毕业设计低压电力线载波通信系统设计.doc

本科毕业设计（论文）题目低压电力线载波通信系统设计学生姓名学号教学院系专业年级指导教师职称单位西南石油大学完毕日期6月5日Southwest Petroleum University Graduation ThesisDesign Method OF Low Power Line Carrier Communication SystemGrade: Name: Speciality: AutomationInstructor: School of Electrical and Information -6摘要伴随现代社会发展，网络饰演着越来越重要角色，生产与生活中大量设备需要连接起来，构成网络，以实现对它们监测、控制与管理。在这些网络中，需要连接对象众多，位置也许变动，给网络构成带来一定困难。由于这些对象工作大都离不开电力，因此用低压电力线构成网络进行通信，是一种很有价值实现措施。本毕业设计重要实现两点之间通过低压电力线载波通信进行数据传播并通过上位PC进行监控。本设计基于SENS-01嵌入式电力线载波模块，其硬件部分包括载波耦合电路、信号发送电路（输出功率控制电路和信号功率放大电路）、滤波接受单元（接受滤波电路和解调电路）、电平转换电路等。软件部分包括串口调试和通信程序。在完毕硬件和软件设计之后，测试成果为发送端可以精确、高效向接受端通过低压电力线发送数据，具有很好抗干扰性能，可靠性高。关键词：低压电力线；载波通信；电平转换；串口；SENS-01AbstractWith the development of modern society, networks play an increasingly important role.In the production and life, a large number of devices need to be connected together to form networks to monitor, control and manage them. It may bring some difficulties that these devices may have many locations or change the composition . It is a valuable method to use a network of low voltage power line communication, because most of these devices cannot work without electricity .The main problem this graduation design supposed to solve is transmitting data through a low-voltage power line carrier communications between two points and then monitoring it through the host PC.The design is based on SENS-01, an embedded power line carrier module. The hardware parts of the module include a carrier coupling circuit, a signal transmission circuit (output power-control circuit and the signal power amplification circuit), a filter receiving unit (reception filter circuit and demodulation circuit) and a level conversion circuit. The Software parts include serial debugging and communication program.Upon