nghiên cứu công nghệ truyền thông qua đường dây điện lực ứng dụng cho hệ thống đọc công tơ điện từ xa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.29 MB, 168 trang )
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN
THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC
ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC
CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA
BÙI TRỌNG TUẤN
Thái Nguyên, 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN
THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC
ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC
CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA
Ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 605270
Học viên: Bùi Trọng Tuấn
Người HD khoa học: PGS. TS. Nguyễn Hữu Công
Thái Nguyên, 2010
Trang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Học viên: Bùi Trọng Tuấn
Lớp: Cao học - K11
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Công
Ngày giao đề tài: 20 tháng 01 năm 2010.
Ngày hoàn thành: … tháng … năm 2010.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Nguyễn Hữu Công
HỌC VIÊN
Bùi Trọng Tuấn
BAN GIÁM HIỆU
KHOA SAU ĐẠI HỌC
Trang ii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của riêng tôi,
luận văn này không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trước
đó.
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 8 năm 2010
Tác giả luận văn
Bùi Trọng Tuấn
Trang iii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận
tình của các thầy cô giáo và tôi đặc biệt muốn cảm ơn Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn
Hữu Công, Trưởng khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp- Đại học
Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài,
cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua.
Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn
nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự
đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như của các bạn bè, đồng nghiệp.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Bùi Trọng Tuấn
Trang iv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI NÓI ĐẦU
Điện lực là ngành xương sống của xã hội hiện đại. Điện quyết định cho công
cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước. Điện là thành phần khẩn yếu cho
sự tăng trưởng kinh tế cho mỗi quốc gia. Ngoài việc cung cấp năng lượng, đường
dây điện còn được sử dụng như một kênh truyền thông và được ứng dụng làm môi
trường để giám sát, điều khiển các thiết bị điện gần cũng như từ xa.
Chính vì vậy, việc tìm hiểu các đặc tính, phát huy các ưu điểm và khắc phục
các nhược điểm của đường truyền thông điện lực, nhằm tiến tới xây dựng một mạng
lưới viễn thông qua đường dây điện lực là một yêu cầu cấp thiêt. Để từ đó ta có thể
ứng dụng để giám sát và điều khiển các thiết bị điện thông qua đường dây điện lực,
thực hiện các giải pháp cho nhà thông minh và đặc biệt là triển khai ứng dụng đọc
công tơ từ xa truyền thông ngay trên đường truyền điện lực.
Được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Hữu
Công cùng các thầy cô giáo trong Khoa điện tử - Trường đại học kỹ thuật công
nghiệp Thái Nguyên, tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung:
“Nghiên cứu công nghệ truyền thông qua đường dây điện lực ứng dụng cho hệ
thống đọc công tơ điện từ xa”. Đề tài gồm các nội dung chính như sau:
Chương 1: Hệ thống tự động đọc công tơ từ xa AMR – Chương này đưa ra
các khái niệm cơ bản về hệ thống tự động đọc công tơ từ xa; Các phương pháp
truyền thông khác nhau nhằm xây dựng hệ thống và đặc biệt là phương pháp truyền
thông qua đường điện (PLC). Trên cơ sở đó nội dung chương cũng cập nhật các
thành tựu đạt được trên thế giới về AMR-PLC, phân tích rõ hệ thống ColectricTM
là hệ thống đã được triển khai nhiều nơi trên thế giới trong đó có Việt Nam.
Chương 2: Tổng quan về công nghệ PLC – Trình bày nguyên lý cơ bản và
sơ đồi khối của một hệ thống thông tin PLC bất kỳ; Chỉ ra các ứng dụng cơ bản của
PLC; Phân tích rõ đặc điểm của kênh truyền điện lực với các yếu tố nhiễu và suy
hao tác động. trên cơ sở đó chỉ ra những kỹ thuật cải tiến trên PLC như phối ghép
lưới điện, mã hóa và điều chế thông tin.
Chương 3: Thiết kế ứng dụng – Trên cơ sở các kiến thức có được từ chương
1 và 2 chương này ứng dụng vi điều khiển Pic thiết kế minh họa một hệ thống điều
khiển thiết bị và đọc công tơ từ xa đơn giản truyền thông 2 chiều trên đường dây
điện lực.
