基于电力载波的控制系统的设计.doc

姓 名： 高鹏 学 号： 06010006 班 级： 06自动化 专 业： 自动化 所在系： 电气工程系 指导老师： 李明 毕业设计基于电力载波控制系统设计基于电力载波监控系统实现摘 要近年来，通过配电网实现通信，又称低压电力线载波通信（PLC）越来越引起人们广泛关注。电力线载波通信许多长处为电力市场以及有关业务发展提供了广阔应用前景。尤其是，这种通信方式可以运用既有深入到千家万户供电网络，而成为一种易于接入、以便使用且成本低廉理想选择，因此，运用电力线通信技术构建针对家庭或楼宇智能监控系统，是一种很有潜力方案。然而，电力线网络总是处在强噪声环境下工作，电力线低通特性、频率选择性衰减、网络阻抗不匹配、信号反射和折射以及严重噪声干扰导致小信噪比（SNR）等都会给电力线通信带来困难。 本文研究了低压电力线通信技术在监控系统中应用可行性。概要简介了低压电力线通信技术理论研究和工业应用现实状况。结合实测数据，分析了低压电力线信道低输入阻抗、高噪声、强衰减特性。设计了一种基于单片机和电力载波芯片电力线通信系统硬件平台。从而实现了基于电力线通信远程监控系统。 关键词：低压电力线载波通信 单片机 耦合电路Monitoring System Based On The Power Line CommunicationsABSTRACTThe usage of electrical power distribution networks as a media for communications, called Power line Communications (PLC), has become more and more attractive in recent years. It has a number of advantages that attract great interest for the development of electrical market and business opportunities. The main attractive feature of this kind of media is due to its ubiquity. Indeed nowadays all urban, suburban and rural areas are fully covered by transmission and distribution electricity grid for devlivering energy services. Its ubiquity makes it an ideal media for surveillance and control applications. However, power line communication channel is well known by experts as one of the most complex to characterize. It is often said that power line acts as hostile environment. Besides the low pass characteristic of the channel and the frequency selective fading, the impedance mismatching, the signal reflection and the impulse noises crucially affact the Signal to Noise Ratio (SNR). In this thesis, we present the possibilities of applying PLC in the communication access networks. A concise summary of the state of the art of the theory and practice of Power line Communication is presented. The power line channel characteristics is