(dá)到信息交換與獲取交相輝映。特別是信息的采定，為國家電網(wǎng)電力市場、區(qū)域電網(wǎng)電力市場和省網(wǎng)電力市場參與者進(jìn)行投資規(guī)劃大有益處。而且特殊類型機(jī)組的上網(wǎng)交易，更為推動綠色和新能源電力市場的發(fā)展盡力。電子商務(wù)的實(shí)時交易必然需要高速安全的電力通信網(wǎng)絡(luò)的支持與承載，并對電力通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及性能提出更加嚴(yán)格的要求。</p><p>　　進(jìn)入90年代以來，高新技術(shù)的飛速發(fā)展以及成果的不斷

65、實(shí)用化，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)取得了驚人的發(fā)展，兩者相互融合、滲透，奠定了現(xiàn)代信息社會的基礎(chǔ)。新技術(shù)革命劇烈改變著傳統(tǒng)電信的概念和體系，通信體制正發(fā)生著深刻的變革，現(xiàn)代通信正經(jīng)歷著從信件交換(無連接)發(fā)展到電路交換(面向連接)再到包交換(無連接)的螺旋型上升過程。高速發(fā)展的微電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)，多系統(tǒng)協(xié)議的開放及兼容，使通信技術(shù)上也發(fā)生著巨大的變化。通信媒質(zhì)、智能技術(shù)、光電子技術(shù)等的出現(xiàn)及應(yīng)用，使通信系統(tǒng)向著多功能、多方位、多層次發(fā)展

66、，并且正在方興未艾的發(fā)展著。</p><p>　　未來通信網(wǎng)應(yīng)向著綜合化、智能化、分組化、個人化、高速、寬帶大容量等方向發(fā)展，同時還要不斷加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠行?、可靠性、安全?包括定期定時全方位、多層次將網(wǎng)絡(luò)的整體、局部各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、匯總、備份，作為系統(tǒng)調(diào)整和擴(kuò)展、維護(hù)的依據(jù)。其中含數(shù)據(jù)災(zāi)難恢復(fù)專題，數(shù)據(jù)通信信息安全、網(wǎng)絡(luò)保密技術(shù)、計(jì)算機(jī)病毒的主動攻擊與防護(hù))的開發(fā)研究及建設(shè)，各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)綜合同網(wǎng)“擬真”之后的再

67、傳輸，使我們可以遙距的、全維的、實(shí)時的了解并掌握信息，做出相應(yīng)的判斷與處理。</p><h3>　　1.2本設(shè)計(jì)的主要工作</h2><p>　　基于電力載波通信的安保系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是在借助常規(guī)的安保監(jiān)視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用已有的低壓電力線作為信號傳輸載體，為此在設(shè)計(jì)此系統(tǒng)關(guān)鍵是抓住電力載波通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。電力載波通信系統(tǒng)主要分為兩部分，一部分是載波信號耦合發(fā)射的上位機(jī)，另一部分是載波信號的下

68、載接受的下位機(jī)，為此設(shè)計(jì)思路從下面幾個方面著手：</p><p>　　1．應(yīng)用常規(guī)的安保信號檢測方法； </p><p>　　2．將檢測信號進(jìn)行放大和處理；</p><p><b>　　3．進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；</b></p><p>　　4．應(yīng)用已有的電力線網(wǎng)絡(luò)，將采集的信號通過電網(wǎng)傳遞后進(jìn)行處理；</p>

69、<p>　　5．設(shè)計(jì)符合電力線技術(shù)要求的載波模塊；</p><p>　　6．選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的載波芯片。</p><p><b>　　1.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了電力線載波的發(fā)展現(xiàn)狀，安保工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及電力線載波的應(yīng)用領(lǐng)域，并概括了本文所要完成的任務(wù)。</p><h2>　