Trang v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Cuối cùng là những phân tích đánh giá nhằm rút ra kết luận và hướng phát
triển của đề tài.
Do đây là một đề tài còn mới, được hoàn thành trong một thời gian ngắn và
điều kiện tiếp cận để nghiên cứu, cùng với năng lực bản thân còn hạn chế nên có thể
chưa đề cập được hết các vấn đề liên quan đến đề tài một cách đầy đủ, sâu sắc và
cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu, trình bày.
Kính mong các thầy, cô giáo và các bạn quan tâm đến nội dung của đề tài, góp ý
kiến để tôi có điều kiện tiếp thu và phát triển đề tài cũng như bổ xung thêm kiến
thức cho bản thân được đầy đủ, đúng đắn và để luận văn của tôi được hoàn thiện
hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên ngày 30 tháng 08 năm 2010
Người thực hiện
Bùi Trọng Tuấn
Trang vi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
Thuyết minh luận văn thạc sỹ kỹ thuật
i
Lời cam đoan
ii
Lời cảm ơn
iii
Lời nói đầu
iv
Mục lục
vii
Danh mục các bảng biểu
xii
Danh mục các hình vẽ
xiii
Các thuật ngữ viết tắt
xiv
CHƢƠNG 1 HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ TỰ ĐỘNG TỪ XA AMR
(AUTOMATED METER READING SYSTEM)
