一种电力线收发器电路设计 精品 - 图文

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一种电力线收发器电路设计

A Power Line Transceiver Circuit Design

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A Power Line Transceiver Circuit Design 一种电力线收发器电路设计 Abstract: This article describes the ST7540 chip advantage in the field of power line 摘 要：本文介绍了ST7540芯片在电力线载波通信领域的优势和技术上的优carrier communication and technically excellent features, as well as its internal 良特性以及它内部的构造和工作原理，对电力线载波通信系统的硬件电路和软construct and work principle, the design of power line carrier communication system of 件程序的设计做了详细的解释，并提出具体方案。ST7540芯片是适用于低压电hardware circuits and software procedures of doing a detailed explanation and propose 力线载波通信的大规模集成电路芯片，它适合中国的电力线通信的现状，电力specific programs. ST7540 chip LSI chip for low-voltage power line carrier 线网络是一个庞大的，遍及全国的网络。这使得电力线载波通信在市场上有了communication, it is suitable to the status quo of China's Power Line Communication, 很强的竞争力，正再被广泛引用在工业，数据采集等各个领域。 powerline networking is a huge, all over the country network. This makes the power line carrier communication have a strong competitive edge in the market and is widely 关键词：低压电力线载波；ST7540芯片；脉冲采集 quoted in various fields of industrial data acquisition. Keywords: Low-voltage power line carrier; ST7540 chip; pulse acquisition 二零一二届本科毕业论文

目 录

1 绪论........................................................... 1 1.1 电力线载波通信技术的历史和发展趋势............................. 1 2 电力线载波通信的特征........................................... 3 2.1 高压电力线载波通信的特征....................................... 3 2.2 低压电力线载波通信的特点....................................... 5 2.3 扩频通信技术及其应用........................................... 8 3

ST7540扩频通信芯片 ............................................ 9 3.1 引脚特性及应用简介............................................. 9 3.2 接受和传送模式................................................ 11 3.3 内部模块功能.................................................. 12 3.4 主机和st7540之间的连接....................................... 13 4 基于ST7540的载波通信系统硬软件设计........................... 14 4.1 基于ST7540的载波通信系统电路................................. 15 4.2 基于ST540与MCU的SPI通信接口的程序设计...................... 20 4.3 在系统中的应用................................................ 23 结 论.............................................................. 27 致 谢............................................................. 28 参 考 文 献 ......................................................... 29 附录：............................................................. 30

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1 绪论

随着科学技术的飞速发展，在现在的技术条件下，使用电力线来传输信号变成可能。电力线网络是目前覆盖率最为完全的硬件网络，这方面它的优势远远大于电信线的覆盖率，所以能好好的利用电力线网络这一资源对我们有很大的意义，可以节省另外铺设专用通信线路的花费。ST7540是支持多种FSK调制解调技术通信协议的一种新型的电力线载波通信芯片，它适用于中国恶劣的电力线网络环境，在我国的电力线信号传输领域有着很大的优势。

1.1 电力线载波通信技术的历史和发展趋势

在二十世纪的20年代初期，这种已电力线路作为通信媒介的传输手段被提出，进入了发展阶段。这项技术的投入使用，基于电力网线路的一些特点和优势，大大的节省了信道的投资，有较高的可靠性，取得了不错的效果。在我国，20世界中期，开始有日本生产的电力线载波机在东北等地区投入使用了。到目前为止，已经应用到相当于葛-沪±500KV的很大规模的直流输电系统中。一般情况下，使用1053KM的载波信道来作为两换流站之间的传输媒介，达到了相当的规模和水平。现阶段，卫星通信、无限通信是我们国家实现信号传输的主流通信手段。而已这些通信形式为基础的电力线载波通信网络已基本达到对全国各个角落的覆盖。现如今各种通信手段层出不穷，但电力线载波通信仍然是一些地区网，省网等等信号传输方面常常用到的手段，是电力线上实现信号传输的基本途径。近年来，我过的电力线载波技术的发展，循序渐进，三分理论七分实践，取得了很不错的成果。我国是人口大国，在我国电力线网络是覆盖范围最广的网络。在实际应用中，不论是500KV的高压线路，还是在35KV—10KV区间上的相对较低的线路上，都开通了电力线载波机。电力线载波技术的发展是耳闻目睹的，在我国110KV电力线载波信号线路的公里数已从八五年初期的26万公里发展到现阶段的65万公里。现如今的载波通信技术的应用被拓展到了计算机信息、传真等方面，不再像之前一直局限于电话业务。像利用载波机技术，通过电力线传输信号实现站与站之间的自动控制是比较典型的应用。自本世纪中叶，载波机的技术在随着科学技术水平的提高被不断的改进。载波机也从五十年代的双边带电子管到全集成化单边带再到更先进的数字载波机。为了更好的解决一些重大的问题，我国也借鉴国外的载波技术，这也给国产的载波机的改进和发展提供了方案。除此之外，在组网、软件的设计上也在不断的进步和发展。随着我国电力网的拓展，电力系统的规模也越来越大，一些大的机组、电站的出现使得电力线载波通信的问题也逐渐的被凸显出来。撇开工业用电系统不说，现如今的家庭用电系统中，一些大功率的用电器的接入，都会在载波通道上产生很大的噪声，再加上一些恶劣的环境对起造成的影响，对信号的稳定传输都造成了很大的干扰。鉴于电力线载波的自身缺点，再加上我国现阶段这方面的技术还处于发展阶段，设备的水平

