基于OFDM的低压电力线自动抄表系统设计

论文摘要

低压电力线自动抄表系统主要由采集电能表信息的集中器、信道和主站等设备组成。采用现代化的电子技术、通信技术和计算机技术对低压电力客户用电信息远程采集,并对数据进行分析和处理。自动抄表系统可以减少电力公司的运营费用,能够给客户提供更多的服务,是智能电网建设的基础,它的应用和发展对电力公司、电力用户乃至全社会都有十分重要的意义。本论文的主要研究工作包括以下几个方面：(1)对电力线信道的阻抗特性、衰减特性和干扰特性问题做了分析,并建立简单的低压电力线信道模型,为通信技术的研究提供仿真平台。(2)重点研究了低压电力线通信技术。通过分析比较得出,窄带通信技术应用于电力线载波通信中主要存在的问题是各种噪声和干扰对通信质量的影响以及带宽限制对传输速率的制约；扩频通信抗干扰能力强,通信速率高,但它是通过牺牲带宽来降低对信噪比的要求,这对越来越缺乏的频带资源十分不利,传输速率也难以提高；而正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术能够充分利用频带并能提高抗多径干扰能力。因此,在已有的研究基础上提出一种改进的子信道利用方法来实现OFDM技术在电力线载波通信中的应用,通过建立Matlab仿真模型实现基于改进方法的通信。仿真结果表明,在电力线信道条件比较恶劣、数据传输误码率较高的情况下,还能够实现较可靠的数据传输。(3)对系统实现进行了深入的研究,包括总体方案设计,软、硬件平台搭建。集中器的硬件设计以ARM9处理器Atme19260为核心,通过EBI外部总线接口扩展存储器K5D5657ACB D090。电源系统由交流电源和直流电源组成,多路直流电源为不同电压的电路提供所需电压。电力线载波通信电路和远程无线通信电路均采用模块化设计。(4)对上行、下行通信进行测试,实验结果表明集中器的设计满足自动抄表系统的要求。最后总结了本文在研究过程中获得的一些成果以及实际意义。提出了自动抄表系统还需解决的一些瓶颈问题,并对今后的发展趋势做了简单的介绍和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 自动抄表技术的现状及发展
• 1.2.1 国外自动抄表技术现状和发展
• 1.2.2 国内自动抄表技术现状和发展
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 低压电力线通信技术基础及特性分析
• 2.1 低压电力线信道分析
• 2.1.1 阻抗特性
• 2.1.2 衰减特性
• 2.1.3 干扰特性
• 2.2 低压电力线信道模型建立
• 2.3 低压电力线通信技术
• 2.3.1 窄带通信技术
• 2.3.2 扩频通信技术
• 2.3.3 OFDM技术
• 2.4 基于OFDM技术的低压电力线载波通信的研究
• 2.4.1 建立基于OFDM的电力线通信系统
• 2.4.2 OFDM的参数选择
• 2.4.3 Matlab仿真及分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统结构及硬件设计
• 3.1 系统总体结构
• 3.2 集中器设计
• 3.2.1 AT91SAM9260主板
• 3.2.2 电源系统
• 3.2.3 硬件看门狗电路
• 3.2.4 外部通讯接口
• 3.3 电力线载波通信模块设计
• 3.3.1 电力线通信调制解调芯片
• 3.3.2 模拟前端（AFE）
• 3.4 远程GPRS通信模块设计
• 3.4.1 SIM300C
• 3.4.2 电源
• 3.4.3 外围电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 嵌入式LINUX操作系统
• 4.2 底层软件设计
• 4.2.1 Boot Loader
• 4.2.2 设备驱动
• 4.3 应用软件设计
• 4.3.1 通信程序设计思想
• 4.3.2 GPRS链路程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 电力线载波通信测试
• 5.2 GPRS远程通信测试
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文）
• 附录B （攻读硕士学位期间所参加的科研项目）
• 附录C （部分程序源代码）