电力线载波双向传输模块研究

电力线载波双向传输模块研究- -

电力线载波双向传输模块研究

一、文献综述

1．本课题研究的目的和意义

电力线载波（Power Line Carrier – PLC）通信是利用高压电力线（在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级）、中压电力线（指10kV电压等级）或低压配电线（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。近年来，高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，已经进入了数字化时代。并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面。

电力线上网充分利用现有的配电网络基础设施，无需任何布线，是一种“No NewWires”技术。可以节省了巨大的新增投资。目前，我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路，全国500kV和330kV的电力线路长达25094.16Km，220Kv线路107348.06Km，加上110Kv线路共计310000Km，可绕地球近8圈。我国目前电话用户不到3亿，但用电用户已超过10亿，显然这连接10亿用户的既存电力线是提供上网服务的巨大物质基础，直接在覆盖全国的电力网络上架构互联网连接将比现在铺设光纤的方式节省大量的人力和物力。因此，随着用户的增长，局端设备可以随时进行动态增加。这一点对于运营商来说就意味着，他可以不必在设备采购初期投入巨大的资金。因此也有宽带网络接入“最后一公里”最具竞争力的解决方案之称。利用电力上网全天候在线的特点，可轻松实现数据、语音、视频以及电力于一体的“四网合一”！更可以在智能家用电器控制、数字化社区服务、小区安防等领域大显身手。

2．国内外研究现状

电力线通信技术出现于本世纪二十年代初期。应用电力线传输信号的实例最早是电力线电话，它的应用范围是在同一个变压器的供电线路以内，将电信号从电力线上滤下来。1991年美国电子工业协会确认了三种家庭总线，电力线是其中一种。1997年10月，Northern Telecom公司宣布进行数字电线技术的开发，这项技术将使电力公司能够在电力线上以1Mbps的速度传送数据和话音业务。去

年西门子的PLC技术将电力线总线的家庭扩大到小区的电信接入网端口，而且能以1Mbps的速率传输数据。

进展在今年加快。由思科、英特尔、惠普、松下和夏普等13家公司已于今年4月成立“家庭插电联盟”(HomePlug Powerline Alliance)，致力于创造共同的家用电线网络通讯技术标准。今年底前，正式的“电线”标准可望定案，而第一批使用此技术的产品可望在年内推出。

欧洲也不示弱。在今年德国汉诺威信息技术大展上，德国电力工业巨头RWE电力公司推出了名叫电力网的新技术，这种新的传输技术将能通过电源线路传输各种互联网数据信号，从而大大推进互联网的普及。用户只需花上几分钟时间，把特制的调制解调器与普通的电线插口相接，就可以上网浏览，速度也可达到每秒2兆比特的宽带标准。德国联邦议院议会上院新近通过一项议案，批准使用能使互联网信息通过电力线和墙上电源插座传输的技术。

日本将在2001年内制定出连接装置的技术标准。日本九州电力公司和东京电力公司与三菱电机、富士通、松下电器等合作，开发通过电力线路传送和接收图像的技术，并定于2001年内推出实用产品。

在我国，四十年代已有日本生产的载波机在东北运行，做为长距离调度的通信手段。从1999年起，我国电科院就开始对高速PLC进行研究，并在2001年8月，在沈阳建立了第一个实验网络。又从2001年12月起，国电通信中心开始组织国内外厂商在北京居民区开展PLC应用试验，这些公司包括韩国的Xeline（14Mb/s系统）、瑞士ASCOM公司（4.5Mb/s系统）、美国Leap公司（14Mb/s）、西班牙的DS2公司.福建电力试验研究院（10Mb/s系统），以及电科院（14Mb/s系统）等。最近，我国福建省电力试验研究院研制成功“数字化输电线路技术“的核心产品——电力调制解调器及多个相关产品，其传输速率达到10M。同时国电通信中心采用国内外电力线通信(PLC)组网设备，在北京某生活小区成功地进行了lnternet接人试验，并获得了较理想效果。随着研究的深入，PLC也向更高速率发展。例如将速率提高到100Mb/s，甚至200 Mb/s。届时，高速PLC将为宽带接入通信作出更大贡献.

