畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于電力載波技術(shù)的智能化路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　基于電力載波技術(shù)的智能化路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 院 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)

2、自 動(dòng) 化 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　職 稱(chēng) 教授 </p><p><b>　　2013年5月1日</b></p><p>　　畢業(yè)論文任務(wù)書(shū)

3、 </p><p>　　院長(zhǎng) 教研室主任 指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告表</b></p><p>　　2013年 3月10日</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文評(píng)閱表</b&g

4、t;</p><p><b>　　（論文類(lèi)）</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文成績(jī)考核表</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文首先對(duì)通訊系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、電力載波技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)做了一個(gè)詳細(xì)的介紹，然后對(duì)電力載波通訊過(guò)程中的信道特

5、性以及干擾噪聲進(jìn)行分析，并利用自控原理知識(shí)建立相應(yīng)的信道傳輸模型。接著建立了論文任務(wù)要求的總體框架圖，對(duì)此設(shè)計(jì)中的電力載波通訊的可行性和優(yōu)越性進(jìn)行了詳細(xì)分析論證。通過(guò)對(duì)單燈的電力載波收發(fā)模塊的實(shí)現(xiàn)、單片機(jī)控制單燈的實(shí)現(xiàn)、單燈的電流檢測(cè)實(shí)現(xiàn)、單燈的調(diào)壓實(shí)現(xiàn)、節(jié)能分析等做了詳細(xì)的闡述，論證和仿真。利用eagle 和 Protel 99 SE繪圖工具完成一些電路圖繪制和PCB板印制等，利用Multisim仿真工具完成一些電路仿真、性能和節(jié)能分

6、析等。軟件開(kāi)發(fā)利用keil編寫(xiě)，并對(duì)主機(jī)，從機(jī)之間的通訊程序流程圖進(jìn)行編寫(xiě)。然后，將在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試過(guò)程中暴露出來(lái)的問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。最后在兩塊單片機(jī)板上顯示上述任務(wù)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力載波技；FSK調(diào)制技術(shù)；單片機(jī)通信；單片機(jī)；</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This pa

7、per first analyze the low-voltage power line channel characteristics, and establish the corresponding channel model; then based on its overall structure and the design of the framework, the implementation of single-chip

8、 microcomputer control single lamp, single lamp current detection, single lamp voltage regulation implementation, as well as detailed on the elaboration, demonstration and simulation. Use the eagle and Protel 99 SE draw

9、ing tool to complete some circuit diagram drawing and</p><p>　　Keywords: Electric power carrier technology； FSK modulation technology,；Single chip microcomputer communication；Single chip microcomputer；</p

10、><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言 1</b></p><p>　　第一章 電力載波技術(shù)紹2</p><p>　　1.1通信系統(tǒng)基礎(chǔ)2</p><p>　　1.1.1 通信系統(tǒng)分類(lèi)2</p><p>　　1

11、.1.2 通信方式2</p><p>　　1.1.3 通信系統(tǒng)性能指標(biāo)2</p><p>　　1.2 電力載波技術(shù)2</p><p>　　1.3 電力載波技術(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用3</p><p>　　第二章 FSK調(diào)制技術(shù)5</p><p>　　2.1電力載波技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r5</p><p&g

12、t;　　2.2 FSK調(diào)制技術(shù)6</p><p>　　2.2.1 FSK調(diào)制基礎(chǔ)6</p><p>　　2.2.2 FSK 調(diào)制方式6</p><p>　　2.2.3 FSK調(diào)制應(yīng)用模型7</p><p>　　第三章 電力線(xiàn)通信信道分析9</p><p>　　3.1 電力線(xiàn)傳輸信道特性9</p>

13、;<p>　　3.1.1時(shí)變性10</p><p>　　3.1.2 衰減特性10</p><p>　　3.1.3電力線(xiàn)干擾10</p><p>　　3.1.4多徑干擾10</p><p>　　3.2 電力線(xiàn)通信信道模型11</p><p>　　3.2.1低壓電力線(xiàn)信道近似模型11</p&

14、gt;<p>　　第四章 照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1 照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.2 載波通信模塊設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2.1 電力線(xiàn)載波通信芯片的選擇14</p><p>　　4.2.2 KQ-130F電力載波數(shù)據(jù)收發(fā)模塊介紹15</p><

15、;p>　　4.3 路燈的智能化實(shí)現(xiàn)19</p><p>　　4.3.1 節(jié)電效能分析20</p><p>　　4.4 基于電力載波技術(shù)的智能化路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和電路圖22</p><p>　　4.5 硬件調(diào)試問(wèn)題及其解決23</p><p>　　第五章 電力載波通信協(xié)議與軟件設(shè)計(jì)24</p><p>

16、;　　5.1 KQ-130與單片機(jī)的通訊24</p><p>　　5.2軟件流程圖的實(shí)現(xiàn)24</p><p>　　5.3 軟件調(diào)試問(wèn)題及其解決27</p><p>　　第六章 論文總結(jié)28</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　附錄3

17、0</b></p><p><b>　　謝辭39</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p><b>　　國(guó)外研究情況</b></p><p>　　國(guó)外很多國(guó)家已經(jīng)將此技術(shù)應(yīng)用于智能化大廈的"三A "系統(tǒng)之中，歐美國(guó)家

18、已經(jīng)利用此技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　而我國(guó)起步晚，雖然取得很大發(fā)展但是PLC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)并不完善，符合新標(biāo)準(zhǔn)的器件還不很成熟。我國(guó)主要將此技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)抄表、過(guò)程控制等較小的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著國(guó)家節(jié)能政策的不斷落實(shí)，很多企業(yè)投入到電力載波通訊研究領(lǐng)域。</p><p><b>　　論文研究的主要內(nèi)容</b></p>&

19、lt;p>　　本課題采用電力載波通信技術(shù)，以電力傳輸線(xiàn)作為媒介。完成主單片機(jī)和從單片機(jī)之間的信息交換，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈開(kāi)關(guān)時(shí)間、路燈輸入電壓的調(diào)整、路燈壞損的電流檢測(cè)等任務(wù)。并通過(guò)功率變換單元通過(guò)調(diào)整路燈的輸入電壓來(lái)完成節(jié)能的目的。</p><p>　　運(yùn)用主單片機(jī)對(duì)路燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，從單片機(jī)對(duì)路燈的狀況進(jìn)行不斷檢測(cè)。運(yùn)用電力載波模塊將這個(gè)燈的狀態(tài)傳送給主單片機(jī)，并將此狀態(tài)在主控機(jī)上顯示出來(lái)，并根據(jù)其狀

20、態(tài)信息在主控界面上顯示出來(lái)。</p><p><b>　　論文研究的意義</b></p><p>　　傳統(tǒng)的路燈控制采用開(kāi)關(guān)控制，能源浪費(fèi)嚴(yán)重、管理手段單一、信息化水平低下、缺乏故障主動(dòng)報(bào)警機(jī)制、故障燈難以發(fā)現(xiàn)等一系列問(wèn)題。傳統(tǒng)的控制方式很難滿(mǎn)足現(xiàn)代城市發(fā)展水平和信息化建設(shè)的要求。因此，一種可靠、節(jié)能的控制方式是建設(shè)智慧城市必不可少的。</p><

