基于低压电力线的智能载波通信模块的研究与设计

论文摘要

电力线载波（Power Line Carrier,PLC）通信是一种基于电力线传输信号的技术。电力线网络的最大优势是它的覆盖范围广泛,各种建筑物内都有接入。所以利用电力线实现数据通信有着很大的经济效益和应用前景。目前,电力线载波通信已经成为研究热点。本文分析了低压电力线作为通信信道的输入阻抗特性、信号衰减特性和噪声干扰特性等传输特性,并详细研究了几种可以提高抗干扰能力的载波方法。由于国外一些常用的载波芯片如LM1893、ST7536等在国内的应用效果不理想,因此本系统针对我国的电网特性,提出了脉冲相位调制法并阐述了其原理。脉冲相位调制法最大的优点是抗干扰性强、传输距离远。依据脉冲相位调制法原理设计调制解调电路和制定系统软件通信协议是本文的重点和难点。系统采用市面上常用的高性价比的数字模拟器件来完成调制解调电路的设计。软件通信协议在研究Modbus协议的基础上,制定了自主的通信协议——PLC-BUS协议。它规定系统采用的功能码可以由用户自行定义。本文设计的系统是一个半双工的通信系统,既可以读又可以写。系统设计中采用PHILIPS公司生产的高速、高性能MCU-P89LPC932A1作为系统的控制核心,此芯片具有UART、I2C和SPI三种串行通信接口,本系统分别设计了这三种串行通信接口方式,极大的扩展了系统的应用范围。通过实际的系统测试与结果分析表明,本课题设计的低压电力线智能载波通信模块可以无差错的传输数据,具有抗干扰能力强、传输距离远等特点。对我国低压电力线载波技术的发展具有积极的推动作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 低压电力线载波在国内外的发展状况
• 1.2.1 低压电力线载波在国外的发展状况
• 1.2.2 低压电力线载波在国内的发展状况
• 1.3 本课题研究的目的和意义
• 1.4 本课题主要研究内容与章节安排
• 第2章 低压电力线传输特性及抗干扰性分析
• 2.1 低压电力线传输特性
• 2.1.1 低压电力线输入阻抗特性
• 2.1.2 低压电力线信号衰减特性
• 2.1.3 低压电力线噪声干扰特性
• 2.2 低压电力线载波通信抗干扰性分析
• 2.2.1 FSK 抗干扰性
• 2.2.2 SSC 抗干扰性
• 2.2.3 OFDM 抗干扰性
• 2.2.4 PLCBUS 抗干扰性
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 硬件整体设计方案
• 3.1.1 系统设计原则及功能分析
• 3.1.2 系统设计方案的确定
• 3.1.3 脉冲相位调制法原理
• 2C 串行通信'>3.2 I²C 串行通信
• 3.3 SPI 串行通信
• 3.4 微控制器的选型
• 3.5 调制解调电路设计
• 3.5.1 相位检测电路
• 3.5.2 信号调制电路
• 3.5.3 信号解调电路
• 3.6 系统整体硬件电路设计
• 3.7 外围测试电路设计
• 3.7.1 电源电路
• 3.7.2 按键电路
• 3.7.3 显示电路
• 3.8 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 Modbus 协议介绍
• 4.2 PLC-BUS 协议研究与制定
• 4.3 载波模块软件设计
• 4.3.1 主程序
• 4.3.2 载波通信子程序
• 2C 收发子程序'>4.3.3 I²C 收发子程序
• 4.3.4 SPI 收发子程序
• 4.4 外部测试电路软件设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统测试与试验
• 5.1 调制解调电路测试
• 5.2 系统抗干扰试验
• 5.3 系统传输距离试验
• 5.4 系统测试相关结论
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