电力载波通信技术及其应用
摘 要本文以电力线载波为手段，STC89C51单片机为控制核心，设计了一款基于电力载波通信技术而实现的智能电力监控系统，这款系统的实现是结合电力载波技术来实现的，通过电力传输线通信信号，实现将检测数据进行发送。系统硬件电路划分为交流电压电流采集电路、频率测量电路、功率因数测量电路、无功功率测量电路液晶屏显示电路、模数转换电路、报警电路等，在主控核心方案的选择方面则使用了STC89C51单片机作为控制器，使用了C语言编写了用于控制STC89C51单片机的程序代码，经过KEIL软件编译生成HEX目标文件后烧录到主控芯片中，通过仿真软件可以实对当前电网中的交流电压电流的实时快速测量，能够将电网中交流电压的实时频率值计算并显示出来，与此同时还能够将功率因数以及无功功率等一些参数进行快速测量计算，通过高清晰度的液晶屏将这些参数显示给用户，本设计具有广泛的市场应用前景。
目录
引言 1
一、 低压电力线载波通信系统特性分析 3
二、 低压电力线载波通信系统原理 4
三、 智能电网监测系统方案及元器件选择 4
（一） 智能电网的通信方式 4
（二） 方案设计 5
（三） AMIS49587简介 5
（四） ATMEGA32L简介 6
（五） STC89C51单片机简介 6
（六） LCD1602显示器简介 7
（七） ADC0808转换器简介 7
（八） 继电器简介 8
四、 系统硬件设计 8
（一）电力线载波通信模块原理图 8
（二） 最小系统电路设计 9
（三） 参数显示电路设计 9
（四） 交流/直流电压转换电路设计 10
（五） 电流/电压转换电路设计 10
（六） 模数转换电路设计 11
（七） 功率因数测量电路设计 11
五、 系统软件设计 12
（一） 主程序流程设计 12
（二） 参数显示子程序流程设计 13
（三） 模拟电压采集子程序流程设计 14
六、 系统部分功能仿真 14
总结 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
参考文献 17
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 智能电力监控系统PCB图 21
附录三 部分元件列表 22
附录四 部分程序 23
引言
电力线载波通信是一种以输电线路作为载波信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设 3条以上的导体（一般有三相良导体及一或两根架空地线），所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。本文主要设计的是一款基于电力载波通信技术的电力监控系统，当前科学技术的发展方向正在朝着高智能化方向发展，尤其是微处理器芯片研发以及应用表现的最为突出，这种微型芯片的外形体积不断缩小，但是内部所集成的基本元器件以及半导体器件密度越来越高，电路形式越来越复杂，这样就使得微处理器芯片能够实高的性能，与此同时自动控制技术的发展就得到了硬件基础。科学技术以及电子技术的发展往往能够对社会的进步具有极大的促进意义，本文将要研究的这款智能电力监控系统也是电子技术发展进步过程中的一个具有里程碑式的产物，它的出现以及性能不断强大都是得益于电子技术的发展，在这个不断发展的过程中，电子技术、微处理器芯片生产技术、集成电路技术等一系列技术都对智能电力监控系统的性能日益完善起到了巨大促进作用。在课题设计过程中，对图书馆和互联网上广泛的资料进行查阅后可以发现，智能电力监控系统在主控处理器的选择方面，出现了单片机等微处理器芯片以及PLC可编程控制器两种类型的主控器件，这两种不同类型的主控器件如今在生产生活领域都已经得到了广泛的应用。其中以单片机等微处理器芯片作为主控核心的智能电力监控系统主要应用场景是一些民用场合或者个人用户，这些用户所处的环境条件较好，没有那么多的环境因素干扰，所以智能电力监控系统对于主控芯片的防干扰性能没有那么高的要求。以PLC可编程控制器作为主控核心的智能电力监控系统主要应用场合是工业环境，由于工业环境噪声干扰、辐射或者高温高湿等较为突出，所以单片机等未加防护的微处理器芯片无法正常工作，只有依靠防干扰性能更为强大的PLC控制器来进行控制。
