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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 低壓電力線載波通信模塊
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在電力線上的傳輸功能，系統(tǒng)采用AT89C2051單片機(jī)作為主控芯片，采用PL2102電力線載波通訊芯片，實(shí)時(shí)對(duì)從電力線上耦合進(jìn)來(lái)的信號(hào)和單片機(jī)發(fā)送給其的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)和調(diào)制，設(shè)計(jì)信號(hào)放大、濾波電路，將采集載波信號(hào)進(jìn)行大、濾波后經(jīng)過(guò)載波芯片的解調(diào)送往單片機(jī)，單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，壓縮編碼，并根據(jù)特定的需要以形式發(fā)送出去。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品以低壓電力線載波通訊芯片為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)制作了一種新型數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。采用國(guó)產(chǎn)低壓電力線載波芯片PL2102，以單片機(jī)AT89C2051為控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)載波通訊芯片的控制和數(shù)據(jù)的處理，實(shí)時(shí)對(duì)從電力線上耦合進(jìn)來(lái)的信號(hào)和單片機(jī)發(fā)送給其的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)和調(diào)制，設(shè)計(jì)信號(hào)放大、濾波路，將采集載波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波后經(jīng)過(guò)載波芯片的解調(diào)送往單片機(jī)，單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)接收的數(shù)據(jù)判斷、分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容確定處理方式，處理結(jié)果并進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)串口發(fā)送出去。系統(tǒng)包括主控制部分、數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)、載波信號(hào)發(fā)射接收三個(gè)部分。主控制部分主要是2051單片機(jī)和最小系統(tǒng)；數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)部分由PL2102載波通訊芯片、低通濾波器組成；載波信號(hào)發(fā)射接收部分包括耦合變壓器，電容電感并聯(lián)諧振電路，三極管放大電路。 軟件部分應(yīng)用單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能，并加以校驗(yàn)確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤，并通過(guò)哈夫曼編碼壓縮要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)以低壓電力線載波通訊芯片PL2102為基礎(chǔ)，以低壓電力線為載體，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效傳輸?shù)囊环N新型數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。設(shè)計(jì)以單片AT89C2051為控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)載波通訊芯片的控制和數(shù)據(jù)的處理，實(shí)時(shí)對(duì)從電力線上耦合進(jìn)來(lái)的信號(hào)和單片機(jī)發(fā)送給其的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)和調(diào)制，設(shè)計(jì)信號(hào)放大、濾波路，將采集載波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波后經(jīng)過(guò)載波芯片的解調(diào)送往單片機(jī)，單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)接收的數(shù)據(jù)判斷、分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議內(nèi)容確定處理方式，最終對(duì)發(fā)送的數(shù)進(jìn)行赫夫曼編碼并發(fā)送出去，其中赫夫曼編碼算法有實(shí)時(shí)根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)編碼長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整實(shí)發(fā)送最少的數(shù)據(jù)而傳送同樣的信息。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本設(shè)計(jì)能充分利用現(xiàn)有的電力線資源，即利用電力線進(jìn)通信，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。并且性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，響應(yīng)速度快。模塊化的設(shè)計(jì)使得本設(shè)計(jì)在使用時(shí)更加靈活方便，不用區(qū)分特定場(chǎng)所，不依賴(lài)與任何特殊的軟硬件平臺(tái)，只要有普通的工頻220V電的借口即可使用，獨(dú)特的硬件電路，使得在低壓電力線載波模塊可在零線、火線上的任意一條線上傳輸信號(hào)并且接收載波信號(hào)，這就使得在使用時(shí)不用區(qū)分插座的方向，操作方便簡(jiǎn)單。