基于电力线载波通信系统的网关设计

发布时间：2017-10-28 15:18

  本文关键词：基于电力线载波通信系统的网关设计

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【摘要】：电力线载波通信(Power Line Communication, PLC)利用现有的电力线网络资源,不需要重新布线,大大降低了通信网络成本,这种通信方式可将一定区域内的用电设备组合起来,非常便捷。基于电力线载波通信系统的网关设计,旨在对用电力线网络连接的用电设备进行控制和数据采集,并将采集到的数据通过以太网、公众移动通信网络共享到云端。根据功能要求,先设计硬件电路,后设计软件程序。硬件方面,通信网关以ARM芯片为核心处理器,设计大容量存储电路,程序调试下载接口电路、网络通信接口电路、串行通信接口电路、电力线通信接口电路。软件运行环境为Linux嵌入式操作系统,可提供丰富的底层驱动程序,降低了开发难度。通信网关作为连接云端设备和控制设备的桥梁,与云端设备通信采用两种方式：(1)以太网,通过网线将云端设备和通信网关连接起来,采用HTML、CGI技术与Web服务器相结合的方法,实现云端与通信网关通信。此时系统采用B/S模式,Web界面作为人机界面,Web界面除了与嵌入式Web服务器进行TCP通信,还有访问嵌入式SQLite数据库的功能,以方便对历史数据的下载和应用。(2)无线网,当没有以太网时,通信网关和云端设备通过通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service, GPRS)将数据返回给客户端,客户端软件采用的是GPRS供应商提供的调试软件。通信网关和控制设备通信时,采用电力线将二者连接起来,通信网关控制用电设备读取数据的指令,先经过LDPC编码、DSSS,通过电力线信道发送给用电设备,用电设备经过解扩、解码之后,采集电表数据,并将采集的数据经过LDPC、DSSS,经电力线回发给通信网关,通信网关采用DSSS解扩与LDPC译码相结合的数字通信方法对收到的数据进行处理,并将数据存储到数据库中,同时可将数据返回给云端。论文应用Linux嵌入式开发平台,实现了通过电力线采集电能表数据,并将数据通过网络共享至云端设备的过程,无需布线,可方便快捷的控制用电设备。
【关键词】：电力线载波通信 以太网 GPRS Linux
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN913.6;TN915.05
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 电力线载波通信系统的应用现状10-11
• 1.3 论文研究意义11
• 1.4 论文内容及章节安排11-13
• 2 系统方案设计和工作平台搭建13-25
• 2.1 系统设计需求13
• 2.2 系统体系结构13-15
• 2.3 软件开发平台搭建15-23
• 2.3.1 安装虚拟机和Linux系统16
• 2.3.2 嵌入式Linux操作系统的特点16-18
• 2.3.3 移植嵌入式交叉编译工具18-19
• 2.3.4 移植嵌入式Boa服务器19-21
• 2.3.5 移植SQLite数据库21-23
• 2.4 硬件开发平台搭建23-24
• 2.5 小结24-25
• 3 硬件电路设计25-41
• 3.1 CPU芯片选择26-28
• 3.2 外围电路28-34
• 3.2.1 存储电路28-29
• 3.2.2 网络电路29-32
• 3.2.3 程序下载电路32-33
• 3.2.4 时钟电路33
• 3.2.5 指示灯电路和串口电路33-34
• 3.3 RS-485数据采集电路34
• 3.4 电源电路34-38
• 3.5 电力线载波通信电路38-39
• 3.6 印刷电路板设计39-41
• 4 系统软件设计41-56
• 4.1 总体软件设计41-43
• 4.2 电力线通信发送数据处理43-47
• 4.2.1 LDPC编码43-45
• 4.2.2 DSSS扩频45-46
• 4.2.3 BFSK调制46-47
• 4.3 电力线通信接收数据处理47-51
• 4.3.1 解扩译码47-49
• 4.3.2 数据转换49-50
• 4.3.3 数据存储50-51
• 4.4 以太网程序设计51-54
• 4.4.1 实时读取数据52-53
• 4.4.2 历史数据下载53-54
• 4.5 GPRS程序设计54-56
• 4.5.1 AT指令集54-55
• 4.5.2 GPRS程序设计流程55-56
• 5 系统功能测试与性能评估56-66
• 5.1 以太网读取数据界面56-58
• 5.1.1 读取数据界面56-58
• 5.1.2 电能表历史数据下载58
• 5.2 GPRS数据读取结果58-59
• 5.3 系统功耗59-60
• 5.4 系统误码率60-63
• 5.5 系统响应时间测试63-66
• 结论66-67
• 参考文献67-69
• 附录1 通信网关的电路布局图69-70
• 附录2 通信网关的电路板实物图70-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李荣幸;;低压电力线载波通信技术在用电信息采集系统中的应用研究[J];科技展望;2015年10期

2 陈晓芳;蔡小庆;鲁小利;;PLC自动化系统中信息系统的多协议网关应用[J];电子技术与软件工程;2014年04期

3 胡江溢;祝恩国;杜新纲;杜蜀薇;;用电信息采集系统应用现状及发展趋势[J];电力系统自动化;2014年02期

4 申斌;张桂青;汪明;李成栋;;基于物联网的智能家居设计与实现[J];自动化与仪表;2013年02期

5 王宝忠;马成;;基于CGI技术的嵌入式动态Web的研究与实现[J];电子设计工程;2012年18期

6 邵鹏飞;王U，

本文编号：1108798