analyzed based on measurement data. Some tips are given for PLC modem development to utilizing the characteristics. Finaly, a remote surveillance and control system is constructed based on narrowband power line communication.Key Words: Power Line Communication MCU Coupling Circuit目 录第一章 绪论11.1 本次设计研究背景11.2 电力载波通讯技术现实状况11.2.1 国内发展状况21.2.2 国际发展状况3第二章 电力载波通信技术52.1 电力载波通信技术52.2 电力载波通信特点52.2.1 高雅再拨路由合理，通道建设投资相对较低52.2.2 传播频带受限，传播容量相对较小62.2.3 可靠性规定高62.2.4 线路噪声大62.2.5 线路阻抗变化大72.2.6 线路衰减大且具有时变性72.2.7 对外界干扰72.2.8 网络应用规定更高72.3 电力载波通信长处及发展方向72.4 低压电力线载波通信应用领域82.4.1 智能小区中应用82.4.2 在自动抄表系统中应用92.4.3 在家居智能化应用92.4.4 其他领域应用10第三章 低压电力线载波通信信道分析113.1 传入阻抗特性分析113.2 信号衰减特性分析133.3 噪声干扰特性分析153.4 本章小结16第四章 电力线通信调制技术174.1 正交多载波调制技术（OFDM）174.2 OFDM定义174.3 OFDM基本模型定义194.4 OFDM数学模型204.5 OFDM优缺陷22第五章 监控系统硬件设计245.1 监控系统整体构成245.2 单片机模块设计245.2.1 KQ-100E模块设计265.2.2 A/D模数转换模块设计265.3电力载波调制解调器芯片选择275.4耦合器设计305.5本章小结32第六章 总结33参照文献35致 谢37第一章 绪论1.1 本次设计研究背景电力线通信，简称 PLC（Power Line Communications），是指运用中、低压电力线作为通信介质，实现数据、语音和图像等综合业务传播通信技术。相比多种有线通信技术，它具有不需重新布线长处，不仅可以节省资源、安装使用以便，并且不影响建筑物美观；相比多种近距离无线通信技术，例如蓝牙、ZigBee 等，它又有不受建筑物阻隔、轻易组建网络长处。正是这些长处，使它应用领域广泛。电力载波通信技术，过去仅仅用于远程抄表、家居自动化，传播速率很低，不适合高速信息传播。伴随技术不停发展，电力线通信技术将不仅仅只用于电力系统生产调度，它可以作为一种宽带技术，向社会顾客提供商业化运行服务。电力线通信技术与以太网、ADSL、无线通信等技术相比，有其独特特点，该技术不需要在建筑物内重新布线，只需运用建筑物内已经有电线，在进行电力传播同步，可以实现对数据、语言和视频等多项业务承载，做到“四网合一”。终端顾客设备只需要插入电源头，就可以进行因特网浏览、接受网络电视节目、打公用电话或者可视电话、组建家庭网络、实现家庭自动化等，同步运用电力线通信技术，还可以提供电力系统远程监控、远程抄表等业务。电力线通信对我国具有尤其意义。近年来，我国通信事业发展迅速，但尚不能满足人们需求，专门通信网络覆盖范围还太小。这些网络构建需要大量人力物力。而同步我国拥有全世界长度排名第二电力输电线路，若运用现成电力线网络进行通信，为顾客提供数据和语音、视频等信息服务，则可节省大量资金，将会对中国电信市场改革和互联网发展带来极大空间。此外，电力线通信技术组网简朴、成本低、可靠性高、易于实现受到越来越多人关注。尤其是“十一五”规划中把电力线载波通信列入大力研究项目，其中低压电力线载波发展对策明确把研究电线上网技术原理和应用技术，探讨电线上网政策和运行方式，努力为实现全面电线上网打好基础作为发展重点。1.2 电力载波通讯技术现实状况电力通信网是为了保证电力系统安全稳定运行而应运而生,它同安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行三大支柱。