高速电力线通信系统的硬件设计与实现

发布时间：2020-08-05 07:51

【摘要】：电力线载波通信(PLC)技术是利用电力线作为介质进行数据传输的一种通信手段。电力线通信利用现有的输电线路,不需要重新铺设线路,具有成本低、方便快捷和易于组网的特点。随着网络技术和信息技术的迅猛发展,利用低压电力线进行高速电力线载波通信已成为国内外研究和工程应用的热点。本文针对应用于高速PLC组网中的电力线载波机进行研究与设计实现。本文首先介绍了电力线载波通信的基本原理,并对本设计采用的电力线调制解调模块IT900和以太网接口模块MiiNePort进行了简单介绍,在此基础上,设计了载波机的硬件电路,母板上主要包括IT900和MiiNePort的接口电路,系统侧接口电路、模拟输出电路、模拟输入电路和电源电路等。其中,系统侧可以选择以太网通信和串口通信两种方式。为了提高传输距离,本文专门设计了片外模拟输出电路,其中采用RC滤波器滤除芯片输出的高次谐波分量,前置放大器采用放大倍数高的共射放大电路,功率放大器采用效率较高的甲乙类OTL电路。输入滤波器采用RC滤波器,可根据需要选择工作在FCC和AC频段。除此之外,设计的载波机电源电路主要采用低压差稳压电源获取有稳定输出电流的电压值。本文设计以太接口载波机完成了PCB的设计、制作与调试。最后,结合嵌入式软件在实验室进行了组网测试。主要完成了软件定义的系统参数设置、网络设置、电力线设置,并实现了远动通信规约中定义的应用功能如:总召唤、遥控、遥调等的选择、设置、执行与控制,同时进行了收发报文数、丢包数以及时延的统计分析。测试结果表明,本文设计的硬件电路能实现主站对主站、主站对从站的配置与管理,完成完整的通信过程。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN913.6
【图文】：

结构框图,结构框图,芯片,模拟前端

图 2-5 IT900 芯片内部结构框图芯片IT900能够提供很高的数据传输速率，其数据传输有两种模式：DCSK模式和DCSKTurbo 模式。在 DCSK 模式下，如果采用标准模式(SM)传输，传输速率可达 7.5Kbps，鲁棒(RM)模式下速率可达 5.0Kbps，超鲁棒(ERM)模式下速率可达 1.25Kbps。DCSK Turbo 模式下，最大数据传输速率可达 500Kbps[33]。本节后续将对芯片物理层 PHY 和模拟前端 AFE 进行简要介绍。IT900 芯片为 LQFP(Low-profile Quad Flat Package)封装，有 100 个管脚，表 2-1 给出了IT900 芯片部分管脚的说明。表 2-1 IT900 芯片部分管脚功能说明编号引脚名称 I/O 引脚描述14,60,62VCC1,VCC2,VSSI数字电源输入端，为 VCC1，VCC2 端提供 2.7V~3.6V，当 VCC1=VCC2 时为 VSS 提供 0V97,94AVCC,AVSSI模/数转换器 ADC 的供电电压输入端，一般将 AVCC连接 VCC1，AVSS 连接 VSS29~31,41~43,I模拟前端 AFE 的供电电压输入端，一般将 VCCA 连接

原理图,典型应用电路,原理图,远动通信

图 2-8 IT900 典型应用电路原理图2.4 远动通信规约概述PLC 技术最重要的应用领域之一是远动通信系统，远动通信是指应用远程通信技术对在远方工作的设备进行监测与控制，远动规约规定了远动通信过程中，收发双方的数据传送格式。IEC60870-5-104 规约全名为“采用标准传输协议子集的 IEC60870-5-101 网络访问”，换句话说 104 规约是 101 规约的网络版本，是在 101 规约的基础上加入了专用 Internet 网络进行调度通信的协议标准[35]。远动系统利用 104 规约通过英特网进行数据传送，改变了传统的电网调度中仅仅利用串口进行通讯的现状。2.4.1 协议结构104 规约将 101 规约的应用层与传输控制协议/互联网络协议(Transmission ControlProtocol/Internet Protocol, TCP/IP)提供的传输功能相结合[36]，如图 2-9 中应用层用于处理面

模拟前端,发送电路,芯片

东南大学工程硕士学位论文模拟输出通道设计900 内集成了模拟前端电路，包括 DAC，LPF 和放大器(Line Driver，LD)，可以看出，从芯片 PHY 传送来的数字信号经 DAC 转换为模拟波形，再通过大，最后通过 VOUTP 和 VOUTN 端送入电力线。其中 DAC 是一个 10 位数转换速度可达 16MS/s，信噪比很高在 70dB 之上。LD 是一个 AB 类放大器，峰值为 1A。然而这个内置功率放大器的放大倍数小，使得芯片输出的模拟信动能力弱，同时还包含有很多高次谐波分量。

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