1、河南科技大学本科毕业设计（论文）I毕业设计论文数字信号在电源供电线路上的载波传输电路设计摘要电力线路本身是用来传输电能的，因而在现代社会里它随处可见，是一笔巨大的财富。随着通信技术的不断发展，电力线通信技术日益引起人们的关注。电力线载波通信(PowerLine carrier communition)技术是将电力线作为通信媒介的一种通信方式。该方法可避免新的通信网络建设和投资，因而具有很大的方便性、免维护性和即插即用等特点，因而电力线通信的应用越来越广泛。电力线用于信息传输的不利因素是线路阻抗小、信号衰减大、时变性大和噪声影响大。故在系统开发中软件设计、器件的选择及电力线接口的设计是关键。本文
2、主要介绍一个电力线载波芯片 ST7536 和一个可下载程序的 STC12C5A60S2 单片机构成的 FSK 低压电力线载波通信系统的硬件电路设计方案。本文着重论证了系统及各个单元电路的实现方案，研究了以 ST7536 单片机为核心的核心系统设计，包括复位、晶振电路、收发电路及接口电路设计。同时系统的介绍了基于STC12C5A60S2 单片机的编程线路的设计包括一个 MAX232 单片机-PC 机接口电路、复位、晶振电路及接口电路。同时利用单片机编程软件 keil 编写简单控制程序，并实现程序的调试简单步骤、结果及误差分析。该通信系统利用现有的低压电力网作为信道，使用基于 FSK 的窄带电力线
3、载波通信方式,实现数据传递和信息交换。具有不用布线、覆盖范围广、连接方便、抗干扰性和抗衰减性、易于实现等显著优势，可以有效可行的实现电力线通信。关键词：电力线通信，载波通信，FSK 调制，STC7536 芯片，STC12C5A60S2单片机DIGITAL SIGNAL IN THE POWER SUPPLY LINE CARRIER TRANSMISSION CIRCUIT河南科技大学本科毕业设计（论文）IIABSTRACTPower line itself is used to transmit electrical energy, which can be seen evetywhere
4、in the modern society is a great asset. With the continuous development of communication technology, power line communications technology is of growing concern.Power Line Communication (PowerLine carrier communition) technology makes the power line as a communication medium of communication. This me
5、thod can avoid the construction of new communications networks and investment, and thus it has great convenience, maintenance-free and plug and play features, the PLC has been widely applied.Power Line unfavorable factors for the transmission of information is the line impedance, signal attenuation
6、and noise . Therefore, Software design, device selection and power line interface design is the key in the system development.This paper describes the hardware circuit design of a FSK power line carrier communication system which formed by a power line carrier chip ST7536 microcontroller and a downl
7、oadable ST12C5A60S2 SCM.This paper emphatically demonstrates the system and each unit circuit implementations , it makes the ST7536 MCU as the core of the core system which includes the reset, crystal oscillator circuit, transceiver circuit and interface circuit.It also introduces the system microco
8、ntroller which based on STC12C5A60S2 programming circuit design includes a MAX232 SCM-PC computer interface circuit, reset, crystal oscillator circuit and interface circuit. At the same time using a simple microcontroller programming software keil writes the controller program, and debugs simple ste