目前,它更是电网调度自动化、网络运行市场化和管理现代化基础;是电力系统重要基础设施。由于电力通信网对通信可靠性、保护控制信息传送迅速性和精确性具有严格规定,并且电力部门拥有发展通信特殊资源优势,因此,世界上大多数国家电力企业都以自建为主方式建立了电力系统专用通信网。长期以来,电力线载波通信网一直是电力通信网基础网络,目前在长达670 000 km35 kV以上电压等级输电线路上多数已开通电力线载波通道,形成了庞大电力线载波通信网。该网络重要用于地、市级或如下供电部门构成面向终端变电站及大顾客调度通信、远动及综合自动化通道使用。近年来,伴随光纤通信发展,电力线载波通信已从主导电力通信方式变化为辅助通信方式。不过,由于我国电力通信发展水平不平衡,由于电力通信规程规定重要变电站必须具有两条以上不一样通信方式互为备用通信信道,由于电力线载波技术革新带来新载波功能以及由于昔日数量庞大电力线载波机更新换代,都导致了电力线载波机虽然作为电力通信辅助通信方式,不过在全国仍然存在较大市场需求,全国共有约20家企业从事高压电力线载波机开发和生产。中低压电力线载波应用目前重要在10 kV电力线作为配电网自动化系统数据传播通道和在380/220 V顾客电网作集中远方自动抄表系统数据传播通道,尚有正在开发并获得阶段性成果电力线上网高速Modem应用。在这些方面,10 kV上应用已到达了实用化,成都一家企业开发扩频载波数据传播装置(已通过质量检查)在四川罗江县供电局已可靠运行达一年之久。从事此类产品开发生产企业全国约有几十家。作为自动集抄系统通道载波应用目前已可以形成组网通信,完毕数据抄收功能。不过由于顾客电网某些时变特性和突发噪声对数据传播影响在技术上并未得到主线处理,因此还存在着抄表“盲区”问题。这一问题目前一直阻碍电力线载波通信技术在该系统应用。从事此类产品生产企业全国有200家以上,并大多数都存在技术开发和工程并行状况,真正获得良好经济效益只是少数。 实际上人们运用电力线通信己有几十年历史了，此前电力线载波机是在中高压输电网上以较低速率传送远动数据或话音，仅用于电力部门线路控制、继电保护等方面，后来PLC技术逐渐运用在低压配电网络中，被广泛用于负荷控制、远程抄表，但传播速率仍然很低，称为低速PLC。近年来伴随通信技术发展，世界上许多企业在研究高速电力线通信技术方面获得了重大突破，研制出了许多实用芯片并开始推广应用。有关电力线上网电力线载波技术应用目前以中电飞华企业为代表,已在北京开通了5个以上试验小区,获得了大量第一手资料,这是一种非常好开端。至于何时可以进入商业化生产和运行还需综合考虑技术性能、成本核算和符合国家有关环境政策等方面问题。1.2.1 国内发展状况我国研究低压电力线载波技术起步较晚，但发展速度较快。由于我国低压配电网负荷特性、网络构造、供电方式和国外有很大不一样，国外已经有理论研究成果和开发系统不能完全适应我国实际。我国科技工作者在中国低压配电网高频信号传播特性、电力线高速数据通信机理、应用产品开发等方面进行了大量研究工作。中国电科院 1997 年开始承担国家电力企业第一种电力线高速数据通信技术项目研究工作，对电力线信道特性、电力线数据通信机理进行了系统理论研究和大量测试， 年研制出国内第一套传播速率为 2Mbps PLC 产品， 年和 年分别研制出传播速率为 14Mbps 和 45Mbps 产品。国电通信中心于 年9 月 1 日正式组建了 PLC 办公室，正式启动国电 PLC 计划，并由其控股中电飞华负责 PLC 接入业务，作为国家电力企业进军电信市场主导产业，据悉，北京已经有 100 多种电力系统住宅小区使用 PLC 技术上网。在高压电网方面，技术已经比较成熟，已经形成了庞大电力线载波通信网，目前在长达 67 万千米输电线路上多数已开通电力线载波通道，重要用于地、市级或如下供电部门面向终端变电站及大顾客调度通信、远动及综合自动化通道使用。在中压电网方面，电力线载波目前重要应用是在 10kV 电力线作为配电网自动化系统数据传播通道。在 380/220V 低压配电网方面，电力线载波重要用于远方自动抄表系统数据传播，从事此类产品开发生产企业全国至少有 200 家以上，并且大多数都存在技术开发和工程并行状况，尚有正在开发并获得阶段性成果电力线上网应用。