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1、毕业论文题目：电力载波通信抄表集中器硬件设计专业：电气工程与其自动化#：于洋指导教师：陈兴摘要随着我国电力事业的迅速开展，传统的用电抄收管理方式己经不能满足市场需求。本文在大量收集查阅国内外有关远程抄表系统资料、 深入用户与用电管理部门广泛调研的根底上，提出了一种采用低压电力线载波通信技术的远程自动抄表系统。该系统具有三层网络结构，即上位机管理系统、集中器和载波电表。重点分析研究了集中器与其与各组成局部的通信。由于我国低压电力线上存在的高削减、高噪声、高变形，必须采用特殊的通信技术。本文首先分析了高频信号在电力线中的传输特性； 重点讨论了扩频通信技术在电力线载波通信中的应用；深入研究了以扩频调
2、制解调技术通信技术为根底的、高性能的电力线载波专用MODEM片SSC P30Q!勺内部工作原理。在此根底上，采用 SSC P30CR现了远程抄表系统中集中器与终端载波电表之间可靠的数据传输。集中器是连接上位机与终端载波电表之间的枢纽，起着上传下达的作用。根据中华人民#国电力行业标准规定的集中器的主要功能与性能指标要求，本文重点研究设计了集中器的硬件系统。其中硬 件系统主要包括主控制器、外部扩展数据存储器、时钟模块、上位机通信接口电路以与 电力线载波通信电路与其外围电路等。关键词：电力线载波，扩频通信技术，集中器，抄表系统ABSTRACTWith the rapid development of
3、 power undertaking of our country, the traditional ways of meter reading can not satisfy the demandof market any more. Based on the vast collecting and consulting of the concerned information of the remote meter reading system of the home and abroad and going deep into the consumers and power consum
4、ption administrative departments to investigate and research widely, a remote meter reading system adopting carrier munication technology of the low-voltage power linemunication (PLC) had been proposed in this paper. Ithad networkstructure ofthreelayers ， i.e.theputeradministrativesystem， concentrat
5、orand carrier meter. And the functions andcharacteristics of the whole system together with its every ponent had been analyzed.Becausehighattenuation， highnoiseandhighdistortionexistinthelow-voltagepowerlinesofourcountry ,special munication technology must be adopted.First of all, the transmissionch
6、aracteristic whenhigh-frequencysignal was transmittedthrough powerlineswasanalyzed.Secondly, the application of spread spectrum munication technology to carrier munication of the power line was emphatically discussed.Thirdly ， theinterior principleofthespecialMODEMIC SSC P300 adopting Spread-spectru
7、m modem munication technology was deeply studied.Basedonthis ， SSC P300 wasselected to the reliable data transmission betweentheconcentratorofthelong-distancemeterreadingsystemandtheterminalsignalcarrier ammeter.Beingtheheartoftheautomatic meterreadingsystem ， the concentrator connected the puter wi
8、th the terminal carrier meter. The hardware system of the concentrator was emphatically designed according to the main functions and the demands for performance targets of the concentrator stated in the power trade standard ofPRC.It wasmainly posed of MCUexternalexpandedRAM， clockmodule ， watchdogmo
