基于電力載波技術(shù)的公共照明遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，工業(yè)發(fā)展水平顯著，但高能耗、高排放的產(chǎn)業(yè)依然存在，由此導(dǎo)致能源消耗量和排放量依然呈現(xiàn)快速增長的趨勢。其中，電力工業(yè)作為能源消耗大戶，其對燃煤的消耗占全國消耗總量的60％以上。電力產(chǎn)業(yè)鏈主要包括發(fā)電、電力傳輸和用電三個環(huán)節(jié)，三者之中，又以用電環(huán)節(jié)所造成的能源浪費現(xiàn)象最為嚴(yán)重。例如學(xué)校、商場、辦公樓等公共場所中，常常出現(xiàn)人走燈未滅的情況，這一類看似微小的疏忽積少成多，造成的浪費難以估量。在大型公共場所照明設(shè)備的傳統(tǒng)

2、控制方式上，一般都停留在專人負(fù)責(zé)手動控制的階段，控制十分不便，對人力資源造成了不必要的耗費。另外，在現(xiàn)行的智能家居控制系統(tǒng)中，多采用無線通訊技術(shù)，易受到障礙物、通信距離等因素的影響。本文針對目前公共場所照明設(shè)備控制領(lǐng)域存在的上述問題，以及響應(yīng)國家對低碳環(huán)保、節(jié)能減排的號召，研究設(shè)計了一種基于電力載波技術(shù)的公共照明遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。論文主要包含如下工作：
　?。?）公共照明遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)總體架構(gòu)方案設(shè)計。通過對系統(tǒng)整體功能需求的分析與研究

3、，以及對電力線載波通信技術(shù)、串行接口通信技術(shù)、無線通信技術(shù)等技術(shù)的研究，在實現(xiàn)對公共場所照明設(shè)備進行遠(yuǎn)程控制主要功能的基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)控制信息雙向通信、自定義設(shè)置電力載波通信編碼、跨變壓器臺區(qū)通信進而進行設(shè)備控制等創(chuàng)新功能，設(shè)計公共照明遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的整體方案。利用電力網(wǎng)線路覆蓋面廣的優(yōu)勢，以電力線載波技術(shù)作為系統(tǒng)主要通信手段，輔之以串行接口通信技術(shù)、IIC總線技術(shù)、ZigBee無線通信技術(shù)等，以公共場所的照明設(shè)備作為控制對象，構(gòu)建由控制

4、中心計算機、主控模塊、電力載波開關(guān)、無線通信模塊等環(huán)節(jié)組成的整體架構(gòu)。
　?。?）公共照明遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件選型及電路設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)通信過程中的不同工作環(huán)節(jié)劃分，分別對主控模塊、無線通信模塊、電力載波開關(guān)模塊進行了相關(guān)研究與設(shè)計工作。通過對相關(guān)硬件設(shè)備的成本、性能等因素的研究并結(jié)合系統(tǒng)需求以及實際研究條件等因素進行權(quán)衡，最終明確以HLPLCS520F芯片作為實現(xiàn)系統(tǒng)中電力載波通信功能的通信芯片，以CC2530系列芯片為中心構(gòu)建系統(tǒng)

5、中的ZigBee無線通信模塊，以及以ARM7系列的嵌入式芯片 LPC2103作為主控模塊的控制中樞。在研究確定硬件選型的基礎(chǔ)上，根據(jù)需求設(shè)計主控模塊、無線通信模塊、電力載波開關(guān)模塊的硬件電路，完成各主要電路的功能實現(xiàn)以及測試工作。
　?。?）公共照明遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)相關(guān)軟件功能設(shè)計與實現(xiàn)。以對整體功能的研究為藍(lán)圖，結(jié)合相應(yīng)硬件結(jié)構(gòu)，設(shè)計系統(tǒng)各模塊的軟件。根據(jù)設(shè)計需求，先對各功能進行方案的研究設(shè)計，并繪制流程圖實現(xiàn)相應(yīng)的功能。隨后結(jié)合系

6、統(tǒng)整體需求對ZigBee協(xié)議、IIC總線協(xié)議等相關(guān)內(nèi)容進行研究，結(jié)合對上位機界面設(shè)計、微控制器相關(guān)程序設(shè)計、無線通信軟件設(shè)計相關(guān)的開發(fā)平臺的研究，分別完成控制中心計算機的管理界面設(shè)計、主控模塊及電力載波開關(guān)模塊的程序設(shè)計以及無線通信模塊的程序開發(fā)。在完成對各單元軟件功能進行獨立調(diào)試的基礎(chǔ)上，最后完成系統(tǒng)整體軟件功能的測試，并對存在缺陷進行完善。
　　（4）系統(tǒng)抗干擾性能的研究。對系統(tǒng)中存在的干擾因素進行研究，主要對電力線載波通信過

7、程中的干擾特性進行研究與分析。通過分析系統(tǒng)通信過程中可能存在的問題，提出具體的措施以提升系統(tǒng)通信質(zhì)量，包括研究路由分簇算法以提升通信自組網(wǎng)能力，研究擴頻通信技術(shù)以對抗電力載波通信所存在的信道干擾，采用冗余容錯法以降低通信過程中的丟碼、誤碼概率，同時提出一種新的通信編碼結(jié)構(gòu)以解決現(xiàn)有電力載波開關(guān)設(shè)備可能存在的重碼問題。
　　完成系統(tǒng)的研究設(shè)計工作后，對其進行測試評估，達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目的。通過計算機仿真與實際應(yīng)用的實驗結(jié)果表明，分簇