70、　第2章低壓電力線載波通信信道特性分析</h2><p>　　電力線網(wǎng)主要是為了提供工頻電能而設(shè)計(jì)的，并非理想的隨機(jī)參數(shù)通信信道，它不同于通用的通信電纜，有其本身的特性。而論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用的控制命令正需要通過載波信號在這樣一個受多方面影響制約的信道上進(jìn)行傳輸，并且，電力線上帶有較高電位，不能直接接觸。因此，為了設(shè)計(jì)在預(yù)定環(huán)境下能良好工作的通信系統(tǒng)，對于低壓電力線載波通道特性，有必要進(jìn)行具體分析[5]。</

71、p><p>　　電力線載波通信信道特性主要包括信號接入點(diǎn)的輸入阻抗特性、信號在傳輸過程中信道對信號的衰減特性以及各種電氣設(shè)備所引起的噪聲干擾特性這二大方面。阻抗特性和衰減特性制約信號的傳輸距離，噪聲的干擾決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。設(shè)計(jì)主要研究的為低壓電力線載波通信，以后各章如未加特別說明，電力線均指低壓電力線，即通常所說的220V/50Hz.</p><h3>　　2.1輸入阻抗特性分析</h

72、2><p>　　低壓電力線的輸入阻抗是表征低壓電力線傳輸特性的重要參數(shù)，直接影響著信號耦合的效率。如果載波耦合電路與線路特性阻抗匹配，就能最有效地傳送能量[6]。 一般來說，低壓電力線上的阻抗類型主要有配電變壓器次級內(nèi)阻，它隨信號頻率的變化而變化；純導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)的特性阻抗，它受導(dǎo)線特性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響；在線用電設(shè)備的阻抗，它們的阻抗性質(zhì)各有不同[7]。</p><p>　　1．與接入點(diǎn)位置有關(guān)。在由

73、許多電阻、電容和電感組成的網(wǎng)絡(luò)中，不同性質(zhì)負(fù)載是非均勻分布的，沒有規(guī)律可循，因此不同接入點(diǎn)處的輸入阻抗就不同，信號輸入點(diǎn)的不同對輸入阻抗的影響是非常大的；</p><p>　　2．與測試時間有關(guān)。由于負(fù)載在電力線上隨機(jī)地接入或斷開，因此不同時段測試結(jié)果就不同，具有時變性；</p><p>　　3．輸入阻抗與頻率相關(guān)。輸入阻抗是表征低壓電力線傳輸特性的重要參數(shù)。研究表明低壓電力線上的輸入阻抗

74、與所傳輸?shù)男盘栴l率密切相關(guān)。在理想情況下，當(dāng)沒有負(fù)載時，電力線相當(dāng)于一根均勻分布的傳輸線。由于分布電感和分布電容的影響，輸入阻抗會隨著頻率的增大而減小。當(dāng)在電力線上有負(fù)載時，所有頻率的輸入阻抗都會減小。但是，由于負(fù)載類型的不同，使不同頻率的阻抗變化也不同，所以實(shí)際情況非常復(fù)雜，甚至使輸入阻抗的變化不可預(yù)測；</p><p>　　4．與負(fù)載有關(guān)。一般來說電力線上的阻抗隨負(fù)載增大而增大，然而有些時候負(fù)載與電力線本身可

75、能形成共振現(xiàn)象，就有可能違背這一規(guī)律。</p><p>　　鑒于以上原因，在設(shè)計(jì)低壓電力網(wǎng)載波通信信號發(fā)送裝置的功率放大和耦合電路時，應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)的具體情況，根據(jù)安裝位置設(shè)定信號發(fā)送裝置的額定工作點(diǎn)，最好是使裝置具有自適應(yīng)增益調(diào)整功能，以消除輸入阻抗變化所帶來的影響。</p><h3>　　2.2信號衰減特性分析</h2><p>　　低壓電力線其本身的阻抗變化不