与此同步，伴随人们生活质量规定逐渐提高，智能化小区、智能化家庭开始成为发展趋势，智能小区是一种综合性系统工程，它包括了若干子系统，作为智能大厦、智能小区后备网络，采用电力载波通讯有其无法比拟优越性。在家居智能化应用：把电力线通信技术、网络、微控制器相结合，是在既有基础上推进家庭自动化最现实最经济途径，即以电力线为物理媒介，把室内家电控制器与电脑相连构成一种网络，其长处是：电力线和信号线合一，不必布设信号线；人们本来使用和维护电器习惯都不受影响，家电不必增长双绞线、红外等接口，只要在内部配置电力线载波通信芯片，再更新程序就行了，对老式家电改造也很轻易；家电信息量小，电力线载波速度慢缺陷不突出，因此电力线载波通讯技术在家居智能化应用方面有着广泛前景，尤其是在中速率传播应用方面，因其具有可靠性高、造价低廉长处，故可以与“蓝牙”相媲美。1.2.2 国际发展状况在国际方面，低压电力线载波通信研究，在美、德、英等国家已经获得了突破性进展。最早提出低压电力线载波通信概念并进行可行性研究是英国曼彻斯特一家地区性供电企业(NORWEB)。NORWEB企业在1990年就开始研究电力线通信技术，1992 -1993年完毕世界上初次配电网上25个终端顾客电话与数据通信试验，1997年10月与加拿大Nortel企业联合宣布处理了电力线通信抗干扰问题。1998年夏天，NORWEB企业在低压配电网上开发出2MHz带宽内传播速率为1 Mbps系统，运用了该企业新开发数字电力线载波技术DPL ( Digital Power Line，数字电力线)，从而将四通八达电力线转化为信息高速公路。1993年，英国SWEB企业成功地在一地区性有限遥测系统(RMS )中采用中、低压配电网进行两路数字载波通信，将已经有水、电表计与电能表计连接起来，能提供包括水、天然气、电能自动抄表等功能。在德国，RWE集团从1997年开始与瑞士Ascom企业合作开发PLC技术，5月开始进行200户参与现场试验。7月开展了RWE Power Net ( PLC高速上网)、RWE Power School ( PLC学校联网)和RWE eHome(智能建筑遥控与自动化)三项业务。德国也是世界上第一种容许PLC进入商业化运行国家。在美国，电力系统通信是“信息高速公路计划”一种重要构成部分。Intellon企业于公布汇报称，其Power Packet Technology信号传播速率已达14Mbps美国Inari企业也是较早宣布在电力线上实现10Mbps传播速率企业之一，它是第一种将电力线网络处理方案走向市场企业，并开发了其特有Plug-in协议。韩国Xeline企业在3月推出了PLC产品处理最终一公里接入、家庭网络应用处理方案。在韩国汉城建立了与互联网相连接示范点，实现了同步互联网接入家庭联网、文献共享和MP3音乐播送。产品传播速率从1Mbps到32Mbps。其他，尚有许多国家研究机构也对此投入了大量精力，研制出了不少电力线通信产品。如以色列Itran企业，瑞士Ascom企业，德国Polytrax企业，西班牙DS2企业等，产品传播速率也从1Mbps到24Mbps，甚至45Mbps。为了推进电力线数据传播技术研究及应用，国际上又相继成立了多种PLC有关组织，其中最有影响力是由美国3com, Cisco, Compaq, Enikia, Intel, Intellon, Motorola、日本Panasonic、美国Diamond, Texas Instruments等13家企业联合组建家庭插电联盟HPA (Homeplug Power line Alliance )，该团体选用美国Intellon企业技术作为统一技术原则原型，致力于实目前家庭及其他接入网中使用电力线传播信息网络技术规格原则化工作。目前，已经有90家企业参与该组织原则制定工作，6月，HPA公布了其原则第1个版本Home-Plug Specficationl.0，将数据传播速率定为14Mbps。此外组织尚有电力线通信论坛PLC Forum , PALAS( Power line as an Alternative Local Access)以及日本ECHONET。电力线通信论坛PLC Forum由Alcatel, Ascom, Cisco, Enikia, Nortel, PolyTrax等企业组建，论坛目是为所有对PLC感爱好制造商、客户、研究人员以及政府机构提供一种平台，增进他们交流和丰富有关PLC知识。