21、p>　　改變傳統(tǒng)的控制方式，實(shí)現(xiàn)了城市路燈的遠(yuǎn)程集中管理，不僅提高了城市的智能化水平，而且也在路燈維護(hù)方面節(jié)約了大量的人力、物力，其調(diào)壓功能實(shí)現(xiàn)路燈的節(jié)能。它具有遠(yuǎn)程控制，和現(xiàn)有的電力線(xiàn)兼容，檢修方便等一些功能，可以提高城市路燈的利用率，節(jié)能。</p><p>　　路燈的智能化是將檢測(cè)技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)，通信技術(shù)融合到路燈控制領(lǐng)域。通過(guò)這些技術(shù)的融合來(lái)提高城市智能化水平，為建設(shè)智慧城市戰(zhàn)略提供一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，

22、并且達(dá)到節(jié)能的目的，具有很好的發(fā)展?jié)摿?。正因?yàn)槿绱?，很多學(xué)者、專(zhuān)家投入到智能電網(wǎng)的建設(shè)中，開(kāi)辟著一個(gè)全新的探索領(lǐng)域。</p><p>　　第一章 電力載波技術(shù)介紹</p><p>　　1.1通信系統(tǒng)基礎(chǔ) </p><p>　　本論文主要完成主單片機(jī)對(duì)從單片機(jī)的控制，從單片機(jī)控制路燈，而從單片機(jī)又將路燈狀態(tài)傳給主單片機(jī)，并將此狀態(tài)在主單片機(jī)的顯示屏上顯示出來(lái)。電力

23、載波技術(shù)完成控制信號(hào)和路燈狀態(tài)的傳送。因此對(duì)通信基礎(chǔ)和電力載波技術(shù)的了解是十分必須的。</p><p>　　1.1.1通信系統(tǒng)分類(lèi)</p><p>　　通信是從一個(gè)地點(diǎn)向另一個(gè)地點(diǎn)交換和傳遞信息的一種方式。通信系統(tǒng)包括發(fā)送裝置和接收裝置、傳輸介質(zhì)、以及實(shí)現(xiàn)通訊的可靠性所需要的其它設(shè)備。</p><p>　　在通信系統(tǒng)中根據(jù)媒介的不同，分為有線(xiàn)通信系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)[

24、13]。</p><p>　　有線(xiàn)通信采用導(dǎo)線(xiàn)。列如電話(huà)線(xiàn)，同軸電纜，波導(dǎo)，光導(dǎo)纖維等。作為傳輸媒質(zhì)來(lái)完成通信，此系統(tǒng)布線(xiàn)復(fù)雜，耗資大，成本高。</p><p>　　無(wú)線(xiàn)通信依靠電磁破在空間傳播達(dá)到傳輸信息的目的。具有成本低，但存在衰減，多徑干擾及電磁干擾，系統(tǒng)的可靠性和安全性受限。</p><p>　　考慮電力網(wǎng)遍及的現(xiàn)成的布線(xiàn)資源，我們應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮其潛能，節(jié)約有

25、限的自然資源。利用電力載波技術(shù)，以電力線(xiàn)傳輸媒介，來(lái)傳輸路燈的狀態(tài)和控制路燈，具有很重要的研究意義。</p><p><b>　　1.1.2通信方式</b></p><p>　　在通信系統(tǒng)的建立過(guò)程中，首先根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及所要完成的功能，選擇合適的通信方式可以提高數(shù)據(jù)傳送效率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)時(shí)間和信道關(guān)系可以分為單工，半雙工和全雙工三種[15]。&l

26、t;/p><p>　　單工通信：指消息只能朝著一個(gè)方向傳送，只占用一個(gè)通道。</p><p>　　半雙工通信：指雙方都能收發(fā)消息，但不能一端接收和另一端發(fā)送同時(shí)進(jìn)行。</p><p>　　全雙工通信：指發(fā)送端和接收端可以同時(shí)收發(fā)消息，發(fā)送端可以變?yōu)榻邮斩?，接收端也可變?yōu)榘l(fā)送端，一般情況下為雙向信道。</p><p>　　1.1.3通信系統(tǒng)性能指標(biāo)

27、</p><p>　　通信系統(tǒng)的主要任務(wù)是快速而又準(zhǔn)確的傳遞消息。 有效性、可靠性作為其最主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。有效性解決傳送信息的“速度”問(wèn)題，可靠性解決傳送信息的“質(zhì)量”問(wèn)題[13]。</p><p>　　1.2 電力載波技術(shù)</p><p>　　電力線(xiàn)載波通信，PLC（Power Line Communication），是指利用現(xiàn)有的電力線(xiàn)作為信道，通過(guò)載波方式來(lái)發(fā)

28、送模擬或者數(shù)字信號(hào)，是一種有線(xiàn)通訊方式。其最大特點(diǎn)是只要有電線(xiàn)，不需要重新架構(gòu)電線(xiàn)[4]。</p><p>　　電力載波通訊的工作原理是：由信息源發(fā)出信號(hào)，通過(guò)編碼器的編碼，調(diào)制器的調(diào)制，將此信息轉(zhuǎn)成可用于傳送的數(shù)碼序列，耦合到電力線(xiàn)上，然后將此數(shù)碼序列通過(guò)解調(diào)，譯碼，來(lái)送到受信者[9]。圖1-1為電力載波通信模型[16]：</p><p>　　圖1-1 電力載波通信模型</p&g

29、t;<p>　　信號(hào)源：是產(chǎn)生和發(fā)出消息的人或設(shè)備(列如控制機(jī)、PC機(jī)、DSP、單片機(jī))。發(fā)出的消息可以是連續(xù)的波形也可以是離散的數(shù)字信號(hào)，其主要作用就是把各種消息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。方便后面處理和傳送。</p><p>　　受信者：是來(lái)接受信號(hào)源發(fā)出的消息的人或者機(jī)器。</p><p>　　編碼器：信源編碼器是將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼序列，信道編碼器是在數(shù)碼序列中添加校驗(yàn)碼，使接收端能發(fā)

30、現(xiàn)或糾錯(cuò)有效信息，從而提高了通訊中傳送消息的可靠性。</p><p>　　調(diào)制器：是把輸出的數(shù)碼序列轉(zhuǎn)換成適用于傳送的高頻射頻振蕩信號(hào)，解調(diào)器與調(diào)制器剛好相反。基本功能是將數(shù)碼序列與通信協(xié)議、通信方式等匹配起來(lái)。</p><p>　　信道：是傳送信號(hào)的媒介。可以是物理的信號(hào)線(xiàn)也可以是電磁波等。媒介的特性對(duì)通信系統(tǒng)以及整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和有效性具有很大的關(guān)系。</p><

31、;p>　　譯碼器：譯碼是編碼的逆過(guò)程。將數(shù)碼轉(zhuǎn)換成可以應(yīng)用的消息，是由數(shù)字電路和模擬電路的組合來(lái)完成的。</p><p>　　同步系統(tǒng)：用于保證收發(fā)兩端步調(diào)一致，協(xié)同工作。主要應(yīng)用于內(nèi)容更新比較頻繁的場(chǎng)合。同步是電力載波通信系統(tǒng)中的重要組成部分。如果沒(méi)有同步就會(huì)出現(xiàn)大量的錯(cuò)碼亂碼，載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有：有效率、精度、同步建立時(shí)間、同步保持時(shí)間。</p><p>　　噪聲源：可

32、以是人為因素造成，也可以是設(shè)備或者系統(tǒng)本身所具有的，但不是人們希望的[15]。</p><p>　　1.3 電力載波技術(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用</p><p>　　在一些涉及任務(wù)復(fù)雜、可靠性要求較高、實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)的領(lǐng)域，PLC技術(shù)因?yàn)槠淇垢蓴_能力、抗衰減能力的限制并未得到實(shí)際應(yīng)用。</p><p>　　下面就對(duì)電力載波技術(shù)的現(xiàn)有系統(tǒng)的應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。列如：在圖1-2所示，