76、大且相對穩(wěn)定，并不是產(chǎn)生衰減的主要原因。主要是電力線上并聯(lián)著的負(fù)載尤其是那些用于調(diào)整電網(wǎng)功率因數(shù)的大電容對信號衰減影響很大[8]。</p><p>　　通信過程中的信號衰減由兩個部分組成:一是信號發(fā)送裝置與信道間的耦合衰減，其中，耦合衰減特性與信道的輸入阻抗特性以及所使用的耦合設(shè)備參數(shù)有關(guān)，耦合衰減=，式中，VSG是信號源電壓，V是接收電壓。發(fā)送機(jī)耦合器的內(nèi)阻理論上可以做的很??；二是信號在信道中傳輸時的線路衰減，

77、線路上的衰減是信號衰減的最主要原因。</p><p>　　總體上講，信號在低壓電力線上的傳輸特性如下：</p><p>　　1．一般地，工作頻率越高，衰減越嚴(yán)重，目_在某些特殊頻率點(diǎn)上，出現(xiàn)傳輸衰減極大與極小值點(diǎn)。傳輸信號在150kHz以下的衰減相對穩(wěn)定，150kHz以上變化明顯，從150kHz至250kHz之間0.25 dB/kHz的比例線性增長；</p><p>

78、;　　2．一般情況下，異相傳輸衰減比同相傳輸衰減大。但是，有時二根相線之間存在一些耦合電容，以及大功率加熱器、二相電機(jī)等二相用電設(shè)備，如果這些設(shè)備對稱使用二相電源，可能會出現(xiàn)同相傳輸?shù)乃p比異相傳輸還大的狀況；</p><p>　　3．從理論上說，信號傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，信號衰減越嚴(yán)重。雖然很難寫出衰減與距離的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn):信號衰減與距離的關(guān)系一般為40-100dB/km 。</p><

79、p>　　在農(nóng)村衰減最大，每500m大約為50dB，在城市每250m大約為20dB，在郊區(qū)每250m大約為25dB，但在工業(yè)區(qū)衰減較小，每750m長的線路僅為30dB[9]。但也有可能信號在傳輸過程中遇到反射、駐波等現(xiàn)象使信號的衰減變得更加復(fù)雜，可能出現(xiàn)近距離點(diǎn)的衰減比遠(yuǎn)距離點(diǎn)的還大的現(xiàn)象；</p><p>　　4．傳輸衰減與測試的時段有關(guān)，晚上比白天衰減小，在某些頻率，衰減甚至可以小20dB；</p&

80、gt;<p>　　5．傳輸衰減與測試的地點(diǎn)有關(guān)，這取決于工作地點(diǎn)周圍掛在電力線上負(fù)載的多少及性質(zhì)。</p><p>　　此外，由于低壓配電網(wǎng)直接面向用戶，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，連接點(diǎn)處的線路特性阻抗不匹配，因此信號在配電網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)處傳輸時存在著復(fù)雜的反射和透射現(xiàn)象，造成信號衰減的顯著增加。</p><p>　　由于衰減的特性使接收信號電平減小，從而使接收端無法接收。因此克

81、服信號衰減，提高通信成功率的有效方法是增加發(fā)射功率，提高接收靈敏度，使信號經(jīng)衰減后，到達(dá)接收端時仍有足夠高的電平以供接收機(jī)可靠接收。增加發(fā)射功率以不影響居民用電和不損害用電設(shè)備為前提，當(dāng)然，靈敏度過高，也不利于整個系統(tǒng)的抗干擾。</p><h3>　　2.3噪聲干擾特性分析</h2><p>　　低壓電力線上的干擾可分為非人為干擾和人為干擾。</p><p><

82、;b>　　非人為干擾包括：</b></p><p>　　1．背景噪聲。電力線的背景噪聲是典型的高斯離散型，它始終在通信線路上存在，噪聲的大小受通信線路介質(zhì)的溫度影響。隨介質(zhì)溫度的升高而增大，所以應(yīng)當(dāng)將介質(zhì)控制在一個盡可能低的溫度范圍內(nèi)[10]；</p><p>　　2．突發(fā)噪聲。如雷電、線路故障、電閘操作、開關(guān)斷開時的弧光放電等，會瞬間產(chǎn)生脈沖，這些脈沖噪聲的發(fā)生毫無規(guī)律