与HPA偏重于室内联网不一样，PLC Forum侧重于接入部分，他们使用不一样频段。PALAS将目定位于为高速PLC市场上潜在顾客开发一套完整、商业化测试服务工具包。ECHONET是由日本60家有关企业设置联合机构“电力线载波通信设备开发会”，研究用电力线作通信线路技术。第二章 电力载波通信技术2.1 电力载波通信技术电力载波通信（Power Line Communication），是一种把载有信息高频信号加载于电流，运用已经有配电网作为传播媒介进行数据传播和信息互换一种技术。它运用已经有配电网作为信息传播载体, 防止了新通信网络建设和投资其覆盖面是任何网络无法比拟。电力线作为数据传播通道具有成本低、速度快、连接以便等长处，已经得到越来越广泛应用。尤其是低压配电网它是一种顾客多、分布广、顾客必不可少动力能源传播网络, 同步也是一种日益被看好、未来可以随时使用高速数字通信网络。电力载波通信技术可以分为窄带电力线通信（Narrowband over Power Line，NPL）和宽带电力线通信（Broadband over Power Line，BPL）两种方式。窄带电力线通信技术指通信速率不不小于 1Mbit/s 电力线载波通信技术；多采用一般 PSK 技术、DSSS 技术和线性调频 Chirp 等技术，重要可应用于电力线自动抄表、电网负载控制，供电管理和工业控制等领域；或者宽带电力线通信技术指带宽限定在 230MHz 之间。通信速率一般在1Mbit/s 以上电力线载波通信技术。重要采用以 OFDM 为关键多种扩频通信技术。可以用于高速数字信号传播，例如高速宽带多媒体数据通信，家庭楼宇智能网络，宽带网接入等。2.2 电力载波通信特点2.2.1 高雅再拨路由合理，通道建设投资相对较低高压电力线路路由走向沿着终端站到枢纽站,再到调度所,正是电力调度通信所规定合理路由,并且载波通道建设不必考虑线路投资,因此当之无愧成为电力通信基本通信方式。电力线载波通道往往先于变电站完毕建设,对于新建电站通信开通十分有利。为此,只要妥善处理电力线载波信道容量问题,载波通信优势就会显现出来。在中压配电网载波和低压顾客电网载波中,节省线路建设费用,不必考虑破坏家庭已装修环境,也仍然是载波通信优势。2.2.2 传播频带受限，传播容量相对较小在高压电网中,一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰,电力线载波通信频带限制于40500 kHz之内,按照单向占用4 kHz带宽计算,理想状况下一条线路可安排115条高压载波通道。但由于电力线路各相之间及变电站之间跨越衰减有限(1343 dB), 不也许理想地按照频谱紧邻方式安排载波通道。因此,真正构成电力线载波通信网所实现载波通道是有限。在当今通信业务已大大开拓状况下,载波通道信道容量已成为其深入应用“瓶颈”。尽管在载波频谱分派上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法、频率阻塞法及地图色法和计算机频率分派软件,并且规定不一样电压等级电力线路之间不得搭建高频桥路,使载波频率尽量得以反复使用,但还是不能满足需要。近来光纤通信发展和全数字电力线载波机出现,稍微缓和了载波频谱紧张程度。在10 kV中压配电网和低压顾客配电网中,除了新上载波信号之外,不存在其他高频信号,并且一般为多址传播,因此通道容量问题并不突出。2.2.3 可靠性规定高电力线载波机规定具有较高可靠性,一是在电力系统中传播重要调度信息需要;另一是电压隔离人身安全需要。为此,电力线载波机在出厂前必须进行高温老化处理,最终检查必须包括安全性检查项目。为此,国家质检总局从80年代开始即对电力线载波机(类)产品实行了强制性生产许可证管理。目前,管理范围已包括多种电压等级载波机、继电保护收发信机、载波数据传播装置(如配网自动化和抄表系统载波部分)和电力线上网调制解调器。目前大多数高压及中压电力线载波机生产企业已按照生产许可证规定建立了较为完善质量体系。2.2.4 线路噪声大电力线路作为通信媒介带来噪声干扰远比电信线路大得多,在高压电力线路上,游离放电电晕、绝缘子污闪放电、开关操作等产生噪声比较大,尤其是突发噪声具有较高电平。根据国外资料描述,电力线噪声特性可分为4种类型:(1)具有平滑功率谱背景噪声,其噪声功率谱密度是频率减函数,如电晕噪声。