基于电力载波技术的智能化路灯控制系统设计.doc
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1、 毕业毕业论文论文 基于电力载波技术的智能化路灯控制系统设计基于电力载波技术的智能化路灯控制系统设计 姓姓 名名 学学 院院 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院 专专 业业 自自 动动 化化 指导教师指导教师 职职 称称 专家专家 20232023 年年 5 5 月月 1 1 日日天津工业大学毕业论文任务书天津工业大学毕业论文任务书 题目题目 基于电力载波技术的智能化路灯控制系统设计 学生姓名学生姓名 额外特温特 学院名称学院名称 电气工程与自动化学院 专业班级专业班级 过多个地方 课题类型课题类型 实际课题 课题意义课题意义 基于电力载波技术的智能化路灯控制系统可以填补当前路灯控制器的
2、局限性,将电力载波技术应用于路灯控制过程中,实现主控站和从控制站之间的信息互换,从而实现路灯的智能化,并且成本低,易于推广应用。它可以实现远程控制,并和现有的电力线兼容,检修方便,可以提高城市路灯的运用率,节能。任务与进任务与进度规定度规定 312-3.30:对此设计进行初步的了解和资料查询,对本设计方案具有初步的轮廓 4.2-4.30:完毕控制设计,及硬件电路设计,5.4-5.30:完毕毕业论文任务书初稿,并对设计的硬件进行调试;5.31-6.7:完善任务书,准备毕业答辩,准时完毕 重要参考重要参考文献文献 1 M.-H.Shwehdi,“A Power Line Data Communic
3、ation Interface using Spread Spectrum Echnology in Home Automation J,”IEEE Trans.Power Delivery,vol.11,no.3,July 1996,pp.1232-1237.2 张辉.现代通信原理与技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2023.3 齐国清.信号检测与估计M.北京:电子工业出版社,2023.4 朱小龙.数字通信技术M.北京:化学工业出版社,2023.起止日期起止日期 2023 年 3 月 12 日2023 年 6 月 7 日 备注备注 院长院长 教研室主任教研室主任 指导教师指导教师 毕业论
4、文开题报告表毕业论文开题报告表 20232023 年年 3 3 月月 1010 日日 姓名姓名 发给 学院学院 电气工程与自动化 专业专业 自动化 班级班级 梵蒂冈 题目题目 基于电力载波技术的智能化路灯控制系统设计 指导教师指导教师 东方省 一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的重要内容、目的和意义:一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的重要内容、目的和意义:国外研究情况国外研究情况:国外很多国家已经将此技术应用于智能化大厦三 A 系统之中,而我国起步晚,虽然取得很大发展但是 PLC 技术的标准并不完善,符合新标准的器件还不很成熟。课题研究的重要内容课题研究的重要内容:主单片机和
5、从单片机之间通过电力载波技术来进行通信。主单片机用来实现对从单片机的控制,从单片机完毕对路灯的控制,并对此灯的状况进行自检(检测此灯的电流),将路灯的工作状况通过电力载波技术传送到主控机上,并显示出来。课题研究的课题研究的目的:目的:传统的路灯控制采用开关控制,能源浪费严重、管理手段单一、信息化水平低下、缺少故障积极报警机制、故障灯难以发现等一系列问题。改变传统的控制方式,实现了城市路灯的远程集中管理。课题研究的课题研究的意义意义:智能化路灯控制系统可以填补当前路灯控制器的局限性。它可以实现远程控制,并和现有的电力线兼容,检修方便,可以提高城市路灯的运用率,节能。二、进度及预期结果:二、进度及
6、预期结果:起止日期起止日期 重要内容重要内容 预期结果预期结果 3.2-3.30 4.2-4.30 5.4-5.30 5.31-6.7 对此设计进行初步的了解和资料查询;完毕控制设计,及硬件电路设计;完毕毕业论文任务书初稿,并对设计的硬件进行调试;完善任务书,准备毕业答辩,准时完毕本论文 设计出总体的框架图,查相关资料;运用 eagle 和 Protel 99 SE 绘图工具完毕一些电路图绘制,运用 Multisim 仿真软件一些电路仿真;用keil 编写程序;最后调试。完毕课题的完毕课题的现有条件现有条件 AT89S52 单片机开发板,电脑,各种参考书籍 审查意见审查意见 指导教师:指导教师
