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低压电力线信道的其它特性
1.阻抗变化特性
配电变压器的二次侧的低压电力线上连接的负载多种多样,主要包括电阻性(R)、电容性(C)、电感性(L)3类负载。根据负载的随机接入和撤出,R,L,C的瞬时相对份额以及频率参数的变化,其阻抗特性难以准确描述,但在一定的频率范围内时,特性阻抗的变化范围一定。一般配电网电力线的波阻抗在几十欧姆到100多欧姆。例如在通信频率下,如130KHz,12-2G Romex NM-B在20m长的末端接1μF的电容(低阻抗)时,线路输入阻抗约为10Ω,呈感性;在末端接500Ω的电阻时,线路输入阻抗成容性。一些电器中均有电容滤波器,滤波器的电容与电力线的电感产生谐振,可在某些频率范围内使阻抗大大降低(小于1Ω)。线路上的感性负载或容性负载随机的接入,可引起以下两方面的效果:负阻抗负载与线路形成谐振电路,可形成阻抗零点;动态接入线路的负载不能保证与线路的特征阻抗匹配,从而引起线路波的反射和驻波效应,造成不同测量点的不同阻抗。此外,随着整流设备的越来越普遍,大多数整流设备在交流电压峰值点附近导通,并且与阻抗较小的滤波电容连接,造成交流电压在过零点附近时的阻抗大于峰值点附近时的阻抗。
2.损耗衰减特性
电力线中传输信号的损耗由多方面引起:1)由线路串联电感和并联负载、并联的分布电容(并联的电磁兼容电容)组成电压分压器造成的损耗。假如每30m线路的串联电感为19微亨,负载为30Ω的电阻,并联0.44微法的电磁兼容电容,则负载处的信号衰减为12dB。这样的3段单元组成的电压分压器,第3段负载处的信号衰减为36dB。2)不同相位的耦合引起的损耗。绝大多数的配电变压器将阻碍通信信号的通过,因此配电变压器的原、副边之间的传输信号衰减可达60dB到100dB。配电变压器的次级线圈间的信号传输也会达到20dB～40dB的衰减,其程度与分支线路用线的类型、不同相位布线耦合程度有关。3)由信号经过配电盘电源的交汇处引起的损耗。在电力线通信频率下,配电盘相当于小于1Ω的电负载,可引起12dB～24dB的信号损失。在一般情况下,传输信号的损耗是频率的函数,高频段的损耗大于低频段的损耗。
3.相移特性
低压电力线传输信号对相位的影响通过测量表明,250m的电力线,正弦波的相移小于±10。
电力线载波通信系统设计
硬件电路设计
经过长期调研与实验论证,我们最后选定国内自行研制的低压电力线载波通信模块KQ-100E。KQ-100E采用FSK载波通信方式,在数字信号处理技术上有独创性的高新技术成果应用,许多用户经过对比试验后都给予很高的评价。相对于扩频方案而言,FSK方式提供的是透明的载波通道,不需要对模块初始化编程,可以通过软件任意变换波特率,从而为过零点(市电50HZ的正弦波的零点)通信、软中继(定址中继或无中心自动中继)、软件滤波的实现提供可能。
KQ-100系列产品的发送部分和接收部分封装在同一模块内,并用CMOS器件作为接口,器件功耗低,主芯片+5V,约35 mA,另一种专用型功耗约+5V,20 mA,发送功率可以控制VAA的功耗,+12V,300mA,可以视环境需要在5V～18V范围内选定,电压越高,输出功率大,传送距离远。其系统结构简图如图5所示。
软件设计
一般来说噪声数据在一定范围内变化,如在EOH-FFH之间或7OH-90H之间出现,因此在进行软件编程时,重点采取以下处理方式:
1.引入同步码。在编程时,要在接收到同步码以后才开始对下面的数据正式接收。在同步码的确定上,经过反复实验,初步选定为FFH,FFH,A5H,A5H,A5H,在实际使用中能非常可靠地工作。
2.在模块发送时,R/T要提前变成低电平,一般提前一个字节的发送时间,1200bit提前8.33ms、100bit提前100ms。
3.在发送完毕时,一定要等到数据完全移位发送完所有位的数据后才将R/T置高电平。如51系统单片机,当系统检测到TI标志为1时,并不等于数据已完全发送完毕。其实这时仅表示单片机已可以处理下面欲发送的数据,而当前数据并未完全移位送出。
4.由于电力线上干扰比较严重,在模块通信距离较远,接收到干扰信号大于接收信号时,可通过编程用软件滤波方式以提高数据通信距离及可靠性。例如100bit,发送1位需10ms,编程定时中断每277.78μs中断1次(对89c51,在11.0592M晶体频率点,每256个机器周期中断1次),那么在传送一位的时间内,中断36次。每次中断对RXD采样一次,分别对1或0计数,当0和“1”总计数为36时比较1和0的计数值,谁的数计得多就以谁为这一次接收到的数据位。 |
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