33、 是一個(gè)電力載波技術(shù)在歐美應(yīng)用很成熟的領(lǐng)域，由圖中可以很明顯的看到。病人的一切病狀信息可以通過(guò)電力載波技術(shù)傳送給醫(yī)院，而醫(yī)院的建議，診斷結(jié)果也可以借助于電力載波技術(shù)傳送給用戶(hù)，實(shí)現(xiàn)高效，及時(shí)的醫(yī)療檢測(cè)系統(tǒng)。此網(wǎng)絡(luò)的布局和大小，都是根據(jù)現(xiàn)有的電力線(xiàn)布局而來(lái)。</p><p>　　圖1-2 醫(yī)院監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　相對(duì)于國(guó)外的這些成熟的應(yīng)用，而我國(guó)起步晚，雖然取得很大發(fā)展但是PLC

34、技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)并不完善，符合新標(biāo)準(zhǔn)的器件還不很成熟。雖然在遠(yuǎn)程抄表領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際使用階段，但是穩(wěn)定性，可靠性，安全性這些基本問(wèn)題并沒(méi)有得到解決，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)所謂的智能和自動(dòng)。針對(duì)我國(guó)目前的現(xiàn)狀，研究電力載波技術(shù)對(duì)我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義?？梢蕴岣呶覀兊墓ぷ餍?，改變落后產(chǎn)能。可見(jiàn)研究低壓電力線(xiàn)通信對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展也具有非常重大的意義。</p><p>　　第二章 FSK調(diào)制方式</p><p&

35、gt;　　2.1電力線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　通過(guò)前言和第一章對(duì)通信系統(tǒng)和電力載波技術(shù)的了解。我們可以看出，選擇合適的調(diào)制方式對(duì)于提高系統(tǒng)的可靠性和有效性具有重要意義。怎么樣選擇合適的調(diào)制方式，要從PLC技術(shù)的發(fā)展說(shuō)起。</p><p>　　電力載波通信技術(shù)的誕生已有很長(zhǎng)時(shí)間了。但因干擾大，信號(hào)污染嚴(yán)重，只有在很少的相對(duì)封閉的地方實(shí)際應(yīng)用。早期的PLC技術(shù)和現(xiàn)代PLC技術(shù)有

36、很大的不同。早期主要借助于電力載波機(jī)，在通信的兩端口都安裝有阻波器（用來(lái)減少能量的損耗）。如表2-1所示，其發(fā)展歷程：</p><p>　　表2-1 電力載波發(fā)展歷程</p><p>　　由表中可以看出，電力載波技術(shù)經(jīng)過(guò)了電力載波機(jī)、功能單一的電力載波芯片到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中。通過(guò)現(xiàn)代載波技術(shù)的發(fā)展，讓其在更廣闊的領(lǐng)域應(yīng)用成為可能。本論文主要針對(duì)KQ-130模塊的需要，對(duì)其電力線(xiàn)的信道，信

37、道建模具有詳細(xì)分析。</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用表明，電力載波技術(shù)的信道變化劇烈，干擾強(qiáng)，各種突發(fā)噪聲多等一系列問(wèn)題。在這些問(wèn)題的嚴(yán)重影響下，通信的可靠性、安全性、有效性等受到嚴(yán)重威脅，同時(shí)這也在很大程度上限制了它的使用。</p><p>　　因此，探索一種實(shí)際可行、可操作的調(diào)制方式是非常重要的。技術(shù)上調(diào)制方式可分為數(shù)字調(diào)制方式和模擬調(diào)制方式。兩個(gè)調(diào)制方法的原理基本相同，如圖2-2所示，

38、輸入的基帶信號(hào)通過(guò)調(diào)制器、信道再到解調(diào)器直到最后的基帶信號(hào)輸出，但在信道過(guò)程中，一定會(huì)出現(xiàn)各種噪聲。</p><p>　　采用數(shù)字鍵控的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制信號(hào)稱(chēng)為鍵控法[5]?；诒菊撐腒Q-130模塊采用的是FSK的調(diào)制方式，所以下面將對(duì)FSK調(diào)制技術(shù)做一個(gè)詳細(xì)的介紹。其他的PSK技術(shù)、ASK技術(shù)應(yīng)不涉及，不做詳細(xì)介紹。在圖2-2中，也明顯的表示出了調(diào)制方式的基本框圖。FSK調(diào)制技術(shù)也在此基礎(chǔ)上演變而來(lái)。<

39、;/p><p>　　圖2-2 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2 FSK調(diào)制技術(shù)</p><p>　　FSK（Frequency-shift keying）移頻鍵控指的是用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息[8]。在目前的通訊技術(shù)領(lǐng)域，大多數(shù)采用的是FSK技術(shù)，此技術(shù)很常見(jiàn)，由于簡(jiǎn)單，也很普遍。</p><p>　　2.2.1 FSK調(diào)

40、制基礎(chǔ)</p><p>　　FSK調(diào)制技術(shù)是日常通訊中一種常見(jiàn)的、應(yīng)用比較成熟、抗干擾很強(qiáng)的調(diào)制技術(shù)。而且在中低速數(shù)據(jù)傳輸通訊中得到了很廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　FSK有兩個(gè)分類(lèi)，連續(xù)和離散的FSK[16]。不管連續(xù)和離散，都是根據(jù)其輸出波形進(jìn)行確定的。而且，以目前數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，大多的離散FSK朝著連續(xù)FSK發(fā)展[5]。</p><p>　　2.2.2 F

41、SK調(diào)制方式</p><p>　　在2FSK中，隨著輸入數(shù)據(jù)的不同，兩個(gè)頻率發(fā)生器的變化，相應(yīng)的輸出是二進(jìn)制的1 和0。</p><p>　　圖2-3 非連續(xù)相位FSK產(chǎn)生</p><p>　　如圖2-3所示，兩個(gè)頻率發(fā)生器f1和f2根據(jù)輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)通過(guò)變換開(kāi)關(guān)進(jìn)行不斷的切換，然后經(jīng)過(guò)放大電路對(duì)信號(hào)的放大，從輸出電路的輸出端輸出不連續(xù)的FSK信號(hào)。這種FSK

42、的調(diào)制方式在傳統(tǒng)的通信設(shè)備中采用較多。目前的越來(lái)越多的這種調(diào)制方式朝著連續(xù)FSK發(fā)展。</p><p>　　如圖2-4所示，接收到的FSK信號(hào)，通過(guò)帶通濾波器來(lái)進(jìn)行波形變化和信號(hào)調(diào)制，經(jīng)帶通濾波器后的信號(hào)經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波電路完成模擬信號(hào)到數(shù)據(jù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和抽樣，將其波形轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。然后將這些值進(jìn)行比較。根據(jù)比較器來(lái)決定輸出的數(shù)據(jù)比特是1還是0。</p><p>　　圖2-4 非相干FSK接收

43、機(jī)方框圖</p><p><b>　　其中包絡(luò)檢波：</b></p><p>　　包絡(luò)檢波[8]電路主要就是應(yīng)用二極管和三極管。其元器件的壽命和穩(wěn)定性也很高，大大提高接收機(jī)的穩(wěn)定性，主要功能是將輸入的波形轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)碼。</p><p>　　在信號(hào)調(diào)制和信道分析過(guò)程中，大多數(shù)噪聲都是高斯過(guò)程。因此，在信道的建模中常加入高斯模型來(lái)增強(qiáng)實(shí)用性。&