1
1.1. Tổng quan hệ thống AMR
1
1.1.1. Lịch sử phát triển
1
1.1.1.1. Khái niệm AMR
1
1.1.1.2. Triển khai các hệ thống Smart IMS trên toàn thế giới
2
1.1.2. Kiến trúc chung của AMR
4
1.1.2.1. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động
4
1.1.2.2. Các yêu cầu cần thiết cho hệ thống AMR
7
1.1.3. Các phần tử chính trong hệ thống AMR
10
1.1.3.1. Công tơ điện tử
10
1.1.3.2. Thiết bị giao tiếp truyền thông (Trong trạm biến áp)
10
1.1.3.3. Môi trƣờng truyền thông.
10
1.1.3.4. Thiết bị giao tiếp truyền thông (Trong trạm biến áp)
10
1.1.3.5. Máy tính với phần mềm điều khiển AMR
11
1.1.4. Lợi ích và những khó khăn khi triển khai công nghệ AMR
11
1.2. Phân loại các hệ thống AMR theo môi trƣờng truyền thông
13
1.2.1. Một số môi trƣờng truyền thông cho AMR
13
1.2.2. Các tiêu chí lựa chọn môi trƣờng truyền thộng cho AMR
14
1.2.2.1. Giá cả
14
1.2.2.2. Độ tin cậy của truyền thông
14
1.2.2.3. Chống can thiệp
14
1.2.2.4. Chống đƣợc ảnh hƣởng gây ra bởi môi trƣờng hay con ngƣời
14
Trang vii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.2.2.5 Bảo mật
15
1.2.2.6 Giao tiếp dễ dàng
15
1.2.3. Triển khai AMR dựa trên mạng điện thoại công cộng (PSTN)
15
1.2.3.1. Băng thông của mạng điện thoại
16
1.2.3.2.Thiết bị giao tiếp truyền thông: Modem
16
1.2.3.3. AMR dựa trên PSTN .
16
1.2.3.4. Chia sẻ đƣờng dây thoại cho AMR
17
1.2.3.5. Các yêu cầu chú ý khi xây dựng AMR trên PSTN
17
1.2.4. Triển khai AMR thông qua truy nhập di động GSM
18
1.2.4.1. Kiến trúc mạng GSM
18
1.2.4.2. Trạm di động
19
1.2.4.3. Phân hệ trạm gốc
19
1.2.4.4. Phân hệ mạng
19
1.2.4.5.Giao tiếp truyền thông cho AMR trên GSM
20
1.2.4.6. Lợi ích của việc lắp đặt AMR qua GSM
21
1.2.5. AMR trên kênh vô tuyến công suất thấp (Low power Radio)
21
1.2.5.1. Sơ đồ khối hệ thống AMR dựa trên LPR
21
1.2.5.2. Nguyên lý hoạt động
22
1.2.5.3. Các mô hình hoạt động
22
1.2.5.4. Lợi ích của hệ thống AMR dựa tên LPR
23
1.2.6. AMR trên kênh vô tuyến công suất lớn (High power Radio)
23
1.2.7. AMR qua kênh truyền thông điện lực Power line communications
25
1.2.7.1. Sơ đồ khối cơ bản
25
1.2.7.2. Quá trình thu thập dữ liệu đo.
26
1.3. Hệ thống AMR qua đƣờng dây điện lực hạ thế CollectricTM
27
1.3.1 Giới thiệu Công nghệ
27
1.3.2. Bộ Tập Trung – Concentrator
28
1.3.3 Thiết bị phát từ xa một chiều – RTU
29
1.3.4 Thiết bị đo xa 2 chiều PRTU
30
1.3.5 . Máy tính cầm tay
31
1.3.6. Main Computer
32
1.3.7 Các thiết bị khác
32
1.3.7.1. Thiết bị Khuyếch Đại - Amplifier
32
Trang viii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.3.7.2.Thiết bị Điều khiển tải - LC100MM
33
1.3.7.3. Đèn LED hiển thị 6 chữ số 0.1kWh (Lựa chọn).
34
1.3.7.4. Công tơ Điện tử 1 pha - RR1M
34
1.3.7.5.Công tơ Điện tử 3 Pha - RR3M
35
1.3.7.6.Thiết bị Hiển Thị Cầm Tay - Portable Display
36
1.4. Kết luận chƣơng
37
CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PLC
38
2.1. Lịch sử phát triển công nghệ PLC
38
2.1.1. Khái niệm PLC
38
2.1.2. Một số thành tựu đạt đƣợc của PLC
40
2.1.3. Phân loại công nghệ
41
2.1.3.1. Phân loại theo mức điện áp
41
2.1.3.2. Phân loại theo tốc độ bít
41
2.1.3.3. Phân loai theo phạm vi
42
2.1.3.4. Phân loại theo phƣơng thức điều chế
42
2.2. Nguyên lý cơ bản và sơ đồ khối của HTTT trên đƣờng cáp điện lực.
43
2.2.1. Nguyên lý cơ bản của hệ thống
43
2.2.2. Sơ đồ khối của hệ thống.
44
2.2.2.1. Khối cách ly (Power Line Isolation)
44
2.2.2.2. Khối điều chế tín hiệu (Signal Modulation)
45
2.2.2.3. Khuếch đại của bộ phát và bộ thu (Signal Amplification)
45
2.2.1.4. Khối giải điều chế tín hiệu (Signal Demodulation)
45
2.3. Một số ứng dụng thực tiễn của PLC
45
2.3.1. Ứng dụng trong các HT quản lý, giám sát lƣới điện và đồng hồ.