9、ps to achieve results and error analysis.The communication system uses the existing low-voltage power grid as a channel FSK-based narrowband power line carrier communication method for data transfer and information exchange. With no wiring, covering a wide range of convenient 河南科技大学本科毕业设计（论文）IIIconn
10、ections, anti-jamming and anti-decay, the obvious advantage of easy implementation, it can be effective and feasible implementation of PLC.KEYWORDS: PLC, Carrier Communication, FSK Modulation, STC7536 Chip, STC12C5A60S2 SCM目 录河南科技大学本科毕业设计（论文）IV前 言 .1第一章 绪论 .21.1 课题研究背景及意义 .21.2 电力线通信的国内外研究应用状况 .31.2
11、.1 国外发展 .31.2.2 国内发展 .31.3 电力线的发展前景展望 .41.4 本课题的任务 .5第二章 系统的设计方案 .72.1 传统的低电压电力线载波通信分析 .72.2 电力线载波通信调制技术概述 .72.2.1 频移键控方式 .82.2.2 相移键控方式 .92.2.3 扩频通信方式 .102.2.4 正交频分复用 .122.3 电力线载波 .122.5 系统总体设计方案的构成 .162.5.1 串口通信模块设计方案的确定 .162.5.2 单片机控制模块 .172.5.3 FSK 调制解调器模块 .192.5.4 电力线耦合模块 .23第三章 系统设计 .263.1 系统描
12、述 .263.2 串口电路设计 .263.3 单片机电路设计 .273.4 FSK 调制解调器模块电路设计 .283.5 电力线耦合模块电路设计 .33第四章 系统软件设计 .354.1 主程序软件设计 .35河南科技大学本科毕业设计（论文）V4.2 ST7536 发送和接收模块软件设计 .364.3 PC 串口接收和发送程序 .38第五章 程序调试与结果分析 .395.1 ST12C5A60S2 集成开发环境(IAR)与使用详解 .395.2 程序调试结果分析 .40结 论 .41参 考 文 献 .42致 谢 .43附 录 .44河南科技大学本科毕业设计（论文）1前 言电力线载波通信是电力系
13、统通信专网特有的一种通信方式。它以电力线为信道，以变电站、发电厂为终端，特别适合电力调度通信的需要。而且，电力线载波通信系统具有投资少、施工期短、设备简单、通信安全、实时性好、无中继、距离长等一系列优点，目前我国 110KV 以上电力线载波通信电路已超过 65 万话路公里。在以数字微波通信、卫星通信为主干线而覆盖全国的电力通信网络已初步形成、多种通信手段竟相发展的今天，电力线载波通信仍然是地区网、省网乃至全国网的主要通信手段之一，从理论研究，到运行实践，我们都取得了可喜的成效，随着科技的迅速发展，电力线已成为一种新型的宽带接入技术，并且有着良好的发展前景。本文首先介绍电力线的几种常用的调制方式
14、，然后综合考虑后以 FSK 调制解调为基本原则出发，设计了串口电路、微控制器模块、FSK 调制解调模块和电力线耦合模块调试并基本达到设计要求。同时配置了一系列的外围电路来进一步完善系统，可以很好的实现 PC-PC 之间通过输电线路得数据交换，有广泛的应用前景。河南科技大学本科毕业设计（论文）2第一章 绪论1.1 课题研究背景及意义电力线载波通信是利用电力线这种介质来进行载波传输的一种通信方式。电力线作为一种不用重新布线的基础设施，过去仅仅用于远程抄表、家居自动化，传输速率很低，不适合高速信息传输。随着网络技术和信息技术迅猛发展，国内外开展利用低压电力线传输速率在 1Mbps 信息的高速电力线载
15、波技术，该技术在现有电力线上实现数据，语音和视频等多业务的承载。高速电力线载波通信技术不断进步，可以传输数据、语音、视频和电力为一线的“四网合一” ，是极富诱惑力，也充满了经济气息的一种技术。另外，电力线通信技术组网简单、成本低、可靠性高、易于实现受到越来越多的人的关注。特别是“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的发展对策明确把研究电线上网的技术原理和应用技术，探讨电线上网的政策和运营方式，努力为实现全面电线上网打好基础作为发展重点。这些也是我们研究电力线载波通信的一种动力。目前，高速电力线载波通信技术仍然没有得到大规模的使用，这与自身技术不完善有很大的关系。众
16、所周知，目前的电力线主要用来传输电能的。在线路上电压高、电流大、噪声大、负载种类多，要在电力线上传输信号，就是对技术设备抗干扰性和稳定性提出的挑战。电力线中的信道噪声是电力线通信发展的主要问题，如何解决这个问题成为电力线载波通信作为宽带接入问题关键。电力线对载波信号来讲是一个非常糟糕的环境，干扰和噪声大，线路阻抗很不稳定，信号传输损耗大。现在，国际上高速电力线载波通信采用的主要调制技术有三类：单载波类、扩展频谱类和 OFDM(J 下交频分复用)调制技术。本文全面系统总结低压电力线载波通信原理及其相关技术的现有成果基础上，利用 FSK 调制的抗干扰性和抗衰减性，进行电力利用现有低压配电线路作为通
17、信媒介，具有不用布线、覆盖范围广、连接方便等显著优点。在日常生活领域中, 低压电力线载波通信逐步显示出其巨大的优势和潜力， 前景十分广阔。河南科技大学本科毕业设计（论文）31.2 电力线通信的国内外研究应用状况1.2.1 国外发展电力线是最普及、覆盖范围最为广阔的一种物理介质，因此，电力线载波通信作为上一世纪 20 年代的产物，现在利用电力线高速数据通信技术仍然是国内外许多大公司的热点。97 年英国的 Norweb 通讯公司和加拿大 Nortel(北电网络)利用丌发的数字电力线载波技术，实现了在低压配电网上进行的 1Mbits 的速率数据传输的远程通信，并进行了该技术市场推广。随后，许多国家研