83、可循越惡劣的天氣越嚴(yán)重。</p><p><b>　　人為干擾包括：</b></p><p>　　1．各種小型電器產(chǎn)生的噪聲。這類噪聲具有平滑功率譜，通常由與電源頻率不同步的用電裝置產(chǎn)生，如通用攪拌機(jī)、電動機(jī)、吸塵器、縫紉機(jī)和電鋸等；</p><p>　　2．調(diào)光器、整流器等電源諧波噪聲；</p><p>　　3．工頻異

84、步的周期性噪聲；</p><p>　　4．電器開關(guān)產(chǎn)生的突發(fā)脈沖噪聲。這類噪聲瞬間產(chǎn)生，能量很大，對系統(tǒng)的正常工作影響最大，可能會引起接收器的內(nèi)部干擾；</p><p>　　5．其它噪聲源。其他用電設(shè)備，如吹風(fēng)機(jī)、電動剃須刀、手機(jī)、對講機(jī)等都會產(chǎn)生某種類型的噪聲。</p><p>　　從性質(zhì)上干擾可近似地分成4類:周期性的連續(xù)干擾、周期性的脈沖干擾、不變的連續(xù)干擾和

85、隨機(jī)產(chǎn)生的突發(fā)性干擾。通常情況下，前兩類干擾占主導(dǎo)地位 。 </p><p>　　1．產(chǎn)生周期性干擾的原因是由于許多用電設(shè)備在工頻交流電基波的某個固定相位上釋放出干擾。它的參數(shù)變化的范圍很大，并且無法對其周期、寬度、強(qiáng)度、發(fā)生時間等進(jìn)行預(yù)測，所以消除比較困難，沒有有效的辦法可以抑制住這種干擾；</p><p>　　2．除了周期性和連續(xù)性的干擾外，電力線上還存在許多隨機(jī)發(fā)生的由于高壓開

86、關(guān)的操作、雷電、較大的負(fù)荷變化、電力線路上的短路故障等引起的干擾，這些持續(xù)時間較短，但能量集中，頻譜也寬的脈沖干擾對數(shù)據(jù)傳輸影響很大，這種干擾的隨機(jī)性，給電力載波通信帶來很大的困難，假如它們正好發(fā)生在數(shù)據(jù)通信過程中，會使所傳數(shù)據(jù)的若干個位發(fā)生錯誤；</p><p>　　3．干擾的多變性。首先是因時而變，干擾的頻率、強(qiáng)度可能在不同的時刻都會不相同；其次是因地地變，不同地點(diǎn)的干擾情況不相同，尤其是在不同的低壓電網(wǎng)之間

87、，干擾情況表現(xiàn)的更為嚴(yán)重。</p><p>　　由此可見，低壓電力線上的信號衰減特性和干擾特性非常復(fù)雜，而且隨機(jī)性、時變性大，很難找到較為準(zhǔn)確的解析式或數(shù)學(xué)模型加以描述，這也是長期以來對低壓電力線信號傳輸特性的分析多以定性分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測試分析為主的原因，而這對低壓電力線載波通信設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，即要求其有很好的自適應(yīng)能力，同時，出于實(shí)用的角度，為了獲得合理的性價比，又要求其成本要限制在一定的范圍內(nèi)，這

88、些對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言是一個很大的挑戰(zhàn)。</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　通過對低壓電力載波通信信道特性的分析，我們了解到信號在信道中的傳輸特性非常復(fù)雜，為了保證系統(tǒng)能在預(yù)定情況下良好工作，必須選擇一種抗干擾性強(qiáng)的載波通信技術(shù)。</p><h2>　　第三章 電力線通信方案設(shè)計(jì)</h2><

89、;p>　　電力線通信PLC技術(shù)(Power Line Communication )，是指利用現(xiàn)有的電力線，將模擬或數(shù)字信號通過載波方式用電力線進(jìn)行傳輸，再通過專用的電力線調(diào)制解調(diào)器將被傳輸?shù)男盘枏碾娏€上分離出來，傳送到終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種技術(shù)[11]。從廣義上講包含應(yīng)用于高壓輸電網(wǎng)和中、低壓配電網(wǎng)的電力線載波通信，以及在中、低壓配電線路上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信[1。</p><h3>　　3.