completion of the hardware and software design, the sender can send data accurately and efficiently to the receiving end through the low-voltage power lines , which, as the test result, has good anti-jamming performance as well as high reliability.Keywords:low voltage power line;carrier communication;serial;level conversion;SENS-01目录摘要IAbstractII1 绪论31.1 研究目和意义31.2 国内外研究现实状况与发展趋势31.3 本文重要工作42 低压电力线载波通信系统特性分析52.1 噪声干扰52.2 阻抗变化大52.3 衰减大，且时变性强63 低压电力线载波通信原理83.1 电力线载波通信调制技术概述83.1.1窄带通信技术93.1.2 扩频通信技术93.1.3 OFDM技术93.2 通信方式比较93.3 调制方式选择113.4 载波模块选择113.5 窄带调制原理123.5.1 FSK原理123.5.2 PSK原理134 硬件设计154.1 系统构成154.2 电力线载波模块154.2.1 过零检测电路174.2.2 调制输出电路174.2.3 检波输入电路184.3 接口转换电路185 软件设计225.1 通信流程225.2 数据发送流程235.3 通信界面256 系统调试276.1 硬件调试276.1.1 供电电源测试276.1.2 接口转换电路测试276.2 通信过程调试276.3 碰到困难286.4 系统局限性和改善287 结论30谢辞31参照文献32附录1331 绪论1.1 研究目和意义电力网是一种近乎天然、入户率绝对第一物理网络，而既有功能仅仅是传播电能。怎样运用网络资源潜力，在不影响传播电能基础上，实现窄带或宽带通信，使之成为继电信、电话、无线通信、卫星通信之后又一通信网，是数年来国内外科技人员技术攻关又一目。电力线载波（Power Line Carrier, PLC）通信是运用高压电力线（在电力载波领域一般指35kV及以上电压等级）、中压电力线（指10kV电压等级）或低压配电线（380/220顾客线）作为信息传播媒介进行语音或数据传播一种特殊通信方式。 由于在低压电力线上实现通信有许多技术难点：如网络不规范、节点多、隔离多、随机干扰等。也可以说民用电力线路阻抗对通信而言是一种不确定、无规则、随机干扰非原则通信网。在技术上带来很大难度，成为通信领域上一大挑战课题。在实现低压配电网中可靠传播基础上，将这种数据传播方式与其他通信方式结合起，从而实现充足运用已经有低压电力线网络。电力线载波技术是一种适于在配电网中实现可靠数据传播电力线通信技术，通过使用电力线载波，包括常规载波以及扩频技术估计可实现低成本、高可靠性、相对速率较高数据传播，它不仅可以应用于智能抄表，还可以非常简朴地嵌入于智能家电，路灯监控等用量非常大设备中，其具有很高研究价值。1.2 国内外研究现实状况与发展趋势20世纪代，国外某些著名企业和研究机构开始对低压电力载波通信技术进行研究。1930年西门子企业在德国波茨坦建立了用于低压配电网络和 传播媒介波纹载波系统（RCS系统）。该系统可以以最小损耗通过低压配电网实现对终端设备管理。1958至1959年间，美国德克萨斯元件企业Jack Kilby和Fairchild半导体企业Robert Noyce最早发明了电力线载波通信集成电路。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。1999年ABB企业成功开发出基于跳频方式低压电力载波通信系统DartNet，信号传播速率为1.2kbps。1月和4月Intellon企业采用OFDM 技术（正交频分复用技术）进行组网试验，可实现速率为14Mbps数据传播。我国研究低压电力线载波技术起步较晚，但发展速度较快。