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1、华北电力大学本科毕业设计（论文）电力线通信测试系统设计与实现基于FSK调制解调方式摘要电力线载波通信是利用现有的电力线网络进行信息传输的一种通信方式，利用电力线载波通信可以大大地减少线路投资和对线路的维护成本。利用电力线来实现数据通信对电力自动化及公用通信等具有重要的实际意义。随着电力载波技术的不断发展，电力线载波通信的优势越加明显。由于电力线载波信道的传输特性具有时变性、衰减较大、各种干扰噪声复杂等特点，所以为了在干扰严重的电力线上实现可靠的数据通信，必须慎重选择合适的调制解调方式、采用的通信协议以及性能良好的外围接口电路。本文根据电力线信道的大量实测数据，在实验室搭建了电力线通信的模拟测试
2、系统。本文设计了基于微处理器LPC2214和FSK载波芯片的电力线通信测试系统。在不同传输衰减和噪声的情况下，对发送和接收系统滤波、放大、解调等电路的性能进行了充分的测试，并提出了电路的改进意见。中压电力线通信的现场测试表明，该系统能较为充分全面的模拟现场的实际情况，能够为通信系统的设计和改进提供有力的指导。关键词： 电力线通信；LPC2214；FSK；DESIGN AND IMPLEMENTATION OF POWER LINE COMMUNICATION TEST SYSTEMBASED ON FSK MODULATION AND DEMODULATION AbstractPower Li
3、ne Communication is a way to communicate in the use of the existing electric power network to transmit information. Power line carrier communication can greatly reduce the investment and maintenance costs on the line. And using power line to realize data transmission has its actual meaning in power
4、automation and public communication. With the development of the power line carrier communication，the advantage of it is more obvious。As the power line carrier channel with time-varying transmission characteristics, great attenuation and variety of interference characteristics, so in order to achiev
5、e reliable data communication on power line, we must carefully select the appropriate modulation and demodulation method, the communication protocol and find the peripheral interface circuit with good performance. Based on the large number of experimental data of the power line channel，this paper bu
6、ilds a power line communication simulation test system.This thesis designed the power line test system on the basis of microcontroller LPC2214 and carrier chip using FSK modulation and did enough testing about sending and receiving system filtering, amplification, demodulation and other circuit perf
7、ormance with different attenuation and noise during transmission, and made some improvements on circuit. The field test of medium voltage power line communication shows that the system can fully simulate the actual situation and provide strong guidance for the design of communication system. Keyword
8、s: Power Line Communication; LPC2214; FSKII华北电力大学本科毕业设计（论文）目录摘要IAbstractII1绪论11.1课题背景11.2电力线载波通信技术11.2.1电力线载波通信技术发展11.2.2窄带调制解调技术21.3电力线载波通信调制解调芯片21.4本文主要研究内容32硬件系统设计42.1系统总体设计42.2主要器件42.2.1微控制器42.2.2电力线载波芯片52.3硬件电路设计62.3.1ARM7主控制器单元62.3.2调制解调单元82.3.3外围模拟电路单元93软件设计133.1软件调试环境133.1.1ADS1.2集成开发环境133.1