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不高，管理维护的较差，使得电力线载波通信与一些专用的通信技术还存在很大的一段差距。随着信息时代的到来，通信技术的更新换代的脚步越来越快，一些先进的技术和设备被推广，而电力线载波是基于电力系统网络，覆盖了每家每户几乎世界的每个角落，因此这项技术还是得到了很多研发人员的亲睐，相信在不断的发展和改进后，问题会得到解决，实现信号在电力线上的稳定的传输。显而易见，电力线载波通信技术已经在电力网系统中得到了广泛的应用。在实际的使用中，它的缺点和不足之处也逐渐被体现出来。再加上一些新型的通信手段的出现，使得电力线载波通信技术的缺点更为突出。就目前为止，与其他一些通信手段相比电力线在信号传输的稳定性上得到的评价不是很高。而造成这种情况的原因是有很多方面的，如技术仍不够成熟，设备制造不够精细，工程设计施工出现问题等等等的一系列问题。既有客观上的，也有认识上的。我国电力线载波的频率区间一般为40~500KHZ,所以在实际情况中系统中在整个频率范围内需要安排的载波机的数量要远远大于理论上的57台载波机的极限值。实际情况下，电力线上的阻抗分布不均，负载的噪声干扰，衰减不均等等一些因素，使得在整个频率段内也不能做到完全利用。而我们有时对频率没有好好的规划使得在这个频率区间的安排和使用过程中有很多做的不好的地方，造成了频谱的紧张或者浪费带来了很多不利的影响。一直以来没有统筹意识的频率考虑频率，失去了全局观念。对于现在比较普遍的高频保护入展一相的现状，如果能改用复用技术，理论上就可以利用高频保护所占用的频带。而且对于现在普遍的点对点的通信网络结构，通道利用率低，通道被占用，如能够对交换网进行调度控制，也能达到节省通道的目的。不得不承认，目前国内的载波机的技术，设备的工艺，软件的支持身上和国外的先进技术和设备还存在着非常大的差距，不论是在频率利用率上、滤波器性能上、乃至载波器频率特性等等的多个方面都难以达到国外先进载波机的现有水平。在平均无故障时间上，进口载波机也是遥遥领先于国产的载波机，一般国外的载波机可达到几十年无故障，就这点上，国产机是无法与其相提并论的。在配套工程方面，存在着电源容量小、可靠性不高、受雷电干扰较大等设备不完善线路保护设施落后等问题。管理运行方面是整个系统的核心问题，旧的通道存在的很多专业的问题，这些问题无疑在很大程度上影响了载波信号传输的稳定可靠。现阶段，我们应该看清国内产品的不足之处和改进的空间，借鉴进口产品的优点，完善国内的电力线载波技术，满足现代电力线信号传输系统的需求，更好的适应全球性通信的发展趋势。为了在我国实现高速率、大容量、宽带宽的电力线载波通信系统，应该发展和推广更加先进的通信手段。有电力网的庞大的覆盖，电力线载波有着可观的市场前景，仍然有着生存空间。其作为电力部门的通信资源，不论未来发展趋势如何，它在通信领域的以其自身的优势有着很强的竞争力。它在电力生产中发挥着不可替代的作用，特别是对台风，洪涝灾害有着抵御能力。

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其内部电路的传输线有着较高的机械强度，不易受到外界的破坏和影响。鉴于电力线载波通信的特点，它适用于县调、地调这样的信息需求比较小的特殊环境下，而对于一些信息需求比较高的环境，它也可作为备用通信手段，以预防一些突发状况。对于一些距离比较远的通信，电力线载波虽然存在信号衰减的缺点，但它在传输介质的花费上要远远低于其他通信方式。与其他的通信技术一样，电力线载波通信也在不断的发展也完善。针对它设计和管理上的不足之处，研发人员一直坚持不懈地开发新技术去改善和提高。相信随着科技的发展，设备的更新换代，有朝一日电力线载波技术也能实现稳定可靠的信息传输[1]。