中国电科院1997年开始研究低压电力线载波技术，开始引进国外PLC芯片，研制了2Mbps样机。下六个月进行了小规模现场试验，获得了很好试验效果。成功研制了EPLC-45M和EPL-14系统。此外，某些高等院校电力系、通信系也对PLC进行理论研究。近几年，国内涌现出许多从事电力线载波通信技术研发企业，如青岛东软、福星晓晨、杭州新实等企业。他们研发芯片在自动抄表、报警和安全监控系统、家居自动化系统等方面有广泛应用。1.3 本文重要工作目前国内许多企业已开发出较多相对成熟低压电力线载波通信模块或芯片，这些模块重要采用串口连接上位PC，实际应用中不够以便。本文重要完毕了如下几方面工作：1.概述低压电力线载波基本特性和基本原理。简述在电力线载波领域几种不一样调制方式。2.低压电力线载波模块设计原理及其硬件电路分析与实现。3.低压电力线载波通信程序编写。4.低压电力线载波模块通信调试与分析。2 低压电力线载波通信系统特性分析在低压电力线载波通信系统中，线路通道特性直接影响到信号传播质量，例如，阻抗特性影响设备电平匹配，噪声频率特性影响通信频率选择，衰减特性决定功放功率。因此无论以何种方式进行通信，首先必须理解线路通道特性。电力线是给用电设备传送电能，而不是用来传送数据，因此电力线对数据传播有许多限制。1.配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，因此电力载波信号只能在一种 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，不一样相间也许会收到不一样信号，一般电力载波信号只能在单相电力线上传播；3.不一样信号耦合方式对电力载波信号损失不一样；4.电力线存在自身固有脉冲干扰；此外电力线上高削减、高噪声、高变形，使电力线成为一种不理想通讯媒介，但由于现代通讯技术发展，使电力线载波通讯成为也许，其中数据信号信噪比决定传播距离远近。2.1 噪声干扰背景噪声包括周期性噪声和突发性噪声。周期性噪声是周期性持续干扰和周期性脉冲干扰；突发性噪声是用电设备随机接入或断开而产生。噪声范围在10kHz-100MHz频率内。研究表明，脉冲干扰对低压电力线载波通信质量影响最大。脉冲干扰强度最大可达40dBm，如此强干扰会导致接受端主线无法识别出发送信号。 2.2 阻抗变化大载波通道阻抗变化远远超过高压电力线阻抗变化。在负荷很重时，线路阻抗也许低于，这使得载波装置不能采用固定阻抗输出。低压电力线直接面向顾客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又一挑战。由于顾客负荷随机接入和切除，网络构造变化以及不可抗拒自然原因，如雷电等影响，使得其干扰体现出很强随机性和时变性，从而难以找到一种精确数学模型来加以描述。研宄表明低压电力线上输入阻抗与所传播信号频率亲密有关。在理想状况下，当没有负载时，电力线相称于一根均匀分布传播线。由于分布电感和分布电容影响，输入阻抗会伴随频率增大而减小。当在电力线上有负载时，所有频率输入阻抗都会减小。不过由于负载类型不一样，使不一样频率阻抗变化也不一样，因此实际状况非常复杂，甚至使输入阻抗变化不可预测。电力线上输入阻抗伴随频率变化而剧烈变化，可以从0.1变到不小于100，变化范围超过了1000倍并且，在试验所测频率范围内，输入阻抗随频率变化并不符合一般想象下随频率增大而减小变化规律，甚至与之相反。为理解释这一问题，可以将电力线当作是一根传播线，上面连接有多种复杂负载。这些负载以及电力线自身组合成许多共振电路，在共振频率及其附近频率上形成低阻抗区。因此，在不一样步间，电力线输入阻抗也会发生较大幅度变化。2.3 衰减大，且时变性强电压越低线路衰减越大，时变性越强，建立通道越困难。由于低压配电网直接面向顾客，负荷状况复杂，各节点阻抗不匹配，因此信号会产生反射、谐振等现象，使得信号衰减变得总说来，信号衰减伴随传播距离增长而增长。同步，有文献报导，信号衰减与频率、工频电源相位有关，一般来说，伴随频率增长，信号衰减也将增长，而在某些特殊频段，由于反射、谐振及传播线效应等影响，衰减会出现忽然剧增。