其噪声特性可以用带干扰时变线性滤波模型来描述;(2)脉冲噪声,由开关操作引起,这种噪声与电站操作活动关系较大;(3)电网频率同步噪声,重要由整流设备产生;(4)与电网频率无关窄带干扰,重要由其他电力设备电磁辐射引起。一般电晕噪声电平大体为:220 kV,-25 dB;110kV,-35 dB(带宽为5 kHz)。在工业区、沿海地区、高海拔地区、新线路、升压线路上噪声电平还将增高15dB左右。因此,电力线载波机一般都采用较大输出功率电平(3749 dBm)来获得必要信噪比。低压电力线载波通道噪声有背景噪声、脉冲噪声、同步和非同步噪声及无线电广播干扰等构成。2.2.5 线路阻抗变化大高压电力线阻抗一般为300400,在线路上呈波动状态,现场实测表明,在波动幅度到达1/2左右时,对载波通道衰减将产生严重影响。在通道加工不合理、不完善、存在容性负载以及分支线时,会加剧载波通道阻抗变化甚至中断通信。低压顾客配电网载波通道阻抗变化更大,这使得载波装置不能采用固定阻抗输出。2.2.6 线路衰减大且具有时变性高压电力线载波通道衰减与频率平方根成正比,且具有时变性。工频运行方式变化、分支线长短以及绝缘子污秽、刮强风、下小雨、线路冰凌及阻波器调谐线圈性能等多种原因会对载波通道衰减产生影响。为此,电力线载波机必须设置不小于30 dB范围自动增益调整电路。一般来说,从500 kV到220 V(电压等级从高到低),电压越低线路衰减越大,时变性越强,建立通道越困难。有时在中压或低压配电网载波通道衰减大到难以实现通信状况时,设计人员不得不采用特殊通信方式或设计多通道电路来自动进行选择。2.2.7 对外界干扰由于高压电力线载波频段限制在40500 kHz,只要控制载波机谐波和交调乱真发射功率足够小,即可防止对外界干扰。值得研究是在220 V线路上扩频电线上网装置干扰问题,此类装置为了实现高速数据通信,往往占用频带达30 MHz甚至更多。据国外报道,当电力线数据通信使用230 MHz频带传播数据时,将对该频段短波无线电广播等产生影响。目前我国还没有建立这方面原则,应当将这种干扰限制在何种程度还需要深入研究。2.2.8 网络应用规定更高现代通信对电力线载波规定也更侧重于网络方面,需要将原先仅限于通道概念扩展为网络概念。以往电力线载波机重要靠自动盘和音转接口实现小范围联网。而将载波机与调度机协同考虑,实现载波机协同变电站调度机组网应用,以及合适设置可以与通信网监测系统接口数据采集变送器,应当是近几年考虑问题。电力线载波在中、低压线路上应用在开始阶段就是建立在网络应用基础之上。2.3 电力载波通信长处及发展方向电力线载波通信是以电力网作为信息传送信道，实现数据有效传播，若能以电力网为信道，进入 PSTN 和 Internet 网等通信领域，那么其应用前景更广泛。但也要看到伴随现代通信技术迅猛发展，多种先进通信手段如光纤、微波通信等迅速崛起，出现了载波电力线通信和光纤、微波等等通信技术共同分通信行业这块大蛋糕局面。电力线载波通信要推广和发展就一定有优势才行，那么电力线载波通信有哪些长处？载波电力线长处：1电力线载波通信运用是既有电力基础设施电网，这个传播媒介是全球覆盖最大网络，用电力线做接入无需新布线就可以用到有电地方就有宽带接入。2安装简朴、设置灵活，为顾客实现宽带互联带来诸多以便，能实现智能家庭自动化。3既有技术已经可以满足对带宽规定较高顾客需求。4PLC 网络建设灵活，可根据顾客需要按照小区甚至顾客安装，投资小见效快，同步运行费用低，顾客花费较小。5可认为电力企业电力管理提供传播通道，实现电力、数据、话音和图像综合业务传播通信技术。在电力线设计方面：1电力线载波通信不受地形、地貌影响，投资少，施工期短，设备简朴，可以同其他通信手段一起实现网络互联。2电力线载波通信可靠性高，高压输电线构造结实，高压输电线安全设计系数比光纤安全设计系数高。3具有等时性，只要高压输电线一架通，载波通道就开通了，输电线架设到哪里，载波通信线路就可以延伸到那里，目前我国 110kV 输电线路上和 35kV农网上尚有大量电力线载波机在运行，庞大电力线载波通信肩负着电网内调度电话远动，远方保护信息传播，对电力线系统安全，稳定，经济运行起着重要作用，因此对这种廉价电力系统均有信道资源不应轻易放弃，应加以合理发展和运用，使之与高速，宽带技术长期并存，互为补充。