44、lt;/p><p>　　FSK 一般采用正交相乘的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的數(shù)字化。如圖2-5所示：</p><p>　　圖 2-5 FSK正交相乘的模型</p><p>　　2.2.3 FSK 的應(yīng)用模型</p><p>　　路燈的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)FSK發(fā)送機(jī)，通過(guò)發(fā)送機(jī)的調(diào)制，耦合到電力線(xiàn)上，通過(guò)電力線(xiàn)的傳輸，通過(guò)FSK接收機(jī)，進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，最后將路

45、燈的運(yùn)行狀態(tài)到總服務(wù)器上顯示出來(lái)。同時(shí)總服務(wù)器的控制指令通過(guò)通過(guò)FSK接收機(jī)，調(diào)制，耦合到電力線(xiàn)上，再通過(guò)接收機(jī)，解碼，來(lái)控制路燈的開(kāi)關(guān)時(shí)間，電壓調(diào)整等等。</p><p>　　圖2-6 FSK應(yīng)用模型</p><p>　　第三章 電力線(xiàn)通信信道分析</p><p>　　選擇了合適的調(diào)制技術(shù)，但因PLC技術(shù)的信道變化劇烈，干擾強(qiáng)，各種突發(fā)噪聲多等一系列問(wèn)題。在這

46、些問(wèn)題的影響下，通信的可靠性、安全性、有效性等受到嚴(yán)重威脅，同時(shí)這也在很大程度上限制了它的使用。因此在此基礎(chǔ)上分析PLC的信道以及信道建模是很必要的。</p><p>　　3.1電力線(xiàn)傳輸信道特性</p><p>　　信號(hào)在傳輸過(guò)程中遇到噪聲是不可避免的。這些噪聲可以是人為的也可以是設(shè)備本身所固有的。因而對(duì)通訊信道特性的分析和模型的建立是研究通信問(wèn)題的基礎(chǔ)。噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性有

47、很大關(guān)系，可見(jiàn)對(duì)信道信道分析和建模也是十分必要的。</p><p>　　目前，大部分城市內(nèi)的鐵路通信、軌道交通通信系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、政務(wù)系統(tǒng)等都是基于雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜等物理媒介實(shí)現(xiàn)通信的[12]。這些通信線(xiàn)路，雖然通信容量大，但具有造價(jià)高，維護(hù)難，衰減大，抗干擾能力差、不利于檢修等缺點(diǎn)，尤其對(duì)老城的改造更加不易。通過(guò)我們對(duì)電力載波技術(shù)的了解，利用現(xiàn)有的電力線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，可以減少投資和成本。目前，我國(guó)的路燈都

48、是用220V電壓提供的，這樣就有了一個(gè)現(xiàn)有的布線(xiàn)廣泛的的信道。</p><p>　　信道具有廣義信道和俠義信道之分[10]。俠義信道只是單純的媒介。廣義信道除了包括媒介之外還包括與通信相關(guān)的變換裝置。這些裝置可以是發(fā)送設(shè)備、接受設(shè)備、調(diào)制器、解調(diào)器等。圖3-1為廣義信道模型：</p><p>　　圖3-1 廣義信道模型</p><p>　　然而通信系統(tǒng)中存在著嚴(yán)重

49、的干擾問(wèn)題，特別是處于研究階段的低壓電力載波通訊方面，附加了加性噪聲和電磁兼容問(wèn)題。要在干擾嚴(yán)重和各種突發(fā)噪聲多的電力線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)可靠和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信并不是一件容易的事。如何選擇調(diào)制方式、采用何種系統(tǒng)構(gòu)架、采用何種通信協(xié)議、通信方式，應(yīng)建立在對(duì)低壓電力線(xiàn)信道特性了解的基礎(chǔ)之上。這方面的研究以及相關(guān)論文，目前國(guó)內(nèi)還較少?？偟膩?lái)說(shuō)。信道傳輸干擾是很復(fù)雜的。</p><p><b>　　3.1.1時(shí)變性</

50、b></p><p>　　在路燈供電過(guò)程中，我國(guó)采用的是220V交流兩線(xiàn)供電。電力網(wǎng)上的各種用電設(shè)備的斷切換，在信道上會(huì)表現(xiàn)出時(shí)變性，能引起信號(hào)的相位、幅值發(fā)生很大變化。而且在傳輸過(guò)程中信號(hào)是衰減的，很容易導(dǎo)致失真。</p><p><b>　　3.1.2衰減特性</b></p><p>　　電力網(wǎng)上的各種負(fù)載變化的不確定和信號(hào)傳輸中的衰

51、減，是通信過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題。在電力載波技術(shù)中，衰減對(duì)信號(hào)的影響最大。因?yàn)殡娏€(xiàn)的非均勻分布，各種性質(zhì)的設(shè)備隨機(jī)的接入，因此信號(hào)在電力線(xiàn)上的傳輸必然存在著信號(hào)衰減。顯然這種衰減與通信距離、信號(hào)頻率等密切相關(guān)?？偟膩?lái)說(shuō)傳輸距離越遠(yuǎn)，衰減越厲害。</p><p>　　因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候必須要考慮到這兩個(gè)因素，折中讓系統(tǒng)的總體性能達(dá)到最好的狀態(tài)。 </p><p>　　3.1.3 電力線(xiàn)干擾

52、</p><p>　　在利用電力載波技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，考慮的另一個(gè)干擾是電力線(xiàn)本身干擾。電力線(xiàn)上的干擾可分為非人為干擾和人為干擾[9]。</p><p>　　非人為干擾指的是自然現(xiàn)象所引起的干擾,如打雷閃電。這個(gè)很容易在電力線(xiàn)上引起脈沖干擾?？梢赃x擇合適的路燈工作頻率來(lái)減少或者避免這類(lèi)干擾</p><p>　　人為干擾則是由連接在電力線(xiàn)上設(shè)備本身。如路燈、KQ-1

53、30模塊、功率變換單元等。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),電力線(xiàn)上的的干擾不是可知性高斯白噪聲一種。信號(hào)傳錯(cuò)了線(xiàn)、信號(hào)強(qiáng)度不夠、電力線(xiàn)污染等都可以造成干擾，這些都可以等效為熱噪聲。 </p><p><b>　　3.1.4多徑干擾</b></p><p>　　多徑效應(yīng)(MultiPath)[10]會(huì)多徑會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的衰落和相移，其中多徑

54、指電信號(hào)從發(fā)射端到達(dá)接收端可以有很多經(jīng)過(guò)途徑。如圖所示的電力線(xiàn)通信結(jié)構(gòu)模型中，發(fā)射信號(hào)和接受信號(hào)之間有兩條通路。由于信號(hào)通過(guò)的這些通路所用的時(shí)間不同，從而會(huì)引起相應(yīng)的相位的變化，這些不同路徑的延遲信號(hào)在接收機(jī)端疊加產(chǎn)生的失真的信號(hào)，即為多徑干擾。</p><p>　　圖3-2 多徑干擾</p><p>　　3.2 電力線(xiàn)通信信道模型</p><p>　　通過(guò)以上

55、對(duì)電力線(xiàn)信道特性和噪聲干擾的分析[10]。我們可以看出建立一個(gè)精確的、實(shí)用的模型是不可能的。并且實(shí)用價(jià)值和替換性并不大、可靠性不高、普及率不大，我們要具體問(wèn)題具體分析。我們應(yīng)該很明確的知道每個(gè)模型都有自己的使用場(chǎng)合，當(dāng)然所遇到的主要噪聲和實(shí)現(xiàn)的主要功能不同模型的側(cè)重點(diǎn)也不相同。但是我們可以建立一個(gè)基本特性的近似模型，通過(guò)對(duì)近似模型的分析和研究，我們可以在此基礎(chǔ)上更深入的了解和分析我們所需要的部分。下面我們利用自控原理知識(shí)建立信道傳遞函數(shù)