试验表明，信号衰减是距离函数，一般为40100 dB/Km。在农村衰减最大，500m就到达50dB; 在都市，250m大概20dB;在郊区，250m亦能到达25dB;但在工业区衰减较小，750m长线路仅为30dB。总来说，信号传播距离越远，信号衰减就越厉害。不过由于电力线是非均匀不平衡传播线，接在上面负载阻抗也不匹配，因此信号会碰到反射、驻波等复杂现象。这些复杂现象组合，使信号衰减随距离变化关系变得非常复杂，有也许出现近距离点衰减比远距离点还大现象。伴随负载在电力线上连接或断开，在不一样时刻，信号衰减都会体现出不一样特点。有时这种变化程度会很大。由于负载变化是随机，因此信号衰减也会随机地发生变化。不过从记录上来说，这种变化还是有一定定性规律可寻。多数状况下，电力线上负载大小、性质是按照一定规律在一定范围内变化，例如在工业区，白天衰减比晚上大，而在居民区，晚上18: 00到22: 00衰减是最大。合理地运用这些规律，对于提高通信系统可靠性有重要作用。此外，接受机所处位置不一样，信号衰减也不一样。在某些负载，如彩色电视机、计算机等旁边，高频信号衰减往往会增大许多。3 低压电力线载波通信原理低压电力线载波通信是指运用既有220V/380V低压配电线，通过载波方式将模拟信号或数字信号进行高速传播技术。发送时，运用调制技术将顾客数据进行调制，然后在电力线上传播。在接受端，先经滤波将调制信号滤出，再解调，即可得到原始通信信号。通信速率根据调制措施和详细设备不一样而不一样，目前传播速率理论值在4.545MB/s之间。电力线通信（PLC）设备包括局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器通信和与外部网络连接。通信时，来自顾客数据进入调制解调器调制后，通过顾客配电线路传播到局端设备，局端设备解调。图3.1为低压电力线通信系统原理框图。带通滤波耦合电路调制配电网络信道编码信源信道编码带通滤波耦合电路解调信宿图3.1 低压电力线通信系统原理框图3.1 电力线载波通信调制技术概述按照调制信号形式，调制可分为模拟调制和数字调制。模拟调制是运用输入模拟信号直接调制载波振幅、频率或相位，从而得到调幅（AM）、调频（FM）或调相（PM）信号。数字调制是运用数字信号来控制载波振幅、频率或相位从而得到振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）或相位键控（PSK）。一般来说，数字解调与模拟调制基本原理相似，不过数字信号有离散取值特点。因此数字调制技术有两种措施：1运用模拟调制措施去实现数字式调制，即数字调制当作是模拟调制一种特例，把数字基带信号当做模拟信号特殊状况处理；2运用数字信号离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种措施一般称为键控法。与模拟调制相比，数字调制有许多长处，重要包括抗噪声能力强，对信号扰动鲁棒性高、轻易传播不一样形式信息（如声音、数据和图像）安全性好等。目前低压电力线载波通信重要采用窄带通信、扩频通信、OFDM调制等方式。3.1.1窄带通信技术初期电力载波通信电路多采用窄带通信技术。其基本调制方式分别为ASK、FSK和PSK。在此基础上，又派生出了差分移相键控（DPSK），最小移频键控（MSK）， 四相移相键控（QPSK）、正交幅度调制（QAM）。由于ASK抗噪声能力较差，尤其是抗衰落能力不强，因而它一般只合适在恒参信道下采用。因此重要采用是FSK与PSK方式。3.1.2 扩频通信技术扩频通信（SS）就是在发送端将信号频谱扩展后再进行传播，在接受端运用有关手段将接受信号解扩后再解调通信手段。扩频 通信系统重要有4种基本扩频方式：直接序列扩频（DSSS）；跳频（FHSS）；跳时（THSS）；线性调频（CSS）；此外，尚有这些扩频方式组合方式，诸如DSSS/FHSS，DSSS/THSS，DSSS/FHSS/THSS等。常用于低压电力线载波通信是直扩（DSSS）和线性调频（CSS）。扩频通信技术长处是抗干扰能力强、可进行多址通信、抗多径干扰能力强。