国内外在对智能电力监控系统的研究方面都呈现出了一种较为热情的局面，由于目前对于研发智能电力监控系统所需要的核心元器件的生产研发技术都掌握在了欧美国家的一些企业中，而国内还无法真正掌握这些元器件的核心研发技术，而市面上这些高端性能的智能电力监控系统产品的硬件框架都是由这些基本元器件作为铺垫的，所以缺少了核心技术的支撑，最终研发出来的产品无论是在性能方面还是在成本方面都需要比较大比例的依靠进口，然而在市场上的竞争力也就会稍逊于国外产品，这是目前国内对于智能电力监控系统的研究所面临的现状。
本文主要研究内容：
通过上文对这种低压电力线载波通信技术的发展背景和现状的介绍，这里将对本文的主要研究内容进行确立，首先本文新设计的这款电力监测系统是在低压线路上进行实现的，通过低压线路实现对这款电力监测系统中的一些数据进行进行传送和收发，实现低压线路电压、电流、频率以及功率因数的检测，将这些数据通过低压线路进行传输，大大节约了重新铺设通信线路对的成本。本文是基于市面上大多数相似控制系统的研究现状而提出的，旨在智能电力监控系统的平均性能水平方面进行大幅度的提升，经过了STC89C51单片机微处理器芯片的嵌入以及数个高性能模块电路的搭建，实现了一款能够实现多项智能功能的智能电力监控系统，实现了对当前电网中的交流电压电流的实时快速测量，能够将电网中交流电压的实时频率值计算并显示出来，与此同时还能够将功率因数以及无功功率等一些参数进行快速测量计算，通过高清晰度的液晶屏将这些参数显示给用户，下列为本文需要实现的各项功能指标。
能够将智能电力监控系统的重要运行参数，包括将交流电压、交流电流、频率、功率因数以及其他一些重要参数，通过高清晰度液晶显示效果展示出来。
2、通过运放芯片以及其他一些基本元器件构建模拟电子线路，实现将交流电压电流按照比例转换为直流模拟电压信号，通过后续的模数转换器进行采集，并根据比例关系计算出待测交流电压电流的大小。
3、能够进行快速的模拟电压和数字信号的转换，将外部待测模拟电压值进行低误码率转换后送入STC89C51单片机进行使用。
目录
引言 1
一、 低压电力线载波通信系统特性分析 3
二、 低压电力线载波通信系统原理 4
三、 智能电网监测系统方案及元器件选择 4
（一） 智能电网的通信方式 4
（二） 方案设计 5
（三） AMIS49587简介 5
（四） ATMEGA32L简介 6
（五） STC89C51单片机简介 6
（六） LCD1602显示器简介 7
（七） ADC0808转换器简介 7
（八） 继电器简介 8
四、 系统硬件设计 8
（一）电力线载波通信模块原理图 8
（二） 最小系统电路设计 9
（三） 参数显示电路设计 9
（四） 交流/直流电压转换电路设计 10
（五） 电流/电压转换电路设计 10
（六） 模数转换电路设计 11
（七） 功率因数测量电路设计 11
五、 系统软件设计 12
（一） 主程序流程设计 12
（二） 参数显示子程序流程设计 13
（三） 模拟电压采集子程序流程设计 14
六、 系统部分功能仿真 14
总结 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
参考文献 17
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 智能电力监控系统PCB图 21
附录三 部分元件列表 22
附录四 部分程序 23
引言