90、1常用的電力線載波通信方式</h2><h4>　　3.1.1模擬通信方式</h2><p>　　最早的電力線通信系統(tǒng)是模擬的單載波通信系統(tǒng)。模擬系統(tǒng)傳送的信號是一個模擬的波形，自然界很多信源是模擬形式的，如聲音、圖像等，它們是隨時間連續(xù)變化的模擬量，同時由于含有豐富的低頻分量、甚至直流分量，不便于直接進(jìn)入通信系統(tǒng)，因此需要利用某種調(diào)制方式，按設(shè)計(jì)的載頻進(jìn)行頻帶傳輸。模擬調(diào)制分為模擬調(diào)幅(

91、AM)、模擬調(diào)頻(FM)和模擬調(diào)相(PM)，模擬系統(tǒng)通過信道的信號頻譜比較窄，信道的利用率高，但是其抗干擾能力差，不易于大規(guī)模集成化，現(xiàn)代通信已進(jìn)入數(shù)字化時代，模擬通信越來越多地被先進(jìn)的數(shù)字或數(shù)據(jù)通信所取代</p><h4>　　3.1.2數(shù)字通信方式(ASK, FSK, PSK)</h2><p>　　隨著數(shù)字通信技術(shù)的完善和發(fā)展，出現(xiàn)了窄帶幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵

92、控(PSK)電力線通信系統(tǒng)。與模擬調(diào)制方式類似，三種基本數(shù)字調(diào)制方式其載波都是采用正弦波，唯一的差別是要求調(diào)制信號為數(shù)字化編碼符號或脈沖編碼波形。數(shù)字系統(tǒng)傳遞離散的脈沖信號，接收端正確判斷發(fā)送的是哪一種離散狀態(tài)，只要失真不足以引起錯誤判決就不影響通信質(zhì)量。數(shù)字通信系統(tǒng)在幾個方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng) [12] ：</p><p>　　1．抗干擾能力強(qiáng)、無噪聲積累：</p><p>　　數(shù)字信

93、號的幅值為有限個離散值，在傳輸過程中雖然也受到噪聲的干擾，但當(dāng)信噪比惡化到一定程度時[13]，即在適當(dāng)?shù)木嚯x采用判決再生的方法，再生成沒有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號，所以可以實(shí)現(xiàn)長距離高質(zhì)量的傳輸；</p><p><b>　　2．便于加密處理：</b></p><p>　　信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓街匾?，?shù)字通信的加密處理比模擬通信容易的多，以話音信號為

94、例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號可用簡單的數(shù)字邏輯運(yùn)算進(jìn)行加密、解密處理；</p><p>　　3．便于存儲、處理和交換：</p><p>　　數(shù)字通信的信號形式和計(jì)算機(jī)所用信號一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也便于用計(jì)算機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行存儲、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護(hù)實(shí)現(xiàn)自動化、智能化；</p><p>　　4．設(shè)備便于集成化、微型化：</p&g

95、t;<p>　　數(shù)字通信采用時分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器，設(shè)備中大部分是數(shù)字電路，可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，因此體積小、功耗低；</p><p>　　5．便于構(gòu)成數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng):采用數(shù)字傳輸方式：</p><p>　　可以通過程控數(shù)字交換設(shè)備進(jìn)行數(shù)字交換，以實(shí)現(xiàn)傳輸和交換的綜合。其缺點(diǎn)是比模擬通信占帶寬，但是隨著寬頻帶信道的大量利用以及數(shù)字信號處理技術(shù)