3.1.3 OFDM技术正交频分复用（OFDM）是一种多载波传播技术。其最大特点是传播速率高，抗码间干扰和信道衰落能力强。OFDM调制技术实质上是大量窄带载波（有时也称为子载波）同步传送，每个载波调制速率较低，但总体体现为极高传播速率。因此，OFDM在电力载波通信中重要应用于电力线上网等通信速率规定高领域。3.2 通信方式比较低压电力线载波通信客观环境非常恶劣，要实现稳定可靠通信，则必须采用先进技术手段。电力线载波通信系统所使用通信方式各有其特点。因此，结合窄带通信、扩频通信、OFDM各自特点，比较这3种通信方式优缺陷。表3.1 窄带、扩频及OFDM优缺陷比较通信方式长处缺陷窄带可以做到在电力线上跨相位甚至跨变压器通信；价格低廉且较为轻易实现；电力线耦合性能好抗干扰能力较弱；传播距离较短；数据传播率比较低扩频抗干扰，抗噪音；抗多径衰落；具有保密性；功率谱密度低，具有隐蔽性和低截获概率；可多址复用和任意选址；高精度测量等电力线耦合度低；通信速率低；不合适带限信道传播OFDM带运用率高；抗ISI干扰能力强；抗信道衰落；抗噪声干扰电路成本高；峰均功率比高；同步问题由上表可知，这3种通信方式在实际应用中各有优势和缺陷。窄带通信技术价格低廉并且较易实现，因此在以往应用中比较流行，但由于存在干扰问题，实际应用仍不很理想，并且具有传播距离较短，数据传播率比较低等缺陷。扩频技术在抗干扰、保密等方面有明显长处，使其在低压电力线载波通信中应用越来越广泛。当整个频带内干扰状况较平均时，或当整个频带干扰严重而载波通信所选择通信频带内干扰较小时，窄带调频通信都具有优势。由于电力线路上干扰大多是窄带干扰，宽带扩频方式占用频段宽，干扰信号无法将其覆盖，因此具有较强抗窄带干扰能力。但电力线耦合电路品质因数（Q值）也因宽带原因减少，这样严重影响通信性能。窄带通信方式具有很好电力线耦合性能，当强干扰噪声在通信频带外时，其通信效果一般优于宽带扩频通信方式，但强干扰信号与通信频带相近时 则会常常出现通信中断。总体来说，采用扩频方式电力线 通信芯片在抗干扰和噪声，以及数据传播性能上比窄带通讯有较大提高。理论分析与大量试验均表明，在相似途径条件下，扩频通信技术成功率普遍强于OFDM通信技术，而通信速率则是OFDM技术远远高于扩频技术。但基于扩频通信技术电路成本也远低于OFDM通信技术电路成本。目前，OFDM 技术应用于电力线高速数字通信刚刚开始，还存在许多问题，其中最重要问题是到目前为止还没有制定出对应原则规范。3.3 调制方式选择通过对几种数字调制方式分析得出如下结论：相对于扩频调制和OFDM，窄带通信，价格低廉，实现相对简朴，适合短距离、低速率试验环境。3.4 载波模块选择我国可使用电力线载波modem芯片及模块可分调频和多频或者分为宽带调制及窄带调制，下面就我国使用几种芯片及模块进行简介。1.窄带载波FSK通信方式在我国使用比较早并且也有相称长历史，使用效果也不错。代表性芯片有LM1893，ST7536，ST7537，AT9301，PTL-22，SN8810，MTC-30585及KQ100模块。2.宽带载波通信方式在我国使用比较晚，不过应用越来越多，代表性芯片有SSCP300，SSCP200，PL，PL2101，PL3150，SC1128等。3.OFDM是新一代技术，近来几年也开始应用并且反应效果也良好，代表性芯片有INT5130，MAX2986,，ITM10，采用OMCM调制技术代表性芯片有LME2200。4.链码自适应调制技术也有应用，代表性模块有WF-PLC300A。表3.2 主流芯片比较 从各厂家目前应用状况来看，无论FSK、BPSK还是扩频，其调制技术在理论上优劣差异都很小，性能差异只体目前发送和接受处理机制上。也就是说没有不好调制理论，采用哪一种方案都是合理。本设计中电力线载波模块选用杭州新实SENS-01嵌入式电力线载波模块。SENS-01嵌入式电力线载波模块包括了所有电源220V降压、载波耦合、信号功率放大、输出功率控制、接受滤波、调制解调等外围复杂电路。3.5 窄带调制原理3.5.1 FSK原理FSK是运用载波频率变化传递数字信息。