扩频通信技术在哈二局电力线远程抄表系统的应用研究 硕士毕业论文.doc
《扩频通信技术在哈二局电力线远程抄表系统的应用研究 硕士毕业论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《扩频通信技术在哈二局电力线远程抄表系统的应用研究 硕士毕业论文.doc(66页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、扩频通信技术在哈二局电力线远程抄表系统的应用研究 汝石 东北电力大学工程硕士学位论文工学硕士学位论文扩频通信技术在哈二局电力线远程抄表系统的应用研究 二一年十二月图书分类号:U.D.C.:工学硕士学位论文扩频通信技术在哈二局电力线远程抄表系统的应用研究硕士研究生: 导 师: 企 业 导 师: 申请学位级别:工程硕士学 科、专 业:电气工程所 在 单 位:哈尔滨第二电业局答 辩 日 期:2010年12月授予学位单位:东北电力大学Classified Index:U.D.C.Dissertation for the Masters Degree in EngineeringThe spread s
2、pectrum technique is living the application in the power systemCandidate: Supervisor:Prof. Nie HongzhanAssociate Supervisor:S.E. Leng JieAcademic Degree Applied for:Master of EngineeringSpeciality:Electrical EngineeringAffiliation:Harbin second electric power bureauDate of Oral Examination:Dec. 2010
3、University:Northeast Dianli University论文原创性声明本人声明,所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文中依法引用他人的成果,均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。本人如违反上述声明,愿意承担以下责任和后果:1. 交回学校授予的学位证书;2. 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报;3. 本人按照学校规定的方式,对因不当取得学位给学校造成的名誉损害,进行公开道歉;4. 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。论文作者签名: 日期: 年 月 日论文知识产
4、权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属东北电力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为东北电力大学。论文作者签名: 日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日摘 要随着我国国民经济和电力事业的迅速发展,绝大部分地区的用电已没有限制,一户一表制已基本普及。企业级力负荷监测、控制系统已在一些地区投入使用,取得了较好的效果。但低压电力用户由于数量多,地域分布广,电力公司的抄表工作量相当大,因此采用新的技术手段,利用本地和远程自动抄表技术,完成自动抄表并达到
5、实时监控电能表计的目的;同时减少人工抄表、数据输入等繁杂以容易出错的劳动,提高工作效率,真正做用电管理自动化,自动抄表系统就成为电力公司解决抄表问题的一种选择。目前,远程自抄表技术(Automatic Meter Reading System SMRS)主要有专线通信技术和电力线载波通信技术。专线通信技术作为常规方法,其特点是通信稳定性好;但是需铺设专用通信线路,存在施工量大、综合成本高、维护费用高旧城区施工难度大等问题,难以大规模应用。电力线载波通信技术采用电力线作为通信介质,具有充分利用现用资源、易施工、综合成本低、不受环境条件限制等优点。但是,电力线通信信道存在间歇性噪声大、阻抗、随负载
6、变化大信号减小等缺点,严重制约了它的有效利用。本文根据电力线上信号传输的特点,分析了扩展频谱通信的数学基础、系统模型、通信原理和伪随机编码原理,并对常用的直接序列扩频系统(本设计也正是使用这种系统)的调制解调以及同步技术进行了讨论。阐述了电力线自动抄表数据传输系统通信部分的电路设计和调试过程。设计了利用扩展频谱技术实现以电力线为传输载体的自动抄表数据传输系统的通信方式及通信过程,后对整个设计做出了结论并提出了建议。关键词:扩展频谱;自动抄表;直接序列扩频系统;电力线载波AbstractNowadays the power industry is reformed deeply all over
7、 the world. Power line is most widely network, so using the existing power line to communicate can save most invest of line. But there is much disturb and cacophony on power line, using commonly communications mode is difficult to attain reliabilitys demand. But using spread spectrum communication o