电力线载波通信是一种以输电线路作为载波信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设 3条以上的导体（一般有三相良导体及一或两根架空地线），所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。本文主要设计的是一款基于电力载波通信技术的电力监控系统，当前科学技术的发展方向正在朝着高智能化方向发展，尤其是微处理器芯片研发以及应用表现的最为突出，这种微型芯片的外形体积不断缩小，但是内部所集成的基本元器件以及半导体器件密度越来越高，电路形式越来越复杂，这样就使得微处理器芯片能够实高的性能，与此同时自动控制技术的发展就得到了硬件基础。科学技术以及电子技术的发展往往能够对社会的进步具有极大的促进意义，本文将要研究的这款智能电力监控系统也是电子技术发展进步过程中的一个具有里程碑式的产物，它的出现以及性能不断强大都是得益于电子技术的发展，在这个不断发展的过程中，电子技术、微处理器芯片生产技术、集成电路技术等一系列技术都对智能电力监控系统的性能日益完善起到了巨大促进作用。在课题设计过程中，对图书馆和互联网上广泛的资料进行查阅后可以发现，智能电力监控系统在主控处理器的选择方面，出现了单片机等微处理器芯片以及PLC可编程控制器两种类型的主控器件，这两种不同类型的主控器件如今在生产生活领域都已经得到了广泛的应用。其中以单片机等微处理器芯片作为主控核心的智能电力监控系统主要应用场景是一些民用场合或者个人用户，这些用户所处的环境条件较好，没有那么多的环境因素干扰，所以智能电力监控系统对于主控芯片的防干扰性能没有那么高的要求。以PLC可编程控制器作为主控核心的智能电力监控系统主要应用场合是工业环境，由于工业环境噪声干扰、辐射或者高温高湿等较为突出，所以单片机等未加防护的微处理器芯片无法正常工作，只有依靠防干扰性能更为强大的PLC控制器来进行控制。
国内外在对智能电力监控系统的研究方面都呈现出了一种较为热情的局面，由于目前对于研发智能电力监控系统所需要的核心元器件的生产研发技术都掌握在了欧美国家的一些企业中，而国内还无法真正掌握这些元器件的核心研发技术，而市面上这些高端性能的智能电力监控系统产品的硬件框架都是由这些基本元器件作为铺垫的，所以缺少了核心技术的支撑，最终研发出来的产品无论是在性能方面还是在成本方面都需要比较大比例的依靠进口，然而在市场上的竞争力也就会稍逊于国外产品，这是目前国内对于智能电力监控系统的研究所面临的现状。
本文主要研究内容：
通过上文对这种低压电力线载波通信技术的发展背景和现状的介绍，这里将对本文的主要研究内容进行确立，首先本文新设计的这款电力监测系统是在低压线路上进行实现的，通过低压线路实现对这款电力监测系统中的一些数据进行进行传送和收发，实现低压线路电压、电流、频率以及功率因数的检测，将这些数据通过低压线路进行传输，大大节约了重新铺设通信线路对的成本。本文是基于市面上大多数相似控制系统的研究现状而提出的，旨在智能电力监控系统的平均性能水平方面进行大幅度的提升，经过了STC89C51单片机微处理器芯片的嵌入以及数个高性能模块电路的搭建，实现了一款能够实现多项智能功能的智能电力监控系统，实现了对当前电网中的交流电压电流的实时快速测量，能够将电网中交流电压的实时频率值计算并显示出来，与此同时还能够将功率因数以及无功功率等一些参数进行快速测量计算，通过高清晰度的液晶屏将这些参数显示给用户，下列为本文需要实现的各项功能指标。
能够将智能电力监控系统的重要运行参数，包括将交流电压、交流电流、频率、功率因数以及其他一些重要参数，通过高清晰度液晶显示效果展示出来。
2、通过运放芯片以及其他一些基本元器件构建模拟电子线路，实现将交流电压电流按照比例转换为直流模拟电压信号，通过后续的模数转换器进行采集，并根据比例关系计算出待测交流电压电流的大小。
3、能够进行快速的模拟电压和数字信号的转换，将外部待测模拟电压值进行低误码率转换后送入STC89C51单片机进行使用。
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