基于PowerPC的电力载波路由器的实现

论文摘要

电力载波通信技术已被广泛应用于电力行业自动化抄表系统中,在自动化抄表系统中利用载波抄表技术,能够充分发挥现有的电力线资源,无需另外布线。所谓载波抄表是指借助用户电表端的载波模块,通过低压电力线把用户有关信息以载波方式发送到集中器,从而实现台区内用户电能表信息的集中抄收。由于电力载波是利用电力线来作为传输媒介,电力线路距离的长短和用户的用电负载情况都会对电力载波通信效果造成影响,所以,通过载波模块实现对一台区下所有电表的直抄是不现实的。目前常用的解决方法是为每块电表安装带中继转发功能的载波模块,不能直抄的表可以通过距离它近或信号质量较佳的表对其进行中继转发抄收。电力载波通信信道,其载波通信信号衰减大,干扰严重,不稳定。如何根据线路状态以及通信距离的远近自动分配各电表的中继节点,并动态维护这些节点,是进行中继转发抄收时应解决的问题。本文基于载波中继转发技术,设计出一种应用于集抄系统的载波路由器,以实现用户节点抄收路径的智能确定。该路由器在硬件配置上搭载了MPC850作为主处理器,其主频为50MHZ,内部集成了PowerPC核和一个专为串行通信设计的通信处理器模块(CPM)。存储器配有32M的SDRAM和8M的NorFlash。软件系统平台采用了嵌入式linux操作系统,同时配有SQlite作为嵌入式数据库来保存用户电表数据及系统配置信息,内嵌boa web server用来实现路由器的web管理与控制。在软件的设计中采用了基于动态链接库的模块化设计,极大地缩短开发周期,同时使系统具有极好的可扩展性、可维护性和远程升级功能。在路由算法设计上,根据电力载波中继抄表的特点,设计出一种多叉树遍历寻优的自动中继算法,该算法理论上可以实现对台区下电表数据的百分百抄收。实际应用中可将自动中继与半自动中继相结合,以保证集抄系统的稳定性与灵活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电力载波技术概述
• 1.2 载波路由器在集抄系统中的作用
• 1.3 PowerPC 在载波路由器中的应用
• 1.4 论文的意义及结构
• 1.4.1 论文选题的意义
• 1.4.2 论文的结构
• 1.5 本章 小结
• 第二章 电力载波通信原理与实现技术
• 2.1 电力载波通信原理
• 2.2 直接序列扩频通信的数学模型
• 2.2.1 直接序列扩频通信的发送系统模型
• 2.2.2 直接序列扩频通信的接收系统模型
• 2.3 直扩系统的主要特点
• 2.4 直扩技术在电力载波通信中的应用
• 2.4.1 载波芯片简介
• 2.4.2 载波通信单元
• 2.5 本章 小结
• 第三章 智能中继技术在自动抄表中的实现
• 3.1 低压电力载波技术实现的难点及解决方法
• 3.1.1 电力载波信道的特点
• 3.1.2 提高载波通信可靠性的解决方法
• 3.2 中继技术
• 3.2.1 几种常用的中继技术
• 3.2.2 智能中继的设计思想
• 3.3 电力线载波抄表的路由设计
• 3.3.1 路由算法的设计要求
• 3.3.2 路由算法的实现
• 3.4 本章 小结
• 第四章 载波路由器的硬件设计
• 4.1 CPU 选型及外围电路设计
• 4.1.1 CPU 选型
• 4.1.2 外部存储器模块
• 4.1.3 MPC850 的电源及复位电路设计
• 4.2 串行通道电路的设计
• 4.2.1 UART 串行接口
• 4.2.2 以太网通讯接口
• 4.2.3 USB 通信接口
• 4.3 本章 小结
• 第五章 载波路由器的软件设计
• 5.1 嵌入式linux 平台的搭建
• 5.1.1 移植PPCBoot 到MPC850
• 5.1.2 移植linux 内核
• 5.1.3 构建linux 根文件系统
• 5.2 通信路由器驱动程序设计
• 5.2.1 Linux 设备驱动概述
• 5.2.2 Linux Module
• 5.2.3 Linux 网络设备驱动结构
• 5.2.4 路由器的以太网驱动程序
• 5.2.5 串口驱动程序
• 5.3 路由器应用程序的编写
• 5.3.1 应用程序的软件框架
• 5.3.2 路由算法的多线程设计
• 5.3.3 嵌入式数据库SQlite
• 5.3.4 路由器的web 管理设计
• 5.4 本章 小结
• 第六章 系统的测试
• 6.1 测试环境
• 6.1.1 硬件环境
• 6.1.2 软件环境
• 6.2 测试方法
• 6.3 测试过程与结果
• 6.4 本章 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表和录用的论文