56、模型。</p><p>　　3.2.1低壓電力線(xiàn)信道近似模型 </p><p>　　研究的低壓電力線(xiàn)近似模型[10]如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 電力線(xiàn)信道簡(jiǎn)化模型</p><p>　　在目前較為成熟的自動(dòng)抄表技術(shù)中較普遍地存在盲區(qū)問(wèn)題[17]。在用電高峰期，各種用電設(shè)備的不斷切入，斷開(kāi)，對(duì)電力線(xiàn)的干擾不斷，容易出現(xiàn)信號(hào)丟

57、失現(xiàn)象。</p><p>　　在電力載波技術(shù)中，我們也面對(duì)著一些實(shí)際問(wèn)題需要解決，如：</p><p>　　1.解決電力線(xiàn)上的設(shè)備對(duì)安裝地點(diǎn)的敏感性問(wèn)題，保持合適的傳輸速率并解決圖像馬賽克問(wèn)題。</p><p>　　2.對(duì)于這類(lèi)載波設(shè)施的可靠性和有效性檢驗(yàn)，一定要考慮在加入線(xiàn)路高斯白噪聲的環(huán)境下，即在一定的信噪比下進(jìn)行傳輸性能的測(cè)試，有助于提高其實(shí)用價(jià)值和安全性。&

58、lt;/p><p>　　3.制定相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　第四章 照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)上面對(duì)通信知識(shí)，電力載波知識(shí)的了解，并對(duì)KQ-130模塊的FSK調(diào)制技術(shù)的掌握，而且我們也對(duì)PLC信道進(jìn)行了分析和建模，有了這些知識(shí)儲(chǔ)備，相信我們?cè)诮酉聛?lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得心應(yīng)手。</p><p>　　本系統(tǒng)采用電力載波通信技術(shù)，

59、以電力傳輸線(xiàn)作為媒介[3]。完成主控站，總控站，和從控站之間的信息交換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈開(kāi)關(guān)時(shí)間設(shè)定、開(kāi)啟比例設(shè)定、路燈壞損查詢(xún)，路燈電壓調(diào)整等相關(guān)操作。改變傳統(tǒng)的控制方式，實(shí)現(xiàn)了城市路燈的遠(yuǎn)程集中管理，提高了城市智慧水平，對(duì)人力、物力資源得到很大節(jié)約，具有很好的發(fā)展前景。 通過(guò)我們對(duì)電力載波技術(shù)的了解，利用現(xiàn)有布線(xiàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，可以減少投資和成本。目前，我國(guó)的路燈都是用220V電壓提供的，這樣就有了一個(gè)可靠的信道。</p>

60、<p>　　4.1照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　為了達(dá)到高可靠性和節(jié)約電能的目的，并結(jié)合現(xiàn)有的電力載波技術(shù)和手頭的電子元器件，設(shè)計(jì)出的基于電力線(xiàn)載波通信技術(shù)的智能化路燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　從結(jié)構(gòu)上看，系統(tǒng)由總控站（城市路燈的總控制中心/總樞紐，如：天津市路燈管理所）、主控站（城市各個(gè)行政區(qū)的控制中心，如：西青區(qū)路燈管理所）和從控站（各個(gè)行政區(qū)

61、內(nèi)的各條街道或者各個(gè)居住小區(qū)，如：天津工業(yè)大學(xué)路燈管理辦公室）三部分組成[9]?？偪驁D見(jiàn)4-1圖：</p><p>　　圖4-1 照明系統(tǒng)綜框圖</p><p><b>　　其各自構(gòu)成如下：</b></p><p>　　總控站（城市路燈的總控制中心/總樞紐）</p><p>　　在本論文設(shè)計(jì)中，總控站是由主控單片機(jī)上的L

62、ED顯示燈和數(shù)碼管來(lái)模擬的，一旦接收到壞燈信息，數(shù)碼管立刻將其壞燈編號(hào)顯示出來(lái)，LED顯示燈將全排顯示，以提醒工作人員進(jìn)行檢修?？偪卣景l(fā)出開(kāi)關(guān)燈指令，利用電力載波技術(shù)到達(dá)各個(gè)從控站，從而實(shí)現(xiàn)路燈控制。并采集路燈的工作狀況。</p><p>　　2) 主控站（城市各個(gè)行政區(qū)的控制中心）</p><p>　　主控站內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。 </p><p>　　圖4-2

63、 主控機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　下面是信源編碼的組成：</p><p>　　一個(gè)最基本的通信數(shù)據(jù)包由8字節(jié)數(shù)據(jù)組成：</p><p>　　第一、二字節(jié)是主控站標(biāo)識(shí)（可以是事先編寫(xiě)好的IP地址）；</p><p><b>　　第三字節(jié)是命令；</b></p><p>　　第四、五字節(jié)是分配給從

64、站的地址（IP地址或者虛擬IP地址）；</p><p>　　第六至第八字節(jié)為傳送的有效數(shù)據(jù)。</p><p>　　主控站分析的內(nèi)容：一是識(shí)別主機(jī)是否是自己的上級(jí)，二是識(shí)別從機(jī)地址是否有自己的地址。只有在全部確認(rèn)無(wú)誤后，從控站才執(zhí)行相應(yīng)的命令和操作。我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)通信，可以附加校驗(yàn)碼，最常用的循環(huán)檢驗(yàn)碼。在圖4-2中的架構(gòu)圖中，表示出了它要實(shí)現(xiàn)的什么功能。本論文設(shè)計(jì)中，利用主單片

65、機(jī)來(lái)控制路燈的“亮”“滅”狀態(tài)，一旦主單片機(jī)發(fā)出開(kāi)燈信號(hào)，從單片機(jī)上LED燈將會(huì)顯示出狀態(tài)。 </p><p>　　3)從控站（各個(gè)行政區(qū)內(nèi)的幾條街道或者幾個(gè)居住小區(qū)）</p><p>　　從控站的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖4-3所示，每個(gè)從控站可控制三組路燈（每組可表示一條街道或者一個(gè)居住小區(qū)內(nèi)的路燈，也可以分為很多組，這里為了方便表示只畫(huà)了三組）。它接收來(lái)自主

66、控站發(fā)送的信號(hào)，信道是電力線(xiàn)，根據(jù)信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。另外，從控站可以對(duì)當(dāng)前的天色做出判斷，并根據(jù)事先調(diào)試的時(shí)間進(jìn)行采樣處理，以便在合適的時(shí)間對(duì)路燈的供電電壓做出合適的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)其節(jié)能的目的。用從單片機(jī)來(lái)模擬從控站，從控制器控制路燈，并對(duì)路燈進(jìn)行檢驗(yàn)，一旦路燈工作不正常，將此狀態(tài)發(fā)送給主單片機(jī)[8]。</p><p>　　圖4-3 從控機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　當(dāng)然，在上述通訊實(shí)現(xiàn)

67、的過(guò)程，難免會(huì)發(fā)生信息傳輸延遲、信息亂碼的情況[12]。我們遇到時(shí)，結(jié)合課題要求，做出合適的抗干擾和檢驗(yàn)措施的選擇。</p><p>　　4.2載波通信模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通訊的可靠性和有效性是很重要。如果將總控站、主控站和從控站看做系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)之間的通信是通過(guò)載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)的[10]。</p><p>　　為了方便分析和理解，本論