8、n power line can attain reliabilitys demand.Spread spectrum communication is paid more attention to the advantage of good message privacy, antijamming and multiple access in the word, it shows strong vitality on the side of measuring distance, antenna measure, mine communication tactics communicatio
9、n mutiaccess application, mobile communication and so on.In this paper, introduce firstly the characteristic of signal transferring on power line, and design communications process and mode using spread spectrum communication achieve automatic meter readings data transferring system using power ling
10、 as communications media. Explain the base of mathematic, the modeo communications f system, the principle of communication and the principle of PN code, and go along analysis off mathematic. Discuss the modem technology and synchronization of direct sequence spread spectrum system (the design in th
11、is paper also use this system). Set forth the communications circuit and debugging of power line automatic meter readings data transferring system. Draw a conclusion of the circuit, then table a proposal.Key words:Spread spectrum;PN code automatic meter reading;Direct sequence spread spectrum system
12、;Power line carrier目 录目录摘要IAbstractII目录III第1章绪 论11.1研究目的和意义11.2国内外技术研究现状及发展趋势21.3课题研究的主要内容和关键技术3第2章扩展频谱技术在电力系统中的应用42.1电力线上的信号传输特性42.2研究的主要内容及方案设计52.2.1 自动抄表系统62.2.2 电度表脉冲转换器8第3章扩展频谱通信原理及伪随机编码93.1 扩展频谱技术的数学基础93.2 扩频通信的基本原理及数学模型93.2.1 扩频通信的基本原理103.2.2 扩频通信的数学模型103.3 扩频增益123.4 扩频系统的分类133.5 扩频通信的抗干扰性能分析
13、143.5.1 抗广义平稳干扰和单频正弦干扰能力的分析143.5.2 抗多径干扰能力的分析153.6 扩频系统的主要特点163.7 伪随机编码基础原理173.8 m序列的构造原理183.8.1 m序列的定义183.8.2 m序列的性质18第4章直接序列扩频通信系统224.1 直接序列信号的产生224.2 伪随机信号的调制与混频234.3 直接序列扩频信号的频谱特性254.4 直接序列系统中射频带的考虑264.5 直接序列的扩频增益274.6 直接序列抗频通信系统的解扩274.6.1 单用户检测284.6.2 多用户检测技术304.7 基带解调(基带恢复)与载波同步324.8 扩频通信系统的同步
14、跟踪与捕获354.8.1 同步不确定性的来源354.8.2 实现同步的几种方法354.8.3 初始同步(捕获)的方法364.8.4 同步的方法37第5章 实用电路设计395.1 芯片选择395.2 电路工作原理415.2.1 电路框图415.2.2 芯片介绍425.3 电力线扩频载波电路505.4 程序流程图515.4.1 同步接收及发送数据过程515.5 电力线扩频载波在实际中的应用及发展515.5.1 电力线扩频载波应用举例515.5.2 应用前景52结论54参考文献55攻读学位期间发表的学术论文57致谢58III第1章 绪 论第1章绪 论1.1研究目的和意义从贝尔发明电话到今天信息高速公
15、路的建设,一百多年来,通信技术已经发生了翻天覆地的变化,特别是近年来,随着微电子机术和计算机技术的高速发展,通信技术更是日新月异 1 。迅速发展的通信技术已经成人们生活中不可缺少的一部分。当今世界,作为能源输送的电力线铺设遍布全球,比任何通信线路的范围都广。因此,人们希望利用现有的电力线进行传输信息。这样,便省下建设一个通信网的线路投资 1 。通常情况下,建设一个民用通信网的线路投资占总投资的50%以上。因此,利用电力线传输信息可以节省大量的人力、物力、财务。随着城乡电网改造的深入和电力市场改革的深化,扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)技术在无线通信领域