7、:年年 月月 日日 学院意见学院意见 主管领导:主管领导:年年 月月 日日 天津工业大学本科毕业论文评阅表(论文类)题目题目 基于电力载波技术的智能化路灯控制系统设计 学生姓名学生姓名 电话费 学生班级学生班级 自动化 094 班 指指导教师姓名导教师姓名 股份规范性 评审项目评审项目 指标 满分 评分 选题选题 能体现本专业培养目的,使学生得到较全面训练。题目大小、难度适中,学生工作量饱满,经努力能完毕。10 题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10 课题调研、课题调研、文献检索文献检索 能独立查阅文献以及从事其他形式的调研,能较好地理解课题任务并提出实行方案;有分析整理各类信息,从中获取新
8、知识的能力。15 论文撰写论文撰写 结构严谨,理论、观点、概念表达准确、清楚。10 文字通顺,用语对的,基本无错别字和病句,图表清楚,书写格式符合规范。10 外文应用外文应用 能对的引用外文文献,翻译准确,文字流畅。5 论文水平论文水平 论文论点对的,论点与论据协调一致,论据充足支持论点,论证过程有说服力。15 有必要的数据、资料支持,数据、资料翔实可靠,得出的结论有可验性。15 论文有独到见解或有一定实用价值。10 合计合计 100 意见及建议:评阅人署名:评阅人署名:年年 月月 日日 天津工业大学毕业论文成绩考核表 学生姓名学生姓名 啊 学院名称学院名称 电气工程与自动化学院 专业班级专业
9、班级 为 题目题目 基于电力载波技术的智能化路灯控制系统设计 1毕业设计(论文)指导教师评语及成绩:毕业设计(论文)指导教师评语及成绩:指导教师签字:指导教师签字:年年 月月 日日 成绩:成绩:2毕业设计(论文)答辩委员会评语及成绩:毕业设计(论文)答辩委员会评语及成绩:答辩主席(或组长)签字:答辩主席(或组长)签字:年年 月月 日日 3毕业设计(论文)总成绩:毕业设计(论文)总成绩:a.指导教师 给定成绩 b.评阅教师 给定成绩 c.毕业答辩成绩 总成绩(a0.5+b0.2+c0.3)摘摘 要要 本论文一方面对通讯系统基础知识、电力载波技术基础知识做了一个具体的介绍,然后对电力载波通讯过程中
10、的信道特性以及干扰噪声进行分析,并运用自控原理知识建立相应的信道传输模型。接着建立了论文任务规定的总体框架图,对此设计中的电力载波通讯的可行性和优越性进行了具体分析论证。通过对单灯的电力载波收发模块的实现、单片机控制单灯的实现、单灯的电流检测实现、单灯的调压实现、节能分析等做了具体的阐述,论证和仿真。运用 eagle 和 Protel 99 SE 绘图工具完毕一些电路图绘制和 PCB 板印制等,运用 Multisim 仿真工具完毕一些电路仿真、性能和节能分析等。软件开发运用 keil 编写,并对主机,从机之间的通讯程序流程图进行编写。然后,将在硬件调试和软件调试过程中暴露出来的问题进行分析和解
11、决。最后在两块单片机板上显示上述任务规定。成绩:成绩:关键词关键词:电力载波技;FSK 调制技术;单片机通信;单片机;ABSTRACT This paper 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 microcom
12、puter 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 drawing tool to complete some circuit diagram drawing and PCB printing,etc.,using the Multisim simu
13、lation tools to complete some circuit simulation,performance,energy saving experiment,etc.Use Keil compile software development,write the host,and subordinate machine the communication program flow the chart.Then,in the hardware debugging and software debugging process to analyze and solve problems.
14、Finally on the two pieces of single chip microcomputer board to complete the above task requirements.Keywords:Electric power carrier technology;FSK modulation technology,;Single chip microcomputer communication;Single chip microcomputer;目 录 前言 .1 第一章 电力载波技术绍.2 1.1 通信系统基础.2 1.1.1 通信系统分类.2 1.1.2 通信方式.
