基于低压电力线通信的远程监控系统

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1、华中科技大学硕士学位论文4、在上述硬件平台的基础上，实现了基于FSK的调制解调算法。5、基于LPC2378和uC/OS-II实时操作系统，构建了嵌入式WebServer，从而实现了一个基于电力线通信的远程监控系统。全文的章节安排如下：第1章简要介绍了低压电力线载波通信研究的意义，国内外研究现状及应用前景，同时，简要叙述了本论文的主要研究工作和全文的章节安排。第2章基于实际测量数据，从输入阻抗、强噪声和衰减特性三个方面研究了低压电力线信道的基本特点，并提出了克服恶劣信道特性的一些方法。在对电力线信道特性进行分析的基础上，介绍了低压电力线载

2、波通信的基本理论，包括窄带通信技术、扩频通信原理和OFDM技术。第3章基于通用芯片ARM和DSP，设计了窄带电力线通信硬件平台，并对主要电路性能进行了数值仿真和实际测试。第4章在第四章所述平台的基础上，实现了基于FSK的窄带电力线通信；并利用LPC2378的以太网接口，设计了嵌入式WebServer，从而构建了一个基于窄带电力线通信的远程监控系统。第5章为全文的总结，总结了作者完成的主要工作及提出了有待进一步研究的问题。5华中科技大学硕士学位论文2低压电力线通信信道特性及基本原理2.1引言由绪论可知，使用低压电力线作为通信信道的需求日益

3、突出。由于低压电力线上符合的多样性和时变性，以及复杂的网络结构，低压电力线载波通信信道表现出低阻抗、高噪声、信号衰减大和时变性等特点。因此，对于这样的信道，要保证通信可靠性和提高通信速率，必须选择合适的专用通信系统。而为了选择合适的信号调制、编码、传输和解调方法，就需要对信道特性有比较详细的了解并加以利用，因此，进行信道测量，建立低压电力线通信信道模型变得尤为重要。2.2低压配电网阻抗特性分析低压配电网的网络拓扑结构和特性阻抗是影响低压电力线载波通信性能的一个重要因素。由于低压配电网直接面向用户，网络的拓扑结构非常复杂，又由于线路特征阻

4、抗不匹配，因此信号在通信网络中的反射现象是普遍存在的。在低压配电网载波通信中，当信号传输到具有不同于传输线特性阻抗的负载处和具有不同特性阻抗的传输线连接处时，信号将产生反射和折射。它们的存在会引起信号的衰减和相位的变化，给接收端信号的正确检测带来困难。此外，电力线的输入阻抗的时变性是影响信号加载效率的重要因素。因此，对电压配电网的阻抗特性进行研究并加以应用，具有重要的意义。低压电力线的阻抗主要涉及三方面，一是低压电力线的输入阻抗，二是低压电力线的特性阻抗，三是低压配电网的负载阻抗。输入阻抗是指信号发送装置和信号接收装置驱动点上电力网的阻

5、抗，它直接影响了信号耦合的效率，是低压电力线传输特性的重要参数。电力线特性阻抗即一般意义上的传输线的特性阻抗，它是影响信号反射、折射的重要参数。负载阻抗对信号的反射也有重要的影响。2.2.1电压电力线输入阻抗特性的研究概况[12]早在1973年，J.R.Nicholson和J.A.Malack就发表了他们在20kHz到30kHz范6华中科技大学硕士学位论文围的25个离散频率下，对美国36个未滤波的115V，一相；220V，一相；208V，三相的交流供电系统进行阻抗测量的结果，并与一个典型的5μH阻抗平衡网络进行了对照，结果表明商业电源阻

6、抗随频率升高有上升的趋势（平均从2Ω到100Ω左右变化）。在150kHz到35kHz频率范围内，一个5μH的阻抗平衡网络可以很好地描述商业电力线阻抗的平均值。[13]1976年J.A.Malack和J.R.Engstrom发表了在相同的频率范围内，对6个欧洲国家的86个低压配电网所进行的阻抗测量结果，表明欧洲各国之间商业电源的阻抗值[12]变化不是很大，并且在20KHz到30MHz频段上，与文中的结果相似，而在300KHz到30MHz的频段上，则两者完全一致。[14]1985年，R.M.Vines等人进行了在5~20KHz频率下的低压电

7、力线的阻抗测量，并针对决定低压配变电线路和电气符合分别进行了阻抗测量，得出了如下的结论：配变电二次侧阻抗类似一个RL电路阻抗，阻抗值随频率升高而增加，并有较大的相角移动；在低压配电网上发生的谐振（并联时为低频、串联时为高频）一般在40KHz以上，这使得配电网的阻抗在高频时比低频时更加不可测，这样的谐振常常是由容性负载引起的；连接房屋和配变电的线路对阻抗的影响一般比较小，但如果配变电没有扭绞在一起，可能会有比较大的影响；在各种负荷中，电阻性供热负荷在低频时会引起较大的阻抗变化，期效果是在电路回路中并入电阻和电感，感应电机负载不会改变千赫兹

8、级频率下的阻抗，这是因为负载本身的电抗很大。所有研究表明低压配电网的输入阻抗随频率的升高而呈上升趋势，在100KHz以下的阻抗值一般很低，单个住户的阻抗在9~95KHz频率下已经低到2Ω，这就要求信号发射装