靈活的軟件設(shè)計(jì)中遵循了工業(yè)控制中常用的MODBUS通信協(xié)議，這就為工控機(jī)的低壓電力線通信提供了可能。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 獨(dú)家轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖片,視頻,樣品展示和現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 遍歷近幾年電力載波通信在國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的使用時(shí)因不同地方的電網(wǎng)特性和結(jié)構(gòu)相差很大，且電網(wǎng)環(huán)境相對(duì)國(guó)外惡劣，因而前期各類(lèi)的載波模塊在不同程度上出現(xiàn)不穩(wěn)地和傳輸距離不可控。本作品的選用的載波芯片有大量現(xiàn)在在市場(chǎng)上使用的，性能是相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定。本作品在硬件對(duì)信息進(jìn)行直序擴(kuò)頻半雙工異步調(diào)制解調(diào)，同時(shí)運(yùn)用哈夫曼編碼壓縮法，crc校驗(yàn)確保和信息傳輸?shù)目煽?、和快速性，同時(shí)可以根據(jù)需求添加相應(yīng)的通信協(xié)議。在物聯(lián)網(wǎng)市值爆發(fā)階段，本作品適用于智能樓宇，工業(yè)監(jiān)控等有電力線且需要低速通信能滿(mǎn)足要求的地方。而且本作品安裝，維護(hù)的費(fèi)用及其低廉。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 國(guó)外很早對(duì)電力線載波通訊技術(shù)進(jìn)行了研究，多家公司早已推出了自己的電力線載波modem芯片，并制定了電力線載波適用頻率范圍的標(biāo)準(zhǔn)。目前有針對(duì)北美洲地區(qū)電網(wǎng)（480Y/277V，208Y/120Vac）的標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍100KHz-450KHz和針對(duì)歐洲地區(qū)電網(wǎng)（400Y/230Vac）的標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍9KHz-150KHz。各家公司在標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍下，針對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)特點(diǎn)，采用各種特定專(zhuān)有技術(shù)，設(shè)計(jì)出各己的電力線載波modem芯片。因而美、德、英等一些國(guó)家在智能家居方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)電力線聯(lián)接Internet，從而實(shí)現(xiàn)只要連接電網(wǎng)即可撥號(hào)上網(wǎng)，在工業(yè)上通過(guò)電網(wǎng)收集數(shù)據(jù)并傳輸各種信號(hào)。由于國(guó)外電力線載波modem芯片是針對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)特性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，且一般是針對(duì)家庭智能化和工業(yè)自動(dòng)化而設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)使用都難盡人意。而且中國(guó)的電網(wǎng)特性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、居民住宅分布狀況、電力線載波通訊的應(yīng)用領(lǐng)域等方面與國(guó)外有一些不同之處。電力線載波通訊modem芯片的瓶頸作用越來(lái)越突出，使國(guó)內(nèi)電力線載波通訊市場(chǎng)難以迅速增長(zhǎng)，也延緩了用戶(hù)對(duì)電力線載波通訊技術(shù)的認(rèn)同和接受。 近年來(lái)隨著建立在海量信息的采集和傳輸?shù)墓I(yè)自動(dòng)化，智能家居的發(fā)展要求物體與物體對(duì)話實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，因而2009年國(guó)家把物聯(lián)網(wǎng)列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。然而要在工廠直至家居內(nèi)建立通信網(wǎng)絡(luò)，有線通信鋪線工程浩大，而且容易被人為損壞；同時(shí)居民樓已建成，再在墻壁表面拉線，不能讓居民接受。電力載波通信技術(shù)能有效解決上述問(wèn)題，它利用現(xiàn)有交流電源線作為通信線路，省去了不切實(shí)際的鋪線工程，優(yōu)勢(shì)明顯。近幾年隨著市場(chǎng)的需求，加上國(guó)內(nèi)載波企業(yè)對(duì)國(guó)外電力線載波通訊技術(shù)的深入了解，和利用國(guó)外先進(jìn)的現(xiàn)代通訊技術(shù)，定制出國(guó)內(nèi)電力線載波通訊modem芯片的最佳模式。目前，已有相關(guān)公司的一些載波芯片在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)有一定的規(guī)模，證明適合國(guó)內(nèi)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的載波芯片正在形成和完善，電力載波的應(yīng)用也將處于井噴階段。 誠(chéng)然，最終實(shí)現(xiàn)電力線無(wú)阻通信最核心的技術(shù)則是載波芯片本身調(diào)制解調(diào)等技術(shù)的突破，本作品是在應(yīng)用層面通過(guò)不同模塊和軟件的有機(jī)組合成一個(gè)實(shí)用的系統(tǒng)。其創(chuàng)新點(diǎn)則是為智能家居、智能樓宇和工業(yè)測(cè)控提供一個(gè)低成本穩(wěn)定性好的方案，同時(shí)引導(dǎo)人們選擇電力線載波通信這也是開(kāi)始本設(shè)計(jì)的初衷的。