在2FSK中，载波频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其体现式为： （3.1）2FSK信号常用解调措施是采用如图2所示非相干解调包络检波和相干解调。解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别解调，然后进行判决。这里抽样判决是直接比较两路信号抽样值大小，可以不专门设置门限判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接受时上支路样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。图3.2 2FSK信号解调原理图3.5.2 PSK原理相移键控是运用载波相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中一般用初始相位0和分别表达二进制“1”和“0”。因此2PSK信号时域体现式为 （3.2）其中n表达第n个符号绝对相位: (3.3)2PSK信号调制原理框图如图3.3所示图3.3 2PSK信号调制原理图2PSK信号解调一般采用相干解调法，解调器原理框图如图所示。图3.4 2PSK信号解调原理图4 硬件设计4.1 系统构成SENS-01电力线接口接口转换电路上位机A 220V上位机B接口转换电路SENS-01电力线接口图4.1 电力线载波通信模块框图如图4.1所示，低压电力线载波通信系统由SENS-01嵌入式电力线载波模块和接口转换电路构成。信号由一种上位机发出，通过接口转换电路将进入SENS-01模块，然后发送到电力线上。通过220V电力线传播到另一种SENS-01模块，通过接口转换后送到另一台上位机，完毕电力线上发送和接受。4.2 电力线载波模块SENS-01提供5V电源给顾客设备，波特率可选600,1200,2400,4800,9600 或19200bps，具有TTL电平接口，可以直接与单片机RXD 、TXD连接完毕数据从串口到载波转发。SENS-01嵌入式电力线载波模块提供半双工通信功能，可以在220V/110V，50/60Hz 电力线上实现局域通信。该模块为顾客提供了透明数据传播通道，数据传播与顾客协议无关，由顾客数据传播协议验证数据传播正可靠性。在同一台变压器下，多种SENS-01嵌入式电力线载波模块可以连接在同一条电力线上，在主从通信模式下，模块分别单独工作，不会互相影响。图4.2 SENS-01嵌入式电力线载波模块实物图A B C是3个通讯波特率选择输入端，A B C有内部上拉电阻，悬空为高电平，要输入为0，则可把端口接地就可以了，若为19200，则可以所有悬空。两个通讯模块波特率必须要设置相似。 表4.1 A B C和波特率对应表A B C = 1 1 119200,defaultA B C = 1 1 09600A B C = 1 0 14800A B C = 1 0 02400A B C = 0 1 11200A B C = 0 0 16004.2.1 过零检测电路在过零检测电路中，重要是采用三极管驱动发光二极管，同步在接受端加上电阻进行过零检测，来判断信号相位，与检波电路一起实现过零信号接受功能。该电路采用了光耦过零检测电路(如图4.3所示），使背面电路不直接接触220V电源，最大程度保证背面电路与顾客安全性。 图4.3 SENS-01过零检测电路图4.2.2 调制输出电路当数据需要通过电力线传播出去时，通过调制输出电路(如图6所示），将信号耦合到电力线上。在SENS-01中，采用互补推挽放大器来增强驱动能力，提供大电流。Q3管接入Q2管和Q4管基极，以此作为推进信号，由于两只三极管极性不一样，基极上输入信号电压对两管而言一种是正向偏置，一种是反向偏置。当输入信号为正半周时，两管基极同步电压升高，此时输入信号电压给Q4管加上正向偏置电压，因此该管进入导通和放大状态。由于基极电压升高，对Q2管来讲加上反向偏置电压，因此该管处在截止状态。输入信号变化到负半周后，刚好处在相反状态。两只 三极管输出半周信号在放大器负载上合并后得到一种完整周期输出信号。