15、2 1.1.3 通信系统性能指标.2 1.2 电力载波技术.2 1.3 电力载波技术的简朴应用.3 第二章 FSK 调制技术.5 2.1 电力载波技术的发展状况.5 2.2 FSK 调制技术.6 2.2.1 FSK 调制基础.6 2.2.2 FSK 调制方式.6 2.2.3 FSK 调制应用模型.7 第三章 电力线通信信道分析.9 3.1 电力线传输信道特性.9 3.1.1 时变性.10 3.1.2 衰减特性.10 3.1.3 电力线干扰.10 3.1.4 多径干扰.10 3.2 电力线通信信道模型.11 3.2.1 低压电力线信道近似模型.11 第四章 照明控制系统设计.12 4.1 照明控
16、制系统方案设计.12 4.2 载波通信模块设计.14 4.2.1 电力线载波通信芯片的选择.14 4.2.2 KQ-130F 电力载波数据收发模块介绍.15 4.3 路灯的智能化实现.19 4.3.1 节电效能分析.20 4.4 基于电力载波技术的智能化路灯控制系统结构图和电路图.22 4.5 硬件调试问题及其解决.23 第五章 电力载波通信协议与软件设计.24 5.1 KQ-130 与单片机的通讯.24 5.2 软件流程图的实现.24 5.3 软件调试问题及其解决.27 第六章 论文总结.28 参考文献.29 附录.30 谢辞.39 前前 言言 国外研究情况国外研究情况 国外很多国家已经将此
17、技术应用于智能化大厦的三 A 系统之中,欧美国家已经运用此技术,实现了配电网的自动化和远程控制。而我国起步晚,虽然取得很大发展但是 PLC 技术的标准并不完善,符合新标准的器件还不很成熟。我国重要将此技术应用于自动抄表、过程控制等较小的应用领域。近年来,随着国家节能政策的不断贯彻,很多公司投入到电力载波通讯研究领域。论文研究的重要内容论文研究的重要内容 本课题采用电力载波通信技术,以电力传输线作为媒介。完毕主单片机和从单片机之间的信息互换,并实现了对路灯开关时间、路灯输入电压的调整、路灯坏损的电流检测等任务。并通过功率变换单元通过调整路灯的输入电压来完毕节能的目的。运用主单片机对路灯的开关状态
18、进行控制,从单片机对路灯的状况进行不断检测。运用电力载波模块将这个灯的状态传送给主单片机,并将此状态在主控机上显示出来,并根据其状态信息在主控界面上显示出来。论文研究的意义论文研究的意义 传统的路灯控制采用开关控制,能源浪费严重、管理手段单一、信息化水平低下、缺少故障积极报警机制、故障灯难以发现等一系列问题。传统的控制方式很难满足现代城市发展水平和信息化建设的规定。因此,一种可靠、节能的控制方式是建设智慧城市必不可少的。改变传统的控制方式,实现了城市路灯的远程集中管理,不仅提高了城市的智能化水平,并且也在路灯维护方面节约了大量的人力、物力,其调压功能实现路灯的节能。它具有远程控制,和现有的电力
19、线兼容,检修方便等一些功能,可以提高城市路灯的运用率,节能。路灯的智能化是将检测技术,现代控制技术,通信技术融合到路灯控制领域。通过这些技术的融合来提高城市智能化水平,为建设智慧城市战略提供一个实验平台,并且达成节能的目的,具有很好的发展潜力。正由于如此,很多学者、专家投入到智能电网的建设中,开辟着一个全新的探索领域。第一章第一章 电力载波技术介绍电力载波技术介绍 1.11.1 通信系统基础通信系统基础 本论文重要完毕主单片机对从单片机的控制,从单片机控制路灯,而从单片机又将路灯状态传给主单片机,并将此状态在主单片机的显示屏上显示出来。电力载波技术完毕控制信号和路灯状态的传送。因此对通信基础和
20、电力载波技术的了解是十分必须的。1.1.1 通信系统分类 通信是从一个地点向另一个地点互换和传递信息的一种方式。通信系统涉及发送装置和接受装置、传输介质、以及实现通讯的可靠性所需要的其它设备。在通信系统中根据媒介的不同,分为有线通信系统和无线通信系统13。有线通信采用导线。列如电话线,同轴电缆,波导,光导纤维等。作为传输媒质来完毕通信,此系统布线复杂,耗资大,成本高。无线通信依靠电磁破在空间传播达成传输信息的目的。具有成本低,但存在衰减,多径干扰及电磁干扰,系统的可靠性和安全性受限。考虑电力网遍及的现成的布线资源,我们应当充足发挥其潜能,节约有限的自然资源。运用电力载波技术,以电力线传输媒介,