3．研究内容

本课题是针对电力线载波双向传输模块及数据传输特性的研究，结合电路设计，电力线调制解调器芯片，振荡器、功放、T/R转向开关、耦合电路 ，protel软件，单片机系统知识，计算机仿真分析等相关知识。

1、电力线调制解调器芯片的简介：

a、ST7536 一种半双工同步调频调制解调器,可在电力线上以600bps或1200bps的速率进行数据传输符合欧洲CENELECEN50065 1和ENELDH028/29标准以及USFCC规定。ST7536使用了调频技术(FSK),可在非常噪杂的电力线传输环境中实现了低成本的稳定的数据传输 。

b、ST7537：一种半双工异步调频调制解调器。使用了调频技术(FSK)，虽然在这种传输环境中,使用调幅技术更为可靠,但是由于调幅技术产生噪声,并且频谱很宽,实现起来非常复杂,因而成本大大增加。

2、protel软件：用以产生各种用途的高质量电路原理图，在这里主要是用与硬件原理图和印刷电路板图的绘制和研究。使用protel软件绘出所设计的电路原理图和印刷电路板图。

3、计算机仿真分析：仿真就是用不同的物理装置或者数学数据处理系统，全部或者部分地模仿所设计机器的运动和数据处理系统，使模仿的系统能够像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，完成类似的动作，获得同样的结果。在这里主要是对用电阻和电容组成的模拟网络进行仿真分析，以研究机构的最佳结构参数组合，为实际的机构设计和制造提供准确信息。在本课题中主要是用MATLAB进行仿真。

4、单片机系统：电力线载波双向收发模块电路组成最小单片机系统。

二、技术路线

在发送时，利用调制技术将用户数据进行调制，把载有信息的高频加载于电流,然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号取出，再经过解调，就可得到原通信信号, 并传送到计算机或电话，以实现信息传递。PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。具体的电力线载波双向传输模块的设计思想：由调制器、振荡器、功放、T/R转向开关、耦合电路和解调器等部分组成的传输模块，其中振荡器是为调制器提供一个载波信号。在发射数据时，待发信号从TXD端发出后，经调制器进行调制，然后将已调信号送到功放级进行放大，再经过 T/R转向开关和耦合电路把已调信号加载到电力线上。接收数据时，发射模块发送出的已调信号通过耦合电路和T/R 转向开关进入解调器，经解调器解调后提取原始信号，并将原始信号从RXD 端送到下一级的数字设备中。

三、毕业设计（论文）进度安排

一调研：（4周）

根据毕业设计题目的要求查阅有关资料；

资料来源：1.科技期刊论文（中文）全国学位论文集（中文）； 2. 美国工程索引（英文）；

3. 教科书、技术手册机及其它相关书籍和资料。 二材料综合（1周）

1 阅读科技期刊论文或学位论文，精读4~5篇，泛读10篇以上； 2 写出综述：内容包括课题的目的和意义、国内外研究现状和研究内容； 3 写出开题报告：内容包括文献综述、技术路线、进度安排和预期结果； 三毕业设计的具体内容（5周）

1 设计方案的确定 2 方案中的各部分的设计。 四毕业设计的整理（1.5周）

五毕业设计装订和准备毕业答辩（0.5周）

四、预期的结果

利用低压电力线实现可靠的载波通信，设计出具有较高的载波信号加载效率，通过对低压电力线的传输特性的研究提出一个较好的传输方案，并能有效地隔离电力网50HZ的工频信号和性能价格比较高的电力线载波双向收发模块电路。通过毕业设计能熟练掌握和运用protel，matlab等软件于实际当中。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f1fv.html