68、文采取簡(jiǎn)化法，即通過(guò)電力載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)單個(gè)路燈的智能化控制，其余問(wèn)題只是采取類(lèi)似的方法進(jìn)行組裝而已，這樣也方便我們更好的學(xué)習(xí)和理解。</p><p>　　4.2.1 電力線(xiàn)載波通信芯片的選擇</p><p>　　我國(guó)的電力載波芯片沒(méi)有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)替換性較差，在實(shí)際應(yīng)用中這是必須要考慮的。本論文采用的是四川科強(qiáng)電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的KQ—130電力載波數(shù)據(jù)收發(fā)模塊[7]。</p>

69、<p>　　由于KQ-130里面集成了KQ-330，所以要想徹底了解到其相關(guān)知識(shí)和滿(mǎn)足我們開(kāi)發(fā)應(yīng)用的能力。我們需要對(duì)KQ-330有個(gè)徹底的了解，KQ-130只是在KQ-330的基礎(chǔ)上增加了一些外圍電路[6]。</p><p>　　KQ-330系列性能：</p><p>　　1.工作頻率120～135KHZ，接口波特率9600bps。實(shí)際波特率100bps，250個(gè)字節(jié)緩存器。

70、</p><p>　　2.溫度范圍：-25℃～+70℃ 濕度≤95%。</p><p>　　3.供電電源：DC +5V Imax≤20mA接收時(shí)≤12mA。</p><p>　　KQ-330引腳說(shuō)明：正面從左至右為1～11腳：</p><p>　　1P—IRX，載波信號(hào)的輸入端；</p><p>　　2P—A

71、GND，輸入輸出模擬電路共地端口；</p><p>　　3P—VAD，模擬電路電源與AGND之間并聯(lián)一只470uF電容；</p><p>　　4P—VCC，+5V的供電電壓；</p><p>　　5P—DGND，輸入輸出數(shù)字電路共地端口；</p><p>　　6P—RX，調(diào)制數(shù)據(jù)的輸入端，接單片機(jī)的TXD端口；</p>

72、<p>　　7P—GL，零點(diǎn)檢測(cè)輸入端口，接光耦的集電極端；</p><p>　　8P—T1，載波頻率輸出端口；</p><p>　　9P—TX，調(diào)制數(shù)據(jù)輸出端，接單片機(jī)的RXD端口；</p><p>　　10P—MODE,載波數(shù)據(jù)模式控制端口；</p><p><b>　　11P—NC。</b>&l

73、t;/p><p>　　4.2.2 KQ-130F電力載波數(shù)據(jù)收發(fā)模塊介紹</p><p>　　具有FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的KQ-330模塊已集成在KQ-130內(nèi)部。KQ-330的外圍</p><p>　　電路如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 KQ-130模塊內(nèi)部組成</p><p>　　載波信號(hào)功率放大電路[

74、6]如圖4-5所示：如4-5圖所示： KQ-330模塊被使能后，載波信號(hào)由T1端輸出。經(jīng)過(guò)三極管功率放大后，輸出到TI端和耦合電路上。</p><p>　　二極管D6主要是將輸入端的電壓鉗制在一個(gè)合適的值內(nèi)，從而使輸出端更加穩(wěn)定，降低失真。這樣可以有效的減少發(fā)射的功率損耗，延長(zhǎng)使用壽命。如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5 載波信號(hào)功率放大電路</p><p

75、>　　濾波接收電路[6]如4-6圖所示，R3在接受發(fā)射信號(hào)時(shí)可以有效抵抗衰減；電感L2、電容C5組成并聯(lián)諧振回路，經(jīng)典濾波是根據(jù)傅立葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。結(jié)合數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿(mǎn)足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成?，F(xiàn)代濾波技術(shù)主要有卡曼濾波、非線(xiàn)性濾波、維納濾波等。</p><p>　　在本電路中，諧振以中心頻率為120KHz設(shè)計(jì)，為了和KQ-330模塊的工作頻率（120～13

76、5KHZ）相對(duì)應(yīng)，電容和電感完成對(duì)有效信號(hào)的帶通濾波；由電感、電阻、電容組成的選頻回路可以有效提高載波接收靈敏度。根據(jù)并聯(lián)諧振公式：</p><p>　　(4-1) </p><p>　　以f=120KHz，選擇電容為C5=4700P，可以選擇合適的電感值，L2=220

77、uH。</p><p>　　二極管D9、D10的作用是將接收信號(hào)的電位鉗制在±0.7V，IRX被內(nèi)部上拉后平移到2.5V±0.7V，以利于后續(xù)處理。</p><p>　　圖4-6 濾波接收電路</p><p>　　零點(diǎn)檢測(cè)電路[14]：零點(diǎn)檢測(cè)也叫過(guò)零檢測(cè)。如圖4-7所示，主要任務(wù)是：1.是完成對(duì)電路的斷點(diǎn)檢測(cè)；2.是通過(guò)光電耦合來(lái)判斷電路中有

78、沒(méi)有電壓。</p><p>　　KQ-330EF的GL端口是專(zhuān)用來(lái)零點(diǎn)檢測(cè)的。接在光電耦合的集電極上，產(chǎn)生一個(gè)上升沿或下降沿，與其他電路進(jìn)行同步。相當(dāng)于數(shù)字芯片里面的使能端。如圖4-7所示：</p><p>　　圖4-7 零點(diǎn)檢測(cè)電路</p><p>　　載波耦合電路[11]：該電路的功能有兩個(gè)，一個(gè)是將經(jīng)過(guò)發(fā)送電路功率放大后的信號(hào)耦合到電力線(xiàn)上；另一個(gè)是從電力線(xiàn)上

79、獲取有效地載波信號(hào)。如圖4-8所示：</p><p>　　圖4-8 載波耦合電路電路</p><p>　　通過(guò)對(duì)以上KQ-330模塊的外圍電路分析，集成后的KQ-130電力載波模塊的電路圖如4-9所示：</p><p>　　圖4-9 KQ-130模塊電路圖</p><p>　　KQ-130引腳[7]說(shuō)明：正面從左至右為1-9腳：</p

80、><p>　　圖4-10 KQ-130模塊引腳圖</p><p>　　1P—AC：220V交流電壓的火線(xiàn)（或零線(xiàn)）；</p><p>　　2P—AC：220V交流電壓的零線(xiàn)（或火線(xiàn)）；</p><p>　　1P和2P那個(gè)是火線(xiàn)，那個(gè)是零線(xiàn)沒(méi)有嚴(yán)格分明，以免在接入不正確的情況下引發(fā)不必要的危險(xiǎn)。</p><p>　　3P

81、—+5V：+5V發(fā)送電壓通過(guò)內(nèi)部調(diào)制可以提供260mA的工作電流，如果單獨(dú)收傳送的數(shù)據(jù)時(shí)，可以懸空來(lái)降低功耗和延長(zhǎng)模塊的使用壽命；</p><p>　　4P—GND：輸入輸出數(shù)字電路的接地端；</p><p>　　5P—+5V：+5V的工作電源，內(nèi)部調(diào)制可以提供11mA的工作電流；</p><p>　　6P—RX：TTL電平信號(hào)，載波數(shù)據(jù)輸入端，接單片機(jī)的TXD端；

82、</p><p>　　7P—TX：TTL電平信號(hào)，載波數(shù)據(jù)輸出端，接單片機(jī)的RXD端，高阻輸入不能懸空；</p><p>　　6P和7P主要完成單片機(jī)和電力載波模塊的數(shù)據(jù)通信。</p><p>　　8P—MODE：懸空或接5V高電平是默認(rèn)模式，接地為低電平可以設(shè)置自己需要的模式；</p><p>　　9P—NC/RST ：復(fù)位腳。毋需此功能，