21、来传输路灯的状态和控制路灯,具有很重要的研究意义。1.1.2 通信方式 在通信系统的建立过程中,一方面根据对现场环境以及所要完毕的功能,选择合适的通信方式可以提高数据传送效率,提高系统的稳定性和可靠性。根据时间和信道关系可以分为单工,半双工和全双工三种15。单工通信:指消息只能朝着一个方向传送,只占用一个通道。半双工通信:指双方都能收发消息,但不能一端接受和另一端发送同时进行。全双工通信:指发送端和接受端可以同时收发消息,发送端可以变为接受端,接受端也可变为发送端,一般情况下为双向信道。1.1.3 通信系统性能指标 通信系统的重要任务是快速而又准确的传递消息。有效性、可靠性作为其最重要的评价指
22、标。有效性解决传送信息的“速度”问题,可靠性解决传送信息的“质量”问题13。1.2 1.2 电力载波技术电力载波技术 电力线载波通信,PLC(Power Line Communication),是指运用现有的电力线作为信道,通过载波方式来发送模拟或者数字信号,是一种有线通讯方式。其最大特点是只要有电线,不需要重新架构电线4。电力载波通讯的工作原理是:由信息源发出信号,通过编码器的编码,调制器的调制,将此信息转成可用于传送的数码序列,耦合到电力线上,然后将此数码序列通过解调,译码,来送到受信者9。图 1-1 为电力载波通信模型16:图 1-1 电力载波通信模型 信号源:是产生和发出消息的人或设备
23、(列如控制机、PC 机、DSP、单片机)。发出的消息可以是连续的波形也可以是离散的数字信号,其重要作用就是把各种消息转换成电信号。方便后面解决和传送。受信者:是来接受信号源发出的消息的人或者机器。编码器:信源编码器是将信号转换成数码序列,信道编码器是在数码序列中添加校验码,使接受端能发现或纠错有效信息,从而提高了通讯中传送消息的可靠性。调制器:是把输出的数码序列转换成合用于传送的高频射频振荡信号,解调器与调制器刚好相反。基本功能是将数码序列与通信协议、通信方式等匹配起来。信道:是传送信号的媒介。可以是物理的信号线也可以是电磁波等。媒介的特性对通信系统以及整个控制系统的可靠性和有效性具有很大的关
24、系。译码器:译码是编码的逆过程。将数码转换成可以应用的消息,是由数字电路和模拟电路的组合来完毕的。同步系统:用于保证收发两端步调一致,协同工作。重要应用于内容更新比较频繁的场合。同步是电力载波通信系统中的重要组成部分。假如没有同步就会出现大量的错码乱码,载波同步系统的性能指标重要有:有效率、精度、同步建立时间、同步保持时间。噪声源:可以是人为因素导致,也可以是设备或者系统自身所具有的,但不是人们希望的15。1.3 1.3 电力载波技术的简朴应用电力载波技术的简朴应用 在一些涉及任务复杂、可靠性规定较高、实时性规定较强的领域,PLC 技术由于其抗干扰能力、抗衰减能力的限制并未得到实际应用。下面就
25、对电力载波技术的现有系统的应用做一个简朴介绍。列如:在图 1-2所示,是一个电力载波技术在欧美应用很成熟的领域,由图中可以很明显的看到。病人的一切病状信息可以通过电力载波技术传送给医院,而医院的建议,诊断结果也可以借助于电力载波技术传送给用户,实现高效,及时的医疗检测系统。此网络的布局和大小,都是根据现有的电力线布局而来。图 1-2 医院监控网络 相对于国外的这些成熟的应用,而我国起步晚,虽然取得很大发展但是 PLC技术的标准并不完善,符合新标准的器件还不很成熟。虽然在远程抄表领域已经进入实际使用阶段,但是稳定性,可靠性,安全性这些基本问题并没有得到解决,并没有实现所谓的智能和自动。针对我国目
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