再通过一种电容滤掉直流成分和限幅稳压管稳定电压，即可通过变压器接入电力线上。 图4.4 SENS-01调制输出电路图4.2.3 检波输入电路在本模块中，重要采用290k检波电路(如图4.5所示），来实现从电力线中不失真地检出调制信号。当信号通过变压器降压后，接入检波电路，实现信号解调作用，再通过两个稳压二极管，实现限幅作用，防止过电压通入载波模块I/O口。图4.5 SENS-01 检波输入电路SENS-01电力载波模块使用TTL电平串口与顾客系统进行连接，并使用交叉连接方式进行连接，通讯采用收、发、地三线制方式。当顾客系统为TTL电平串口时，可以直接与模块进行交叉连接通讯，不必RS232电平转换，因此顾客可以直接使用单片机串行接口（UART）与载波模块进行连接通讯，当顾客系统为原则RS232接口时，需要增长串口电平转换芯片进行电平转换，例如MAX232等芯片进行串口电平转换。4.3 接口转换电路为了使低压电力线载波通信系统有更好兼容性，设计了接口转换电路，以以便连接电脑USB接口。 图4.6 接口转换电路图接口转换电路采用FT232RL芯片。FT232R是FTDI企业底推出多种USB通信接口处理方案之一。FT232R芯片重要功能是在内部硬件逻辑作用下实现了USB和异步串行数据传播接口转换。PC机通过USB接口和FT232R进行数据互换。FT232R则通过串行方式与外围UART接口设备完毕通信。和前一代产品相比，在系统集成度和软件安全两方面深入得到加强。芯片内部集成了1024位EEPROM 和多频率时钟发生器（6MHz、12MHz、24MHz、48MHz）输出时钟可用于驱动外部MCU或FPGA。表4.2 FT232RL 引脚定义图4.7 FT232RL引脚图5 软件设计5.1 通信流程本系统数据发送与接受显示都是通过对上位机编写软件来实现。其流程大体为：关闭串口，对串口波特率进行选择，然后设置通信参数；打开串口之后，可以选择发送方式为手动或自动（自动发送周期根据模块处理速度固定为2 s），也可以选择与否为十六进制发送（对应接受端应选择十六进制显示）。软件流程图如图5.1所示。图 5.1 系统程序流程图5.2 数据发送流程由于在数据发送时模块每次只能接受20byte以内数据。因此，为了使模块可以发送或接受更多数据，本文采用指针指向措施：分段取出所要发送数据，每段20 byte。数据发送首先要获取编辑框内所要发送数据然后计算其长度，计算出长度除以20，假如刚好整除得b话，就直接发送b次。由于假如模块处理速度慢于发送速度会导致数据丢失，因此每次分段读取时，必须在两次发送之间添加延时程序。当不能整除且得到余数为a时，要先发送b次，读取完20b字符后，再发送剩余a个字符。图5.2所示是其数据发送程序流程图。图5.2 数据发送程序流程图5.3 通信界面本设计软件部分采用C+编写，软件包括打开关闭串口，发送接受显示，清晰显示等功能。编程界面如图5.3所示，软件界面如图5.4和图5.5所示。图5.3 VS编程界面图图5.3 软件界面图图5.4 十六进制发送接受图6 系统调试6.1 硬件调试6.1.1 供电电源测试电路板焊接结束后，将万用表打在二极管档，测试电路板上与电源相连位置与否接通，然后测量电路板上220V供电电源与否正常，电源灯与否亮起，保证整个模块电源供电正常再进行之后测试。6.1.2 接口转换电路测试为整个电路提供供电电压，以使接口转换电路正常工作，用示波器测试输出引脚波形，若波形正常则证明芯片也许是完好。将接口转换电路TX端和RX端相连，通过USB接口连接电脑，使用串口调试助手测试发送和接受信号与否正常。6.2 通信过程调试首先需要在上位机安装FT232RL所需驱动。连接好整个电路之后需要查看详细连接是哪个COM口。打开上位机通信软件，设置好波特率打开串口，发送文字。最终调试运行程序如图6.1所示。图 6.1 程序运行图6.3 碰到困难设计软件时没有考虑到程序和操作系统兼容性，碰到不少兼用性问题。串口编程采用了MSComm控件，不过不是最初没有考虑到电脑与否注册了控件，导致多次通信失败。SENS-01模块设定每次只能接受20b以内数据，较多数据只能采用分段发送方式。