96、的發(fā)展，帶寬問題正在得到有效的解決。</p><h4>　　3.1.3擴(kuò)頻通信方式</h2><p>　　擴(kuò)頻通信就其調(diào)制方式而言，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信沒有什么差別，也包括ASK,FSK, PSK等，不同之處是在調(diào)制之前增加了一個擴(kuò)頻處理環(huán)節(jié)，在接收端同樣增加了一個解擴(kuò)處理的環(huán)節(jié)。在解決大范圍通信問題時，擴(kuò)頻技術(shù)是非常有用的，擴(kuò)頻通信有兩大優(yōu)點(diǎn):抗干擾和低檢測概率。擴(kuò)頻通信主要有以下幾種工作方

97、式[14]： </p><p>　　1．直接序列擴(kuò)頻工作方式(Direct Sequence Spread Spectyum)，簡稱直擴(kuò)(DS)方式；</p><p>　　2．跳變頻率工作方式(Frequency Hopping)，簡稱跳頻(FH)方式；</p><p>　　3．跳變時間工作方式(Time Hopping)，簡稱跳時(TH)方式；</p>

98、<p>　　4．寬帶線性調(diào)頻工作方式(Chirp Modulation)，簡稱Chirp方式；</p><p>　　5．各種混合方式。目前擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用主要在軍事通信上，這是由它良好的抗干擾性能決定的，因此各國軍方對擴(kuò)頻通信技術(shù)都十分重視，投入了大量的人力、財力進(jìn)行研究，其缺點(diǎn)是只能使用單一信道頻段，對于一定擴(kuò)頻增益，系統(tǒng)有一定的干擾容限，當(dāng)干擾強(qiáng)度超過干擾容限時，系統(tǒng)性能惡化，且系統(tǒng)成本高[15]

99、。</p><h4>　　3.1.4其他通信方式</h2><p>　　除了上面介紹的電力線通信方法，還有包括雙音頻調(diào)制法DTMF (Dual ToneMulti Frequency)，DTMF由高頻群和低頻群組成，高低頻群各包含4個頻率：</p><p>　　一個高頻信號和一個低頻信號疊加組成一個組合信號，代表一個數(shù)字；雙向工頻通信技術(shù)TWACS(Two Way

100、Automation Communication System),TWACS的調(diào)制信號頻率接近于工頻，能夠直接跨變壓器臺區(qū)實(shí)現(xiàn)雙方通信[16]，但是TWACS噪聲干擾比較強(qiáng)，不易于實(shí)現(xiàn)可靠通信；正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplxing),OFDM具有很強(qiáng)的抗多徑失真能力，適于移動接收和非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，抗干擾能力強(qiáng)，具有優(yōu)良的頻響和較高頻譜利用率，使用靈活，但是OFD

101、M系統(tǒng)各子帶的載頻振蕩在變更載頻跨越點(diǎn)時不能完全削去拖尾，因此可能造成多載波間的“碼間”干擾等[17]。有關(guān)其他通信方式這里不做詳細(xì)介紹。</p><p>　　表3. 1對模擬通信，數(shù)字通信以及擴(kuò)頻通信方法做了性能的比較：</p><p>　　表3. 1三種電力線通信方法比較</p><h3>　　3.2系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)選擇</h2><p>

102、;　　從以上對三種電力線通信方法的比較可以看出，數(shù)字通信技術(shù)是即可靠又易于實(shí)現(xiàn)的電力線通信方法。在基于電力線的傳感器信號傳輸系統(tǒng)中，電力線載波通信技術(shù)采用BPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)。與模擬通信系統(tǒng)相比，數(shù)字調(diào)制和解調(diào)同樣是通過某種方式，將基帶信號的頻譜由一個頻率位置搬移到另一個頻率位置上去[18]。不同的是，數(shù)字調(diào)制的基帶信號不是模擬信號而是數(shù)字信號[19]。在大多數(shù)情況下，數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號的離散值去鍵控載波。對載波的幅度、頻率或相位進(jìn)