46
2.3.2. Truyền thông đƣờng dài tốc độ cao
46
2.3.3. Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC
46
2.3.4. Ứng dụng trong gia đình – Intelligent home
47
2.4. Đặc tính kênh truyền đƣờng cáp điện
47
2.4.1. Sự giới hạn băng thông
49
2.4.2. Nhiễu trên đƣờng cáp điện
50
2.4.2.1. Nhiễu tần số 50Hz.
50
2.4.2.2. Nhiễu xung đột biến
50
Trang ix
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2.4.2.3. Nhiễu xung tuần hoàn
51
2.4.2.4. Nhiễu xung kéo dài
51
2.4.2.5. Nhiễu chu kỳ không đồng bộ
52
2.4.2.6. Nhiễu sóng radio
52
2.4.2.7. Nhiễu nền
52
2.4.3. Trở kháng đƣờng truyền và sự phối hợp trở kháng
52
2.4.4. Suy hao trên lƣới điện
53
2.4.5. Hiện tƣợng sóng dừng
54
2.4.6 Sự phát xạ sóng điện từ và khả năng gây nhiễu
54
2.4.7. Kết luận
55
2.5. Ghép nối với lƣới điện – xử lý tín hiệu
56
2.5.1. Mạch ghép tín hiệu
56
2.5.1.1. Mạch ghép dung kháng C
56
2.5.1.2 Mạch ghép kết hợp cảm kháng và dung kháng L-C
58
2.5.1.3. Mạch phối ghép R-L-C phức tạp
59
2.5.2. Các bộ lọc tƣơng tự
59
2.5.2.1. Mạch lọc RC
59
2.5.2.2. Mạch lọc LC
60
2.5.2.3 Các mạch lọc bậc cao khác
61
2.6. Các phƣơng thức mã hóa
61
2.6.1 Mã xoắn
62
2.6.2. Mã Reed – Solomon
65
2.7. Các phƣơng thức điều chế tín hiệu
68
2.7.1.Tổng quan về kỹ thuật điều chế trong viễn thông.
68
2.7.2.Điều chế dạng khoá dịch biên độ ASK.
70
2.7.3.Điều chế dạng khoá dịch tần số FSK
71
2.7.4.Điều chế PSK và khoá dịch pha vi phân DPSK.
72
2.7.5.Các dạng điều chế sử dụng trong viễn thông điện lực.
72
2.7.5.1. Sử dụng điều chế để giảm xuyên nhiễu
72
2.7.5.2. Sử dụng điều chế đế tăng tốc độ truyền dữ liệu.
74
2.8. Kỹ thuật trải phổ
74
2.8.1. Trải phổ dãy trực tiếp
75
2.8.1.1. Trải phổ dãy trực tiếp kiểu BPSK
75
Trang x
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2.8.1.2.Trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK
79
2.8.2. Trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequence Hopping Spread Spectrum)
81
2.9. Công nghệ OFDM
82
2.9.1. Nguyên tắc cơ bản của OFDM
82
2.9.2. Tính trực giao
83
2.9.3 Hệ thống OFDM
85
2.9.4. Chống nhiễu liên ký hiệu bằng cách sử dụng khoảng bảo vệ
87
2.10. Các giao thức truyền thông qua đƣờng dây điện lực
88
2.10.1. X10
88
2.10.2.Lonwork
89
2.10.3. CEBus
90
2.10.4. HomePlug
91
2.11. Kết luận chƣơng
92
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ ỨNG DỤNG
93
3.1. Tổng quan hệ thống
93
3.1.1 Giới thiệu
93
3.1.2. Modem truyền thông trên đƣờng dây điện
93
3.1.3. Bộ vi điều khiển PIC16F876
97
3.1.3.1. Các cổng vào ra (I/O)
98
3.1.3.2. Bộ thu phát đồng bộ/ không đồng bộ đa năng (USART)
100
3.1.3.3. Lựa chọn tốc độ Baud
100
3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
101
3.2.1 Hoạt động của hệ thống.
101
3.2.2. Phần mềm thi hành
103
3.2.2.1 Lập trình PIC16F876
103
3.2.2.2. Sơ đồ lập trình cho PIC16F876
104
3.2.3. Thiết kế phần cứng
105
3.2.3.1. Bộ vi điều khiển PIC16F876
105
3.2.3.2. Truyền thông nối tiếp
107
3.2.3.3 Mạch nạp PIC16F876
109
3.2.3.4. Modem Philips TDA5051A
110
3.2.3.5 Mạch ghép
111
Trang xi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3.2.3.6 Khối cấp nguồn
111
3.2.3.7. Bảng mạch in (PCB – Printed circuir broad)