18、究机构纷纷开展了高速电力线通信技术的研究和开发，产品的传输速率也从 1Mbits 发展到 2、14、24Mbits 甚至更高。国际各大公司纷纷推出 PLC 调制解调芯片，其中主要有美国 Intellon 公司的14、54、85 和 200Mbits 芯片，西班牙 DS2 公司 45 和 200Mbits 芯片等等。其中以美国 Intellon 公司的 14 Mbits 芯片应用最为普遍，大部分电力线载波系统都是基于该芯片开发的。目前，电力线载波通信在欧洲发展比较快，欧盟为促进电力线载波技术发展，在 2004 年启动了 OPERA(Open PLC European Research Allia
19、nce)的计划，致力于制定欧洲统一的 PLC 技术标准，推动大规模的商业化应用，并将 PLC 作为实现信息化欧洲的重要技术手段。美国也不甘示弱，在它倡导下成立了“家庭插电联盟” ，致力于标准研究，并发布了第一个 PLC 标准 HomePlu910。日本对 PLC 的态度，经历了从初期怀疑否定、到开放试验、直至今日的积极推动的三个阶段。到目前为止，PLC 的试验网络已经遍及各大洲许多国家，未来PLC 商业化只是一个时间问题。1.2.2 国内发展电力线载波通信技术出现于本世纪二十年代初期。在我国，四十年代已有日本生产的载波机在东北运行，做为长距离调度的通信手段。经过几十年的发展，目前已具相当的规模
20、和水平。河南科技大学本科毕业设计（论文）4我国电力线载波通信的现状：在以数字微波通信、卫星通信为主干线的覆盖全国的电力通信网络已初步形成、多种通信手段竟相发展的今天，电力线载波通信仍然是地区网、省网乃至网局网的主要通信手段之一，仍是电力系统应用区域最广泛的通信方式，仍是电力通信网的重要的基本通信手段；从理论研究，到运行实践，我们都取得了可喜的成效。(1) 电力线载波无论是在所具有的规模范围、装机数量还是在从事人员数量上，都是空前的。在应用上，上至 500KV 线路，下至 35KV 乃至 10KV 线路，都开通了电力线载波机。到“八五”初期，全国 110KV 及以上电力线载波话路公里数已达 26
21、万，目前已达 65 万。电力线载波名附其实地成为电力系统应用最为广泛的通信手段。(2) 电力线载波通信综合业务能力有了很大的发展，由过去单独的调度电话业务发展到为开放电话、远动、传真、保护、计算机信息等综合业务。如葛沪500KV 直流输电系统中，两换流站的运行数据的控制信息通过长达1053Km的载波电路传送，实现了两站间的相互自动控制。(3) 载波技术装备水平有了很大提高，从五六十年代双边带电子管 ZDD-I/2、ZS-3 等发展到今天的 ESB500、ZDD-27/36 等全集成化单边带载波机，并推出了数字式载波机。在一些重大工程中还陆续引进了一些具有国际先进水平的载波设备，解决了实际应用中
22、一些国产机暂时无法解决的问题，也为国产机的改进和提高提供了可贵的借鉴。(4) 理论研究成果卓著。如在频谱管理上，采用了图论、地图色理论和计算机技术，提出了分段设计、频谱分组、电网分段或分区、频率重复使用等，并开发出了软件包，可实现用计算机进行设备管理、频率管理、新通道设计和旧通道改造、插空安排设备等。为适应现代通信技术的发展，数字式电力线载波机的开发研制也取得了实质性的进展。此外，传输理论、组网技术等方面的研究也不断有新的进展。1.3 电力线的发展前景展望21 世纪是国际互联网规模和速度发展最快的年代，其用户增长数量每年都在以指数形式增长，从最初的高科技数据网络发展成为人们工作、学习、生活中必
23、河南科技大学本科毕业设计（论文）5不可少的桌面工具。据有关市场研究公司预测，在 2007 年之前中国的宽带用户数量将达到 5450 万户，面对如此巨大的宽带用户市场，PLC 的发展拉动了网络向千家万户的覆盖。PLC 技术施工方便、使用灵活，能够利用已有的电力网这一广泛的基础设施把宽带网络接入到每个家庭，省去在接入方式上的重复建设，对于推进我国数字化进程必将产生积极的作用。同时，PLC 技术在远程抄表、配网自动化、营销自动化、负荷管理等方面的广泛应用，将为实现我国的电网配售自动化、建设电力信息化平台，提供一个良好的网络基础和解决方案。 然而，由于 PLC 技术的传输速度和传输距离有一定限制，它的
24、主要用途不是核心主干网络，而是通信网的外围和末端。发展 PLC 技术的目的，不是取代光纤通信接入以及 ADSL 等其它宽带接入技术，而是作为以上技术的互补，在特定应用场合发挥各自的长处，为国家信息化建设节省投资，给广大网民带来利益。PLC 在末端用户接入(最后 100 米接入)，即从楼内总配电室到每个家庭及入户后采用任意电源插座即能实现连接等功能，具有明显的优势。为此，末端接入的优势必将给已经有宽带网络运营基础的电信运营商和宽带接入服务商提供了增加用户接入率的商机1.4 本课题的任务完成以 ST7536 芯片为核心的电力线载波通信电路的设计，研究 ST12C5A60S2单片机应用电路设计和串口通信的实现。通过电路对电力线上传输的信号进行处理，单片机系统再将采到的数据送到上位机进行处理，实现数据的接收、发送和存储。同时实现一个通过串口实现单片机-PC 的互联通信，来对 ST7536 芯片的控制。驱动程序、芯片输入输出端口的滤波电路的设计、数据传输线和直流供电线路的变压器耦合电路、扩展存储器等模块来实现对系统的扩充及完善。在完成硬件设计之后生产电路板，焊接完成整个系统电路，同时在硬件设计的基础上进行软件设计、调试，实现系统实现数据在电力线上的收发控制功能。最后完成毕业论文。
