基于ST7538的窄带电力线通信系统研究

论文摘要

低压窄带电力线通技术由于网络分布广泛,接入方便,通信组网灵活方便,投入成本低,且运行维护成本低等优势,逐步成为智能控制和远程抄表等领域的研究热点。低压电网环境复杂一致制约着载波技术的广泛应用。因此需要解决一系列关键技术才可以广泛的推广低压窄带电力线通信技术。本文通过研究电力线通信中出现的阻抗不匹配问题,得出不同负载对应的阻抗匹配电路结构和参数计算公式。使用电磁波理论分析了阻抗不匹配现象的成因,基于Smith圆图提出的设计方法,直接推导出了在不同阻抗关系下的阻抗匹配电路拓扑和对应元件参数计算公式。还设计出一种易于实现电力线阻抗的测试方法,并应用于实践,获得电力线网络输入阻抗的数学模型。分析出实际匹配电路中元件精度和电力线阻抗模型对匹配网络性能的影响。充分利用阻抗不匹配现象,设计出应用在负载用电器上的阻波器,大大降低了负载用电器接入电网后对电网高频输入阻抗的影响。基于ST7538芯片完成载波通信模块硬件设计。重点完成接口电路,阻抗匹配电路,滤波电路和保护电路等设计。同时给出在实际应用场合下,阻抗匹配目标参数确定方法和匹配拓扑选择原则。设计出一整套应用在窄带电力线通信中的网络通信协议。协议基于OSI参考模型设计,并根据功能需要裁剪网路层次,最终设计出五层电力线通信的网络结构。对此协议的主要层次给出数据的结构和意义,给出关键协议的内容和实现流程。并基于所设计的软件硬件平台,验证了设计软硬件内容的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及其分析
• 1.2.1 电力线输入阻抗特性研究现状
• 1.2.2 电力线噪声特性研究现状
• 1.2.3 阻抗匹配网络研究现状
• 1.2.4 常见智能网络协议
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 窄带电力线通信阻抗匹配网络设计
• 2.1 引言
• 2.2 电磁波反射与Smith圆图
• 2.2.1 电力线中的电磁波传输
• 2.2.2 Smith圆图理论
• 2.3 阻抗匹配解决方案
• 2.4 电力线输入阻抗测量
• 2.4.1 测量方案设计
• 2.4.2 测量结果与分析
• 2.5 阻抗匹配电路设计分析
• 2.5.1 匹配电路设计
• 2.5.2 元器件精度影响仿真分析
• 2.5.3 负载变化影响仿真分析
• 2.6 阻波器电路设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于ST7538 的窄带电力线通信系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 低压窄带电力线通信系统组成
• 3.3 电力线调制解调芯片ST7538
• 3.4 微控制器与ST7538 接口电路
• 3.5 输出阻抗匹配电路设计
• 3.5.1 阻抗匹配参数确定方法
• 3.5.2 ST7538 阻抗匹配电路设计
• 3.6 保护电路的设计
• 3.7 接收滤波器的设计
• 3.8 本章小结
• 第4章 窄带电力线通信协议设计
• 4.1 引言
• 4.2 窄带电力线通信协议设计
• 4.2.1 OSI参考模型
• 4.2.2 电力线通信协议层次结构设计
• 4.2.3 电力线通信数据结构设计
• 4.3 通信协议内容
• 4.3.1 传输层协议内容
• 4.3.2 网络层协议内容
• 4.3.3 数据链路层协议内容
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验测试与分析
• 5.1 匹配网络性能测试
• 5.2 阻波器性能测试
• 5.3 网络协议测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