83、引腳應(yīng)懸空。</p><p>　　4.3 路燈的智能化實(shí)現(xiàn)</p><p>　　傳統(tǒng)的路燈控制采用開(kāi)關(guān)控制，人工送電人工關(guān)電。能源浪費(fèi)嚴(yán)重、管理手段單一（開(kāi)燈早或開(kāi)燈晚、關(guān)燈早或關(guān)燈晚）、信息化水平低下、缺乏故障主動(dòng)報(bào)警機(jī)制、故障燈難以發(fā)現(xiàn)等一系列問(wèn)題。</p><p>　　因此在不影響人車(chē)行進(jìn)的情況下，為了改變傳統(tǒng)的路燈控制方式可將路燈的照明亮度適度調(diào)低。隨著電

84、力載波通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)現(xiàn)有的電力線(xiàn)可實(shí)現(xiàn)路燈的智能控制，達(dá)到節(jié)約能源的目的。</p><p>　　在電力載波技術(shù)中，噪聲背景中的信號(hào)檢測(cè)與信號(hào)參數(shù)或者波形估計(jì)對(duì)于系統(tǒng)的安全性，穩(wěn)定性，可靠性具有重要意義，檢測(cè)問(wèn)題的一般模型如圖4-11所示：</p><p>　　圖4-11 檢測(cè)問(wèn)題的一般模型</p><p>　　為了消除背景噪聲以及外來(lái)干擾的影響，本論文中采

85、用三階微分電路來(lái)檢測(cè)電流，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分析，效果明顯。</p><p>　　下面對(duì)路燈電路及電流檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一個(gè)的簡(jiǎn)單分析：SW1用來(lái)簡(jiǎn)單的演示電路的通斷，方便演示電流的有無(wú)從而達(dá)到檢測(cè)的目的。圖4-11所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1閉合時(shí)，P20端口高電平時(shí)路燈亮，為低電平時(shí)路燈滅。當(dāng)SW1斷開(kāi)，其通過(guò)三階電流檢測(cè)電路，單片機(jī)將在P21端口檢測(cè)到低電平，單片機(jī)將處理結(jié)果通過(guò)電力載波送往主控機(jī)來(lái)顯示路燈的狀況。<

86、/p><p>　　智能路燈搭建如圖及原理：圖4-12和圖4-13所示：</p><p>　　圖4-12 智能控制路燈實(shí)現(xiàn)方框圖</p><p>　　圖4-13電流檢測(cè)電路</p><p>　　路燈的智能控制是由功率變換單元和可變電抗變換器通過(guò)調(diào)整路燈的供電電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。通過(guò)路燈自檢將自己的狀態(tài)發(fā)給主單片機(jī)然后主單片機(jī)上顯示出來(lái)。在此論文設(shè)計(jì)中，

87、應(yīng)用從單片機(jī)上的按鍵和從機(jī)程序配合使用，來(lái)模擬路燈的壞燈情況的。</p><p>　　4.3.1節(jié)電效能分析</p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)功率為105w的路燈負(fù)載進(jìn)行功率損耗實(shí)驗(yàn)，得到不同電壓值下的6h內(nèi)消耗的功率如圖4-13所示：</p><p>　　實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)路燈電壓為210V時(shí)，耗電量為0.575，當(dāng)路燈電壓為230V時(shí)，耗電量為0.70。在子夜不影響交通道上

88、的行人和車(chē)輛正常行進(jìn)的情況下，我們可以調(diào)整路燈的輸入電壓可以達(dá)到節(jié)省電能的目的。</p><p>　　若將電壓調(diào)至175V-185V之間，此時(shí)路燈的耗電量為0.39。在凌晨1-5點(diǎn)之間路上行人和車(chē)輛較少，在不影響行人和車(chē)輛行駛的前提下，適當(dāng)?shù)慕档吐窡舻妮斎腚妷海瑩?jù)上面的路燈功率損耗實(shí)驗(yàn)分析可以節(jié)省近38%的電能。</p><p>　　圖4-14 路燈負(fù)載功率損耗實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p>

89、;<p>　　如果從路燈開(kāi)始供電到早上熄滅這段時(shí)間內(nèi)，綜合節(jié)電率在30%以上（都是以220V電壓以及在此電壓下消耗的電能為標(biāo)準(zhǔn)比較的）。</p><p>　　4.4 基于電力載波技術(shù)的智能化路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和電路圖</p><p>　　結(jié)構(gòu)圖分析：主AT89S52單片機(jī)完成對(duì)路燈的控制、調(diào)壓指令的發(fā)出和路燈狀態(tài)的顯示，從AT89S52主要完成路燈的狀態(tài)的檢測(cè)，調(diào)壓指令的執(zhí)行

90、，并將路燈的狀態(tài)發(fā)送到主AT89S52單片機(jī)。</p><p>　　圖4-15 基于電力載波技術(shù)的智能化路燈控制總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖4-16 基于電力載波技術(shù)的智能化路燈控制的電路圖</p><p>　　4.5 硬件調(diào)試問(wèn)題及其解決</p><p>　　1.元器件失效：我們?cè)谟布{(diào)試過(guò)程中，就遇到了電容失效的情況，通過(guò)我

91、們應(yīng)用以前學(xué)過(guò)的元器件知識(shí)再結(jié)合實(shí)際中遇到的問(wèn)題。所以在安裝之前一定要檢驗(yàn)元器件，并和設(shè)計(jì)要求的型號(hào)，規(guī)格，進(jìn)行比對(duì)。安裝之后不要急于安裝下一元件，結(jié)合相應(yīng)知識(shí)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)試。</p><p>　　2.電源故障：通電之前一定要檢查電源電壓的幅值與所接電源的正負(fù)極性。不然很容易造成集成模塊和芯片因一點(diǎn)小失誤所造成的損壞。在測(cè)試中首先要解決電源問(wèn)題，看是不是正常供電、電壓是不是穩(wěn)定等。</p><p

92、>　　3.電路仿真：在電路仿真時(shí)我們都得到的是理想效果，但在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)有各種各樣的干擾和噪聲，還附加各樣的人為因素，實(shí)際的硬件調(diào)試可能與理想效果偏差很大，這時(shí)需要我們冷靜的去思考，借助物理示波器，萬(wàn)用表等工具進(jìn)行檢修等。</p><p>　　4.硬件調(diào)試：在調(diào)試過(guò)程中，遇到單個(gè)路燈再無(wú)主機(jī)發(fā)送命令是，它會(huì)自動(dòng)無(wú)周期閃爍，我對(duì)單片機(jī)，以及電力載波模塊都做了測(cè)試，完好無(wú)缺。最后利用示波器觀察單燈閃爍的波形，

93、一起和同學(xué)討論，反復(fù)測(cè)試下，是由于電力載波模塊的220V電壓干擾的原因。</p><p>　　當(dāng)只有從機(jī)模塊時(shí)，單片機(jī)的單燈還會(huì)繼續(xù)無(wú)規(guī)則的閃爍，經(jīng)我和同學(xué)的反復(fù)論證，得出是由于電力載波模塊靜電的影響造成的。或者將兩個(gè)載波模塊兌換。</p><p>　　5.在硬件調(diào)試過(guò)程中的干擾策略：我在調(diào)制過(guò)程中遇到了失控，接受發(fā)送亂碼的情況，致使最終效果不佳?？梢試L試加入帶通濾波器或者卡曼濾波解決，如