6.4 系统局限性和改善虽然试验模块调试成功，但它仍然有诸多局限性地方，本设计提出系统尚有诸多改善可以做，这里是对系统局限性分析：1.试验板是在比较单纯环境下做试验，在载波电力线上没有其他电力设备干扰。假如加上某些干扰设备，传播质量就会明显减少 2.两块试验板通信距离比较短，两套电力线载波设备接同一种插座，通讯距离不不小于100米。 3.数据传播速度较低。模块最高通信速率仅为19200b/s，实际通信速率更低。4.只能在单相电路上通讯，无法应用于三相电路。本设计使用模块支持三相电路通信，假如应用于三相电路通信需要更复杂设计。针对上面提出问题，系统改善就可以从下面这些方面考虑： 1.将系统放入实际环境中测试，如在顶楼与底楼房间之间以及楼宇之间做通讯试验。假如发现距离较长便无法通讯，则还需加入通讯中继。2.需要分析速度较低原因，误码还是传播延迟，假如是传播延迟，需要测定实际传播延迟，并修改软件某些有关参数。假如是误码率较高，在硬件设计方面，深入优化电路设计，提高系统发射和接受能力，即继续完善功率放大器电路和自动增益前级放大电路。 3.改善有关硬件电路（放大器电路，滤波电路等）。 4.分析三相电与单相电传播异同以寻求处理方案。 7 结论本设计实现是低压电力线载波通信系统设计。在本论文中，首先对低压电力线载波通信技术现况和发展及其重要应用范围做了简朴简介。另一方面对调制方式原理和特点做了详细描述，重要包括模拟调制和窄带、扩频、OFDM等数字调制方式。同步，本论文对市面上电力线载波芯片和模块做了简朴简介。通过理论分析、比较，本设计确定釆用窄带通信方式。虽然其实现比较轻易，价格廉价。但在抗干扰等方面性能会差某些。本论文对低压电力线载波通信模块硬件部分做了详细描述与分析。简介了详细工作原理和电路。通过两个月努力，终于完毕了低压电力线载波通信模块硬件部分设计。在整个设计过程中出现过诸多难题，在老师指导下和师兄师姐们协助下，这些问题最终都得到顺利处理。在处理这些问题过程中，我体会有诸多：硬件电路设计要考虑许多方面影响。尽管理论上做了充足准备，但在实际硬件电路设计过程中还会出现许多意想不到问题。因此，我觉得从事硬件电路设计要有丰富知识和经验。只有对设计原理非常清晰，思绪清晰，目明确，才能顺利地进行设计，否则设计过程会很混乱。硬件设计是一种漫长而严谨过程，这个过程不是一两个月可以完毕。因此，我觉得不管做什么事情都要有耐心，戒骄戒躁，这样才能顺利地完毕每一件事情。谢辞本文自始至终是在导师XXX老师悉心指导下完毕。从选题文献调研、研究深度、关键技术思绪、论文构造等各个方面，都倾注了导师大量精力和心血。黄老师严谨治学态度，广阔学术视野、明晰科学研究思绪、高度责任感、敏捷思维能力和洞察能力以及对日新月异科学技术发展执著追求，令我受益非浅，必将影响我毕生，导师在学习和生活中所予以指导、协助和谆谆教导使我终身难忘。在此，向老师表达最诚挚感谢！在本文完毕过程中，得到了曾萍师姐和刘涛师兄大力协助。在此再次向他们表达衷心感谢！感谢西南石油大学各位老师同学给我协助！最终还要感谢我家人对我学习和生活上莫大支持！参照文献1 曾萍.低压电力线载波通信系统设计.物联网技术.,（12）：56-582 何海波.低压电力线载波通信研究与应用现实状况.继电器，,（7）：12-163 郑雷.电力载波通信原理与实现.4 王超.基于PL3200芯片电力线载波通信装置研究.5 刘继军.国内电力载波通信芯片技术及市场.电器工业，,（12）：61-65；6 方卫亮.浅谈低压电力线载波通信研究方案. 都市建设理论研究，.（6）；7 张平泽.基于低压电力线载波通信措施比较.电子设计工程.，（2）：26-28；8 蒋亚露.基于电力线载波通信多点温度采集系统. 电子产品世界，,（4）：46-49；9 杭州新实科技有限企业. SENS-01嵌入式电力线载波模块使用阐明书附录1主程序：/ 电力线载波通信.cpp : Defines the class behaviors for the application./#include stdafx.h#include PLC.h#include PLCDlg.h#ifdef _DEBUG#defin