9、dule， the puter munication interface circuit and the PLC munication circuit together with its peripheral circuitsKEYWORD：S carrier power line, spread spectrum munication technology, concentrator, meter reading system摘要 IABSTRACTII1 绪论 11.1 电力线载波通信的意义与开展状况11.2 低压电力线通信的特点11.3 国内外研究现状和动态21.4 设计电力载波抄表集中
10、器的目的和意义21.5 课题的可行性分析31.6 本文的主要任务32 电力线载波通信技术32.1 电力线载波通信#号传输特性分析8 42.2 常用的低压电力线载波通信技术13 52.3 扩频通信技术62.3.1 扩频通信的工作原理62.3.2 扩频通信的特点 4 62.4 电力线载波通信的实现72.4.1 国外的电力线载波专用ModemE片73 电力载波抄表系统总体设计83.1 自动抄表系统的组成 84 电力载波抄表集中器的硬件设计104.1 电力线载波远程抄表系统集中器的硬件设计104.1.1 集中器的功能与技术指标 8 104.1.2 集中器的结构框图 114.2 时钟模块 124.2.1
11、 设计思想 124.2.2 时钟模块的选择15 124.2.3 时钟模块与单片机的连接14 134.3 电力线载波通信电路设计134.3.1 载波通信芯片SSCP300勺发送与接收原理154.3.2 单片机与SSCP300S信的控制工作过程174.4 主控器与 MODEM信接口 194.4.1 MODEM 介 194.4.2 主控器与MODEM信接口电路204.5 电源电路 215 电力线载波抄表系统集中器软件的设计235.1 通信协议的制定235.2 集中器软件设计225.2.1 主程序设计235.2.2 集中器向上位机的数据传输235.2.3 单片机与扩频芯片SSCP300勺数据传输235
12、.3 本章小结 286 结论 296.1 总结 296.2 完毕语 29致谢 30参考文献 31附录 321 绪论1.1 电力线载波通信的意义与开展状况当今世界，作为输送能源的电力线是一个近乎天然、入户率绝对第一的物理网络。而电力线现在的功能仅仅是传送电能， 如何利用网络资源潜力， 在不影响传输电能的根底上实现窄带通信或宽带通信，使之成为继电信、 、无线通信和卫星通信之后的又一通信网， 是多年来国内外科技人员的又一目标。 要使电力网成为一个新的通信网， 技术手段只有载波通信。电力线载波通信就是以电力网作为信道，实现数据传递和信息交换。因为电源线路是每个家庭最为普通也是覆盖最为宽广的一种物理媒介
13、， 其覆盖面超过有线电视网络甚至线路， 同时由于利用现有的电力网实现数字通信， 可以大大减少通信网建设的费用，因而利用电源线路实现数据通信的技术有着可观的经济效益和应用前景。电力线载波通信又分为35KV以上的高压载波通信、10KV配电网的载波通信和民用 400V 以下电力线载波通信。在技术上高压载波通信主要为业内业务通信，由于网络专一性， 其简单的数据通信在国内外根本成熟， 进入千家万户的民用电力网才是最大的通信物理网络。 但在该网络上实现通信一直是全世界科技工作者的研究课题。 由于低压电力线上实现通信又很多技术难点，如网络不规 X、节点多、隔离多、随机干扰等。也可以说民用电力网对通信而言是一
14、个不确定、 无规那么、 网络特性呈拓扑特性的非标准通信网，是通信网络的一大挑战课题。本文研究的对象正是低压电力线通信。1.2 低压电力线通信的特点总的说来，低压电力线信道的特点主要包括下面几个方面的内容：(1) 噪声和干扰大低压电力线网络中， 各式各样的家用电器和办公设备产生的噪声和干扰严重污染着电力线通信环境。 己有的研究结果说明， 噪声的大量存在是实现数据在低压电力线上优质传输的主要障碍之一。现在把各种噪声干扰主要来源归纳为 4 个方面：(a) 可控硅器件和一些电源电路产生的 60Hz 的倍频谐波( 注 : 美国电力线频率为60Hz)；(b) 平滑频谱噪声， 其频谱平坦， 可以看作有限带宽
15、的白噪声， 家电中的小电机是产生这类噪音的根源；(c) 单脉冲干扰，通常由开关切换、闪电、温度调节器或电容充放电引起；(d) 非同步周期噪声，如电视的行扫描频率对电网的干扰。(2) 信号衰减大信号在电力线上传输过程中的衰减是低压载波通信遇到的另一难点。 同时， 由于低压配电网直接面向用户， 负荷情况复杂， 各节点阻抗不匹配，所以信号会产生反射、 谐 振等现象， 使得信号的衰减变得极其复杂。 信号的衰减随着传输距离的增加而增加， 同时，信号的衰减与频率、工频电源的相位有关，一般来说，随着频率的增加，信号的衰减也将增加，而在某些特殊的频段， 由于反射、谐振与传输线效应等的影响，衰减会出现突然剧增。在100- 400kHz频带内，信号的平均衰减为40dB,标准偏差为20dR(3) 随机性和时变性低压电力线直接面向用户的特点导致其干扰具有随机性和时变性， 这是低压载波通信面临的又一挑战。 由于用户负荷的随机接入和切除， 网络结构的变化以与不可抗拒的自然因素， 如雷电等的影响， 使得其干扰表现出很强的随机性和时变性， 从而难以找到一个准确的数学模型来加以描述。1.3 国内外研究现状和动态在国外， 自动抄表系统的技术开展比拟早， 欧美等国在上个世纪七、 八十年代就开始试验探索自动抄表技