16、已经广为应用。例如:无线局域网、点对点数传系统、个人通信系统等。同时在导航和测量系统中也受到日益广泛的重视和应用 2 。扩展频谱通信相对于窄带通信系统来说有一定的优越性,主要表现在扩展通信具有优越的抗干扰性能上。扩展信号具有较宽的频谱,因而分散了噪声功率,使干扰程度减小,提高了通信的可靠性。由于扩展技术有优越的抗干扰性能及抗多径衰落能力,而且有极强的隐蔽性,因此,使用扩频通信具有诱人的前景 3 。所以,将扩频通信技术应用到电力线远程抄表系统中,可以有效的解决电力线通信信道中干扰严重的问题,进一步把远程抄表系统推向实用化。远程自动抄表系统不仅可以用于对电能表的远程抄表,也可以用于水表,煤气表等的
17、远程抄表。远程自动抄表系统使管理更加科学化、规范化,提高了工作效率和管理水平 4 。管理部门在自己的计算机上可以进行读表、控制、显示、打印等操作,真正实现了抄表的自动化,因此,远程自动抄表系统必将得到广泛的应用。1.2国内外技术研究现状及发展趋势随着全球范围内电力经营市场化的发展,自动抄表技术(AMR)的应用愈加广泛。自动抄表成为新的产业部门,国外已有不少著名厂商生产出AMR系列产品,而且对AMR的研究越来越深入 5 。美国于1986年建立了自动抄表技术协会(AMRA),近年来以成立了欧洲自动抄表技术协会(EUROAMRA)。自动抄表可以从用多种途径来实现。比如,电能表的数据可以措助电话线,电
18、力线载波、微波或无线电传送。目前,国内已有一些公司在致力于研究适合于国内电网的电力线载波调制解调芯片,并已有一些产品。但目前还未制定统一的标准频率范围。也有一些公司已推出自动抄表系统,但使用情况不尽如人意。用电数据的抄收方式在国内一直没有什么改变,这在计算机技术已经广泛应用的今天几乎是不可思议的,快到月底的时候,供电局总要派出许多人到各个居民小区里抄表,每人一天最多也只能抄上三五百户。伴随着城市住宅建设日益发展,居民数和独立电能表数迅速膨胀,多种电价制度开始推行,抄表计量日趋复杂,传统的人工抄表方式已难以适应新的变化 6 。国外很早对电力线载波通信技术进行了研究,多家公司推出了自己的电力线载波
19、modem芯片,并制定了电力线载波适用频率范围的标准。目前有针对北美州地区电网(480V/277V、208V/120AC)的标准频率范围9KHZ-150KHZ和针对欧州地区电网(400V/230AC)的标准频率范围9KHZ-150KHZ。各家公司在标准频率范围下,针对本地区电网特点,采用各种特定专有技术,设计出各自的电力线载波modem芯片(Mainelli,2001)。由于国外电力线载波modem芯片是针对本地区电网特性、电网结构,且一般是针对家庭内部自动化而设计,在国内使用都难尽人意。国外由于一直认为AC220V网是载波通信禁区,研究载波抄表系统的人不多,推广面也很窄;而国外抄收人工费用又
20、比国内高得多;近期据市场反馈信息,东南亚、澳大利亚、日本、台湾等国家与地区都有推广使用载波抄表系统的意向。因此,市场意味着很广阔!1.3课题研究的主要内容和关键技术课题研究的主要内容1.详细分析电力线上信号传输的特点,然后设计了利用扩展频谱技术实现以电力线为传输载体的自动抄表数据传输系统的通信方式及通信过程。2.通过分析扩展频谱通信的数学基础、系统模型、通信原理和伪随机编码原理,设计电力线网络接口控制器的外围电路、包括微控制器,输入、输出滤波器,输出放大器,电力线耦合电路等。3.对常用的直接序列扩频系统(本设计也正是使用这种系统)的调制解调以及同步技术进行了分析。4.进行电力线自动抄表数据传输
21、系统通信部分的电路设计,并对整个系统进行进调试,同时进行性能分析。关键技术:1.在已有的工作基础上,进一步优化外围电路,并根据现场试验,调整并确定最佳的信号发送功率及占用频率。2.制定系统各部分之间的通信协议,设计电力线网络接口控制器的外围电路。- 55 -第2章 扩展频谱技术在电力系统中的应用第2章扩展频谱技术在电力系统中的应用2.1电力线上的信号传输特性在当今的世界范围内,人们都期望着利用现有的电力线(PL)进行信息的传送,并最终能够达到四遥(即遥测、遥迅、遥控和遥调)的水平,这样就可以节约大量的人力、物力和财务。国内外许多公司和研究单位都在对此进行研究和发展,可以说PL载波通讯方兴未艾,
22、但是应目前的技术发展水平而言,其性能还有待进一步加以改进。但是,电力线并不是理想的信息传输通道。电力线是给用电设备传送电能的,而不是用来传送数据的,所以电力线对数据传输有许多限制 7 。(1)配电变压器对电力载波信号有阻隔作用,所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。(2)三相电力线间有很大信号损失(10Db-30dB)。通讯距离很近时,不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。(3)不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同,藕合方式有线地藕合和线中线藕合。线地藕合方式与线中线藕合方式相比,电力载波信号少损失十几Db,但结-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 扩频通信技术在哈二局电力线远程抄表系统的应用研究 硕士毕业论文 通信 技术 哈二局 电力线 远程 系统 应用 研究 硕士 毕业论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-3930439.html