2 电力线载波通信的特征

电力线载波通信技术，即是利用电力网络实现信号的传输。在我国，电力网是最大的硬件网络，有很大的覆盖范围，因此，如果能合理的开发这项技术，将会给我们带来巨大的经济效益。电力网现在一般都实行地下电缆，受自然因素的影响比较小，在一些恶劣的环境下仍然能保持稳定的信号传输，这也是电力线载波通信技术在这一领域的一项优势。对这项技术的开发和研究有着长远的战略意义。但电力线本身是用来传输电能的，而不是专门用来传输信号的传输介质，一些大功率的用电器也会产生不可避免的噪声，对信号产生干扰，因此要实现广泛的使用和推广，还需要很好的技术支持。

2.1 高压电力线载波通信的特征

2.1.1 传输频带受到限制，传输的数据量较小

在现如今通信技术日益发达的时代，由于在高压电力线载波通信时，载波通信频带通常被控制在40~500KHZ之间，如果按单位位置上占用4KHZ的带宽来计算的话。理论上是可以多条高频载波通道共一根电力线路，但是因为电力线上的一些外在因素会引起衰减，现实中不可能按照理想中的情况去安排频谱的排列，所以真正实现的组成通信网的载波通道是很有限的。在通信业务蒸蒸日上的今天，这种技术的信道容量已经到达了使用的极限了。尽管我们尝试过分小区法，组分段法，随即插空法，以及地图色法等等一下手段来试图解决容量问题。甚至为了尽量能使载波频率得到重复使用，但仍然没能解决信道分配的问题，未能满足实际需要。随着技术的发展和改善，数字电力线载波器不断更新换代，光纤通信技术的不断改进，频谱受限的问题也逐渐得到缓解。而且在现实用户配电网中因载波通道容量受限而存在的问题并不是不大。

2.1.2 线路噪声大

实际情况的电力线线不是一条阻抗均匀分布的传输线，再加上上面的接入的负载，使得它与专用的信号传输线相比，传输时受到的噪声干扰会比较大。比如说，在高压电力线上会产生放电电晕绝缘子，这些绝缘子会对载波信号造成污染，

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其内部电路的传输线有着较高的机械强度，不易受到外界的破坏和影响。鉴于电力线载波通信的特点，它适用于县调、地调这样的信息需求比较小的特殊环境下，而对于一些信息需求比较高的环境，它也可作为备用通信手段，以预防一些突发状况。对于一些距离比较远的通信，电力线载波虽然存在信号衰减的缺点，但它在传输介质的花费上要远远低于其他通信方式。与其他的通信技术一样，电力线载波通信也在不断的发展也完善。针对它设计和管理上的不足之处，研发人员一直坚持不懈地开发新技术去改善和提高。相信随着科技的发展，设备的更新换代，有朝一日电力线载波技术也能实现稳定可靠的信息传输[1]。

2 电力线载波通信的特征

电力线载波通信技术，即是利用电力网络实现信号的传输。在我国，电力网是最大的硬件网络，有很大的覆盖范围，因此，如果能合理的开发这项技术，将会给我们带来巨大的经济效益。电力网现在一般都实行地下电缆，受自然因素的影响比较小，在一些恶劣的环境下仍然能保持稳定的信号传输，这也是电力线载波通信技术在这一领域的一项优势。对这项技术的开发和研究有着长远的战略意义。但电力线本身是用来传输电能的，而不是专门用来传输信号的传输介质，一些大功率的用电器也会产生不可避免的噪声，对信号产生干扰，因此要实现广泛的使用和推广，还需要很好的技术支持。

2.1 高压电力线载波通信的特征

2.1.1 传输频带受到限制，传输的数据量较小

在现如今通信技术日益发达的时代，由于在高压电力线载波通信时，载波通信频带通常被控制在40~500KHZ之间，如果按单位位置上占用4KHZ的带宽来计算的话。理论上是可以多条高频载波通道共一根电力线路，但是因为电力线上的一些外在因素会引起衰减，现实中不可能按照理想中的情况去安排频谱的排列，所以真正实现的组成通信网的载波通道是很有限的。在通信业务蒸蒸日上的今天，这种技术的信道容量已经到达了使用的极限了。尽管我们尝试过分小区法，组分段法，随即插空法，以及地图色法等等一下手段来试图解决容量问题。甚至为了尽量能使载波频率得到重复使用，但仍然没能解决信道分配的问题，未能满足实际需要。随着技术的发展和改善，数字电力线载波器不断更新换代，光纤通信技术的不断改进，频谱受限的问题也逐渐得到缓解。而且在现实用户配电网中因载波通道容量受限而存在的问题并不是不大。

2.1.2 线路噪声大

实际情况的电力线线不是一条阻抗均匀分布的传输线，再加上上面的接入的负载，使得它与专用的信号传输线相比，传输时受到的噪声干扰会比较大。比如说，在高压电力线上会产生放电电晕绝缘子，这些绝缘子会对载波信号造成污染，

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