9、.2JTAG调试软件133.2发送板程序设计133.3接收板程序设计163.4CPLD逻辑模块设计184系统测试224.1测试方法224.2外围模拟电路测试224.2.1放大模块测试224.2.2滤波模块测试244.3通信特性测试294.4现场测试304.5本章小结31结论32参考文献33附录34致谢35华北电力大学本科毕业设计（论文）1绪论1.1课题背景电力线载波(Power Line Carrier，PLC)通信是利用现有的电力线网络作为信息传输媒介，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的一种特殊通信方式。最大特点是不需要重新架设通信网络，其充分利用了原有的遍布全国各地的电力线，所以大
10、大节约了人力和物力资源，是一种高效节约的数据通信方式。电力线载波通信以微电子技术为基础，有机地结合了计算机网络和载波技术。系统涉及软硬件可靠性、数据流安排、噪声处理、抗干扰、容错技术、通信质量等诸多方面1。但由于电力线信道具有高噪声、高衰减、信号畸变大的特点，而且在不同的建筑物内，不同的应用场合，不同时间段，电力线通信的性能差别很大。即使在同一地点，每天在不同的时段，通信效果都不一样。因此要可靠地实现电力线载波通信，必须对电力线的通信特性进行充分有效的研究23。本课题设计的电力线通信测试系统通过对电力线通信的噪声、衰减特性的研究，研究电力线通信特性，同时选择与其相匹配的外围模拟电路，以提高电力
11、线载波通信的质量，实现高速的PLC通信。1.2电力线载波通信技术1.2.1电力线载波通信技术发展由于电力线载波通信可以利用遍布各地的电力线作为通信传输媒介，具有研发成本低、维护方便、可以大大减少通信成本的优点，所以近些年来发展迅速。并随着国内外调制解调技术的不断完善和载波芯片的不断更新发展，电力线载波技术在各方面有着越来越广泛的应用。电力线载波通信的应用已经从原来单纯的电力调度逐步扩展到更高层次的小水电控制、配电自动化、楼宇自动化、图像传输、系统监控、远方抄表、继电保护、数据采集等方面。电力线通信的电压应用等级也从原来单一的高电压逐步扩展到中压和低压。随着10KV通信线路需求的不断增长，我国已
12、经出现了多种载波通信设备。目前在国内正在使用的10KV电力线数据通信设备中，使用最广泛的还是窄带调制设备。为了更好的了解中压载波的线路通道状况和其信号可能对高压载波信号产生的干扰，近年来，国内专家们开展了对10kV电力线的信道噪声和衰减传输模型的研究工作，但现阶段还仍处于研究阶段，暂时还没有得到实用性的成果。中压电力线载波通信技术，指应用于10kV电压等级的电力线载波通信技术。由于其通信信道具有高噪声、阻抗衰减复杂等特点，其载波线路通信状况比较差，主要传输配电网自动化信息和大用户抄表信息45。1.2.2窄带调制解调技术1）FSK频移键控FSK（Frequency-shift keying）是信
13、息传输中使用得较早的一种调制方式，它的主要优点是：实现起来比较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。FSK频移键控通过2个不同的载波代表二进制数据中的2种状态，来完成数据的调制，它属于非线性调制。同时，在FSK调制中，不管调制信号如何改变，载波的幅度是恒定的，所以它也是一种恒包络调制。它可以使用功率较高的C类放大器，而不会使发送信号占用的频谱增大，另外，FSK调制带外辐射低，接收设计比较简单。不过其占用带宽比线性调制大6。2）PSK相移键控PSK相移键控也是一种线性调制技术，是通过将载波的相位按基带脉冲来改变的一种数字调制方式，在信号调制中也存在着边瓣再生的问题，
14、特别是在发生相位突变时，由于包络不恒定，信号在通过带限信道后频谱可能会发生扩散。3）ASK幅移键控ASK幅移键控调制技术是数字调制中出现最早的，也是最简单的，传输信号的幅度随调制数字信号的变化而变化，属于线性调制技术。这种调制方案有较好的频谱效率，但在抗噪声的能力上不是很好，而且在传输中必须使用效率较低的RF放大器，在用功率效率高的非线性放大器会导致严重的相邻信道干扰78。1.3电力线载波通信调制解调芯片载波芯片选用的是某款半双工同步、异步FSK(频移键控）调制解调器，是为电力线载波通讯设计的专用调制解调芯片。它专为电力线路通信网络应用，有一个单一的供电电压，集成了一个线性驱动器和两个5V和3
15、.3V的线性稳压器。设备的运行是由可以通过同步串行接口编程的内部寄存器控制的。额外的功能有：作为看门狗、时钟输出，输出电压和电流控制，序言检测，超时和波特率控制。在通信中具有8个可编程发送频率，即：60kHz、66kHz、72kHz、76kHz、82.05kHz、86kHz、110kHz和132.5kHz，可编程波特速率最高为4800bit/s，同时具有UART/SPI主接口，内部集成了线路驱动器和5V、3.3V两个线性调整器，电流高达50mA，数字电压为3.3V和5.0V，具有非常低的功耗，静态电流5mA。在控制方面，载波芯片工作通过内部寄存器控制和同步串行接口来编程9。1.4本文主要研究内容本文基于电力线载波通信的基本原理，以ARM7为微处理器，利用载波芯片组建了电力线载波通信的发送和接收模块，构建了一个电力线通信的测试系统。通过该测试系统，可以模拟电力线通信，并研究电力线通信的特点以及外围接口电路的传输性能。并研究了电力线接口电路，对电力线通信中相关的特性进行了相关测试。并通过模拟电力线通信，对电力线接口电路中的外围电路，如放大、滤波等模拟模块进行了相关的测试和分析。在前人工作的基础上，对电力线通信特性有了一定的了解。作者基于电力线载波通信的基本原理主要进行了如下几个方面的工作：1）通信测试板的系统硬件设计根据电
