基于电力载波的可寻址继电器和开关的设计

论文摘要

在工业控制领域中,PLC(逻辑可编程控制器)的应用非常普遍。PLC与外部继电器及开关连接时无法避免的要面对布线难、维护难的问题。现有的一些底层设备级的总线技术如ASI总线技术能够应用于此解决布线难、维护难的问题,但还是需要架设专用的网络连接电缆。因此本文研究了电力载波通讯技术,利用电力线作数据传输的物理通道,在不增加专用数据通讯线的情况下实现PLC与继电器和开关的组网,本文的主要工作如下：(1)研究对比了各种网络技术的优劣,得出电力载波通讯技术应用在设备级网络物理层的优势。分析电力线作为数据传输通道时的传输特性,总结出实现电力载波通讯的难点,并据此设计了最佳的系统解决方案,选用FSK调制解调技术的ST7540作为调制解调器。(2)对系统主站和从节点进行了功能性分析,根据分析结果分别设计系统主站和从节点各个功能模块的硬件电路。选定系统工作的载波频率,根据此频率设计发送和接收的滤波电路和耦合电路,并对所设计的滤波电路作了数学分析。(3)设计了本系统专用的网络通讯协议栈。在报文头检测中借鉴0插入比特法设计了电力载波通讯专用的报文头,在检验码中利用海明校验实现了很高的码率,利用分时间槽的方法实现了即插即拔的功能。在应用层设计上根据本系统所要实现的功能规定了各种数据所代表的含义。(4)在系统软件设计上采用了uC/OS实时操作系统,将整体系统分成多个任务进行编程,对每个任务设定不同的优先级,实现了基于优先级的多任务调度式的实时操作系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与目的
• 1.2 现有网络技术分析和对比
• 1.2.1 有线网络技术
• 1.2.2 无线网络技术
• 1.2.3 电力载波通讯技术
• 1.3 底层设备级网络及电力载波技术研究现状
• 1.3.1 底层设备级网络研究现状
• 1.3.2 电力载波技术研究现状
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 低压电力线传输特性分析及系统方案设计
• 2.1 低压电力线传输特性的分析
• 2.1.1 低压电力线传输阻抗特性分析
• 2.1.2 低压电力线信号衰减特性分析
• 2.1.3 低压电力线信号干扰特性分析
• 2.2 载波调制解调技术
• 2.2.1 载波调制解调技术介绍
• 2.2.2 载波调制解调技术分析与对比
• 2.3 电力载波模块芯片及系统总体方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 硬件电路功能分析
• 3.2 硬件电路整体框架设计
• 3.3 硬件电路各模块的电路设计
• 3.3.1 主站控制器与PLC的接口设计
• 3.3.2 从站与继电器的接口电路设计
• 3.3.3 处理器与调制解调器的时序分析与接口设计
• 3.3.4 载波信号发送电路的设计
• 3.3.5 载波信号接收电路的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统通讯协议栈及软件设计
• 4.1 系统通讯协议栈的设计
• 4.1.1 协议栈物理层的设计
• 4.1.2 协议栈数据链路层的设计
• 4.1.3 协议栈的介质访问控制层设计
• 4.1.4 协议栈应用层的设计
• 4.2 系统软件的设计
• 4.2.1 主站系统软件设计
• 4.2.2 从站系统软件设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 系统测试平台的搭建
• 5.2 系统性能的测试
• 5.2.1 硬件电路的频率特性测试
• 5.2.2 系统通讯性能测试
• 5.3 本章总结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果