不过，我们也要看见载波电力线局限性，由于受电网影响，PLC传播距离有限，在低压配电网上无中继传播距离一般在250m如下，要实现自配电变压器至顾客插座全电力线接入需要借助中继技术，这势必要增长系统造价。电力负荷波动对PLC接入网络吞吐量也有一定影响，由于多种顾客共享信道带宽，当顾客增长到一定程度时，网络性能和顾客可用带宽有所下降，但这些问题可以通过合理组网方式得到处理。2.4 低压电力线载波通信应用领域电力线载波通信(PLC)作为一种无新线(NONEW WIRE)技术, 运用既有电力网作为信道,实现数据传递和信息互换, 具有十分广阔应用前景。 其应用领域包括:2.4.1 智能小区中应用所谓智能小区, 是指通过综合配置住宅区内各功能子系统, 以综合布线为基础, 以计算机网络为区内多种设备管理自动化新型住宅小区。一般智能化大厦是“三 A”系统, 即:1. 安全自动化 (SAS- Safe Automation Sys-tem): 包括室内防盗报警系统、消防报警系统、紧急求援系统、出入口控制系统、防盗对讲系统、煤气泄漏报警系统、室外闭路电视摄像监控系统、室外巡更签到系统。2. 通 讯 自 动 化 (CASCommunication Automation System): 包括数字信息网络、语言与传真功能、有线电视、公用天线系统。3. 管 理 自 动 化 (MASManagement Automation System ): 包括水、电、煤气远程抄表系统、停车场管理系统、供水供电设备管理系统、公共信息显示系统。伴随我国国民经济、科学技术水平提高, 尤其是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术、信息技术迅猛发展与提高, 促使家庭实现了生活现代化, 居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活方方面面, 变化了人们生活习惯, 提高了人们生活质量。在我国, 智能住宅这一概念推广较晚, 但其发展速度却很快, 全国已建立了某些具有一定智能化功能住宅和住宅小区。家庭智能大厦、智能小区是一种综合性系统工程, 她包括了若干子系统, 作为智能大厦、智能小区后备网络, 采用电力载波通讯有其无法比拟优越性, 因而在智能大厦、智能小区底层通讯方式选用上, 各企业不约而同把电力载波通讯作为首选。2.4.2 在自动抄表系统中应用伴伴随都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, 老式人工抄表方式已难以适应新变化。所谓自动抄表系统就是自动采集多种计量表读数( 如: 电表 、水表、煤气表、冷气表等), 目前采集数据措施有: 电话线、无线电、电力线和红外线等等。电力线载波抄表系统则是运用既有电力线为媒介进行数据搜集。不仅有效减少系统成本同步可以以便快捷地实现自动化抄收。运用计算机强大功能抄收数据可以立即处理形成报表, 同步由于双工通讯可以很轻易做到监控顾客用电参数、欠费断电等其他系统没有功能。采用以计算机为基础、运用电力线载波通讯技术开发自动抄表系统, 可以取消用电中间层,减少用电中间层, 减少居民用电价格, 消除用电过程腐败现象。同步也给远程智能抄表技术发展与产品推广提供了前所未有契机、巨大潜在市场和蓬勃生命力。2.4.3 在家居智能化应用把电力线通信技术、网络、微控制器相结合,是在既有基础上推进家庭自动化最现实最经济途径, 即以电力线为物理媒介, 把分布在住宅各个角落微控制器和家电 PC 机连成一种网络。其长处是: 电力线和信号线合一, 不必布设信号线;人们本来使用和维护电器习惯都不受影响, 家电不必增长双绞线、红外等接口, 只要在内部配置电力线载波通信芯片, 再更新程序就行了, 对老式家电改造也很轻易; 家电信息量小, 电力线载波速度慢慢缺陷不突出。因此电力线载波通讯技术在家居智能化应用方面有着广泛前景, 尤其是在中速率传播应用方面, 因其具有可靠性高、造价低廉长处, 故可以与蓝牙相媲美。2.4.4 其他领域应用在其他领域里, 电力线载波通讯也显示出了其巨大潜力, 例如在某些干扰大、布线困难工业自动化控制系统, 采用电力载波通讯方式能到达事半功倍效果。