94、果上述無(wú)法實(shí)現(xiàn)，可以在每個(gè)引腳加入電容，達(dá)到抗干擾措施。</p><p>　　照明控制系統(tǒng)通信協(xié)議軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　第五章 電力載波通信協(xié)議與軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件編程是和上面的硬件電路圖相結(jié)合的。在進(jìn)行編程時(shí)，首先要明確通訊協(xié)議，通訊方式，以及如何實(shí)現(xiàn)通訊，這些都在上面的敘述中有詳細(xì)介紹。本章主要進(jìn)行軟件編寫(xiě)，流程圖編寫(xiě)，以及必要的主

95、函數(shù)說(shuō)明。</p><p>　　5.1 KQ-130與單片機(jī)的通訊</p><p>　　KQ-130系列模塊與單片機(jī)[1]、微機(jī)的接口都是一樣的，通訊方式也相同，與單片機(jī)/微機(jī)的串行接口速率都是9600BPS,一個(gè)起始位，八個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位。相同的透明工作模式或自定義工作模式。在四川科強(qiáng)公司官網(wǎng)具有KQ-130的技術(shù)參數(shù)可以用來(lái)參考。</p><p>　　5.

96、2 軟件流程圖的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)路燈智能化控制中是必不可少的，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行很重要。在本論文設(shè)計(jì)中采用Keil軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編程[2]，程序編程是從從程序流程圖、編寫(xiě)程序代碼、程序測(cè)試，最后下載到硬件中一步一步來(lái)完成的。</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是從軟件需求出發(fā)，根據(jù)需求確定的程序的功能，到最后的程序流程圖，程序代碼，模塊設(shè)計(jì)，以及所涉及到的算

97、法做一個(gè)詳細(xì)的編寫(xiě)。同時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)思想和養(yǎng)成添加注釋的習(xí)慣，有助于我們調(diào)試程序，檢查錯(cuò)誤，也有助與其它學(xué)者的參考。</p><p>　　主機(jī)主要完成對(duì)路燈亮、滅進(jìn)行控制，如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 主機(jī)程序流程圖</p><p>　　下面一端是主機(jī)發(fā)送的程序段：init()函數(shù)主要完成串口進(jìn)行初始化，定時(shí)器的工作方式的設(shè)定以及中斷服務(wù)等。d

98、elay()完成延時(shí)任務(wù)；Send()為發(fā)送函數(shù)； Receive()為接收函數(shù)；RE() interrupt 4 為中斷操作。K1 是控制路燈“亮”狀態(tài)，當(dāng)K1有效時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)0x01；K2是控制路燈的“滅”狀態(tài)，當(dāng)K2有效時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)0x02； b為從機(jī)發(fā)來(lái)的路燈的狀態(tài)顯示端口，并在數(shù)碼管上將壞燈顯示出來(lái)。其余程序說(shuō)明均在注釋中有詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　//======================

99、主機(jī)發(fā)送程序==========================</p><p>　　void init() </p><p>　　{ TMOD=0x20; //定時(shí)器1 </p><p>　　TH1=0xFD; </p><p>　　TL1=0xFD; //定時(shí)器1的baud rate 96

100、00bit/s </p><p>　　TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器1</p><p>　　REN=1; //允許接收</p><p>　　SM0=0; </p><p>　　SM1=1; //SMO和SM1完成對(duì)串口工作方式的選擇，串口方式1 </p>&

101、lt;p>　　TI=0; //串口發(fā)送中斷標(biāo)志位，當(dāng)為0時(shí)，無(wú)中斷</p><p>　　EA=1; //CPU相應(yīng)的中斷容許</p><p>　　ES=1; //中斷容許位或者屏蔽位選擇 </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void d

102、elay(int z) //延時(shí)函數(shù)</p><p>　　{ int x,y;</p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=125;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Se

103、nd(unsigned char dat) // 發(fā)送函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ES=0;</b></p><p>　　SBUF=dat; //將待發(fā)數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送緩沖器</p><p>　　while(TI==0)

104、 //若發(fā)送中斷沒(méi)有置1（正在發(fā)送），就等待</p><p>　　; //空操作</p><p>　　TI=0; //用軟件將TI清零</p><p><b>　　ES=1;</b></p><p><b>　　}</b></p>

105、<p>　　unsigned char Receive(void) //接收函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char dat;</p><p>　　while(RI==0) //只要接收中斷標(biāo)志位RI沒(méi)有被置1</p><p>　　; //

106、等待，直至接收完畢（RI=1）</p><p>　　RI=0; //為了接收下一幀數(shù)據(jù)，需將RI清0</p><p>　　dat=SBUF; //將接收緩沖器中的數(shù)據(jù)存于dat</p><p>　　return dat;</p><p><b>　　}</b></p><p>

107、　　void main() // 主函數(shù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　init(); // 函數(shù)調(diào)用</p><p><b>　　while(1) </b></p><p>　　

108、{ if (K1 == 0)</p><p>　　{ Send(0x01)；delay(20);} // 當(dāng)收到數(shù)據(jù)0x01時(shí)， 開(kāi)燈</p><p>　　if (K2 == 0) </p><p>　　{ Send(0x02); delay(20);} //當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)0x02時(shí)，關(guān)燈</p><p>　　if ( R==0

109、x03) </p><p>　　{ P2=0x00; P1 = 0xf9; delay(20); }//當(dāng)收到數(shù)據(jù)0x03時(shí)，P2口的燈顯示狀態(tài)，P1口的數(shù)碼管顯示故障燈號(hào)碼 </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>

110、;　　void RE() interrupt 4 // 中斷操作</p><p>　　{R = SBUF; RI=0;</p><p><b>　　} </b></p><p>　　從機(jī)主要完成對(duì)路燈的“亮”“滅”顯示，如圖5-2所示，下面一段是從機(jī)的接受程序段：init()初始化串口；delay()完成延時(shí)任務(wù)；

111、Send()為發(fā)送函數(shù)； Receive()為接收函數(shù)；RE() interrupt 4 為中斷操作，上述五個(gè)函數(shù)都和發(fā)送機(jī)的函數(shù)段一樣，這里不做特殊說(shuō)明。在調(diào)試中，P2^4（a）用來(lái)模擬路燈的好壞，當(dāng)a端口為高電平時(shí)路燈正常，為低電平時(shí)路燈壞了，并發(fā)送數(shù)據(jù)0x03到主機(jī)，與端口b相對(duì)應(yīng)起來(lái)。路燈接在P2^0（p）端口，當(dāng)端口為低電平時(shí)，路燈亮；當(dāng)端口為高點(diǎn)平時(shí)，路燈滅。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)0x01時(shí)，將p端口置為低電平，路燈亮；當(dāng)接收到數(shù)據(jù)0

112、x02時(shí)，將p端口置為高電平，路燈滅。其余程序說(shuō)明均在注釋中有詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　//======================從機(jī)接收主函數(shù)程序段==========================</p><p>　　void main()</p><p>　　{ init(); //初始化串口中的函數(shù)調(diào)用 </p><

113、;p><b>　　while(1) </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if (R == 0x01) p = 0; // 當(dāng)收到數(shù)據(jù)0x01時(shí)，開(kāi)燈 </p><p>　　if (R == 0x02) p = 1; // 當(dāng)收到數(shù)據(jù)0x02時(shí)，關(guān)燈 &

114、lt;/p><p>　　if( (a==0 )&&(p=0))</p><p>　　Send(0x03);</p><p>　　delay(20);//當(dāng)路燈處于工作狀態(tài)發(fā)生故障時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)0x03</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} &