103、行鍵控，便可獲得ASK,FSK, PSK等。這三種數(shù)字調(diào)制方式在抗干擾噪聲能力和信號頻譜利用率等方面，F(xiàn)SK性價比較高，目前己在中、高速傳輸數(shù)據(jù)中得到廣泛應(yīng)用。</p><h4>　　3.2.1 FSK 頻移鍵控</h2><p>　　FSK(Frequency-shift keying) 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。它是利用基帶數(shù)字信號離散取值特點(diǎn)去鍵控載波頻率以傳遞信息

104、的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。在數(shù)字化時代，電腦通信在數(shù)據(jù)線路(電話線、網(wǎng)絡(luò)電纜、光纖或者無線媒介)上進(jìn)行傳輸，就是用FSK調(diào)制信號進(jìn)行的，即把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成FSK信號傳輸，反過來又將接收到的FSK信號解調(diào)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為用高，低電平所表示的二進(jìn)制語言，這是計(jì)算機(jī)能夠直接識別的語言。</p><h4>　　3.2.2 FSK 調(diào)制</h2><p>　　在二進(jìn)制頻移鍵控中，幅度恒定不變的

105、載波信號的頻率隨著輸入碼流的變化而切換(稱為高音和低音，代表二進(jìn)制的1 和0)。</p><p>　　產(chǎn)生FSK 信號最簡單的方法是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個獨(dú)立的振蕩器中切換[20]。采用這種方法產(chǎn)生的波形在切換的時刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK 信號稱為不連續(xù)FSK 信號。 </p><p>　　由于相位的不連續(xù)會造頻譜擴(kuò)展，這種FSK 的調(diào)制方式在傳統(tǒng)的通信設(shè)備中采用較多

106、。隨著數(shù)字處理技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多地采用連繼相位FSK調(diào)制技術(shù)。</p><p>　　目前較常用產(chǎn)生FSK 信號的方法是，首先產(chǎn)生FSK 基帶信號，利用基帶信號對單一載波振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)制。 </p><h4>　　3.2.3 FSK 解調(diào)</h2><p>　　對于FSK 信號的解調(diào)方式很多：相干解調(diào)、濾波非相干解調(diào)、正交相乘非相干解調(diào)[21]。而FSK 的非

107、相干解調(diào)一般采用濾波非相干解調(diào)。輸入的FSK 中頻信號分別經(jīng)過中心。頻率為FH、FL 的帶通濾波器，然后分別經(jīng)過包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波的輸出在T=KTb時抽樣(其中k 為整數(shù))，并且將這些值進(jìn)行比較。根據(jù)包絡(luò)檢波器輸出的大小，比較器判決數(shù)據(jù)比特是1還是0。</p><p>　　圖3.1非相干FSK接收機(jī)的方框圖 </p><p><b>　　3. 3本章小結(jié)</b><

108、;/p><p>　　本章介紹了電力線載波的通信方式，并對各方式性能進(jìn)行了比較決定選用定采用數(shù)字通信方式，隨后介紹了FSK頻移鍵控的相關(guān)理論為本設(shè)計(jì)奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)并為后續(xù)的硬件設(shè)計(jì)提供了了可靠地理論依據(jù)。</p><h2>　　第4章 硬件電路的設(shè)計(jì)</h2><p><b>　　4. 1總體介紹</b></p><p>

109、;　　本文設(shè)計(jì)的安保系統(tǒng)是一種由紅外直射式主動報警器，單片機(jī)控制單元，電力線載波傳輸通道，串口通信單元，微機(jī)控制單元五個部分組成，</p><p>　　其功能實(shí)現(xiàn)的具體流程如圖4.1所示</p><p>　　4.1 安保系統(tǒng)流程圖</p><p>　　具體過程為單片機(jī)時刻接受報警器發(fā)送的狀態(tài)信號，并將信號遞交載波模塊處理并在電網(wǎng)上傳輸，經(jīng)載波模塊通信后由串口通信模塊