电力线在现代生活中已处不在, 只要能满足通讯规定, 而又不便布线地方,电力载波通讯技术均有着无比优越性, 可以得到充足应用。第三章 低压电力线载波通信信道分析3.1 传入阻抗特性分析本章所述信道阻抗，指是低压电力线输入阻抗，即信号发送装置和信号接受装置驱动点上电力网阻抗，它直接影响了信号祸合效率，是低压电力线传播特性一种重要参数。在没有负载理想状况下，电力线相称于一根均匀分布传播线，单位长度电力线信道理想模型如图3.1(a)所示。图3.1 电力线信道模型Fig.3.1 Model of Power Line Communication Channel图中L串联电感;C,导体间电容;R,传播线电阻;G,分流电导;由于电阻R、电导G很小可以忽视，信道模型可简化为图3.1(b)所示双端口网络，网络特性阻抗。则电力线上任意两个通讯节点等效模型如图3.2所示。简化等效电路模型则如图3.3所示。图3.2 两个通信节点等效电路Fig.3.2 Equivalent Cireuit between Two Communication Nodes图3.3两个通信节点等效简化电路Fig.3.3 Equivalent Simplified Cireuit between Two Communication Nodes实际电力线载波在两通讯节点之间除了特性阻抗外，引起信道间阻抗变化重要原因是负载阻抗。 图3.4 负载阻抗影响原理图 Fig.3.4 Schematic Diagram of Load lmpedance lnfluences图3.4中信号源输出阻抗等于电力线特性阻抗，负载阻抗在之间变化。当=时发射信号完全传播到接受端，不发生反射信号，阻抗匹配。当笋时接受端将产生反射信号，载波信号从信号源到接受端将产生衰减，这将影响信号传播质量。一般电力线输入阻抗会随用电设备随机开关而产生较大幅度变化，导致不一样步间输入阻抗也不一样样，因此很难做到信号发射端与接受端阻抗匹配。有研究表明低压配电网信道阻抗有随载波频率升高而上升趋势。在100KHz频率如下阻抗值一般很低，如单个家庭住户阻抗在9-95KHz频率下已经低到，为了得到高效信号祸合，这就规定信号发送装置具有低输出阻抗。低压电力线载波通讯信道特性是多时变，伴随不一样时间，负载大小不停变化，输入阻抗也变化。与电力线特性阻抗不一致趋势也无法确定，传播信号衰减也不确定。且信号通讯距离由于输入阻抗变化应有一定距离限制。3.2 信号衰减特性分析低压电力线其自身阻抗变化不大且相对稳定，并不是产生衰减重要原因。重要是电力线上并联着负载尤其是那些用于调整电网功率因数大电容对信号衰减影响很大。通信过程中信号衰减由两个部分构成：一是信号发送装置与信道间耦合衰减，其中，耦合衰减特性与信道输入阻抗特性以及所使用耦合设备参数有关，耦合衰减=101g,式中， 是信号源电压，是接受电压。发送机耦合器内阻理论上可以做很小；二是信号在信道中传播时线路衰减，线路上衰减是信号衰减最重要原因。总体上讲，信号在低压电力线上传播特性如下：1.一般地，工作频率越高，衰减越严重，且在某些特殊频率点上，出现传播衰减极大与极小值点。传播信号在 150kHz 如下衰减相对稳定，150kHz 以上变化明显，从 150kHz 至 250kHz 之间 0.25dB/kHz 比例线性增长；2.一般状况下，异相传播衰减比同相传播衰减大。不过，有时三根相线之间存在某些耦合电容，以及大功率加热器、三相电机等三相用电设备，假如这些设备对称使用三相电源，也许会出现同相传播衰减比异相传播还大状况；3.从理论上说，信号传播距离越远，信号衰减越严重。虽然很难写出衰减与距离函数关系，通过记录发现：信号衰减与距离关系一般为 40100dB/km。在农村衰减最大，每 500m 大概为 50dB，在都市每 250m 大概为 20dB，在郊区每250m 大概为 25dB，但在工业区衰减较小，每 750m 长线路仅为 30dB。但也有也许信号在传播过程中碰到反射、驻波等现象使信号衰减变得愈加复杂，也许出现近距离点衰减比远距离点还大现象；4.传播衰减与测试时段有关，晚上比白天衰减小，在某些频率，衰减甚至可以小 20dB；5.传播衰减与测试地点有关，这取决于工作地点周围挂在电力线上负载多少及性质。图3.5为电力线上某一时刻信号衰减状况，其中虚线为顾客较多时，实线为顾客较少时。图3.5 电力线某一时刻信号衰减