112
3.3. Các kết quả thu đƣợc
113
3.3.1 Giao thức mạng
113
3.3.2 . Khuôn dạng khung truyền dẫn
116
3.3.3 Giao diện đồ họa (GUI)
118
3.4. Kết luận chƣơng
119
Kết luận và kiến nghị
120
Tài liệu tham khảo
121
Phụ lục1
124
Phụ lục 2
130
Phụ lục 3
132
Trang vi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Nội dung
Trang
Bảng 1.1. Các tiêu chuẩn quốc tế cho công tơ điện tử của hệ thống AMR
9
Bảng 3.1. Mô tả các chân của TDA5051A
94
Bảng 3.2.Các thanh ghi kết hợp với PORTA
98
Bảng 3.3. Toàn bộ các thanh ghi được gán với PORTB
99
Bảng 3.4. Công thức tính tốc độ baud
101
Bảng 3.5. Tốc độ baud ở chế độ không đồng bộ
101
Bảng 3.6. Minh họa các từ mã
117
Trang xiii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Nội dung
Trang
Hình 1.1. Nguyên lý cơ bản của quá trình truyền thông giữa một công ty
phân phối và khách hàng thông qua hệ thống AMR (Tele Tec. Co,
General description, 2009)
5
Hình 1.2. Phương thức truyền tải dữ liệu trong AMR
6
Hình 1.3. Định địa chỉ nhiều mức trong AMR
6
Hình 1.4. Đường cầu về điện của khách hàng
12
Hình 1.5. Đường cong yêu cầu thay đổi theo tải
12
Hình 1.6. Kiến trúc hệ thống AMR dựa trên PSTN
17
Hình 1.7. Kiến trúc mạng GSM
18
Hình 1.8. Nguyên lý hệ thổng AMR dựa trên kênh vô tuyến công suất lớn
23
Hình 1.9. Sơ đồ khối hệ thống AMR dựa trên PLC
26
Hình 1.10. Kiến trúc mạng AMR-PLC
27
Hình 1.11. Hệ thống AMR Collectric TM
28
Hình 1-12: Bộ Tập Trung
28
Hình 1-13: RTU
29
Hình 1-14: PRTU
30
Hình 1.15. Máy Tính Cầm Tay
31
Hình 1.16. Main Computer
32
Hình 1.17.Bộ Khuyếch Đại
32
Hình 1.18. Thiết bị Điều khiển tải - LC100MM
33
Hình 1.19. Công tơ Điện tử 1 pha - RR1M
34
Hình 1.20. Công tơ Điện tử 3 Pha - RR3M
35
Hình 1.21. Thiết bị hiển thị cầm tay
36
Hình 2.1. Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực
38
Hình 2.2. Truyền thông tin qua đường dây điện
39
Hình 2.3 Ghép và tách tín hiệu ra khỏi đường dây điện
43
Trang xiv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 2.4. Sơ đồ khối của hệ thống.
44
Hình 2.5. Ứng dụng PLC trong quản lý điện
46
Hình 2.6. Mạng thông tin PLC
46
Hình 2.7. Mô hình ứng dụng PLC trong gia đình – Intelligent home
47
Hình 2.8 Mô hình hệ thống truyền thông tin số trên đường dây điện lực
48
Hình 2.9. Phổ tần PLC của thông tin nội bộ
48
Hình 2.10. Ví dụ về sự méo tín hiệu trên lưới điện
48
Hình 2.11. các băng tần trong tiêu chuẩn CENELEC
49
Hình 2.12. Xung nhiễu xuất hiện khi bật đèn
50
Hình 2.13. Nhiễu xung tuần hoàn
51
Hình 2.14. Nhiễu phát ra khi chạy máy hút bụi và phổ tần của nó
51
Hình 2.15. Suy hao trong gia đình tại tần số 130 KHz
53
Hình 2.16. Hiện tượng sóng dừng
54
Hình 2.17. Mạch ghép dung kháng
57
Hình 2.18. Mạch ghép kết hợp LC
58
Hình 2.19. Các mạch lọc RC
60
Hình 2.20. Các mạch lọc LC đơn giản
60
Hình 2.21. Các mạch cộng hưởng LC
60
Hình 2.22. Mạch lọc thông dải dùng vi mạch HA17741
61
Hình 2.23. Ví dụ bộ mã hóa mã chập tỷ lệ 1/2
62
Hình 2.24. Sơ đồ cây biểu diễn bộ mã hóa mã xoắn ở hình 2.23
63
Hình 2.25. Sơ đồ lưới biểu diễn bộ mã hóa mã xoắn ở hình 2.23
64
Hình 2.26 Sơ đồ lưới giải mã
65
Hình 2.27. Đường sống và kết quả giải mã
65
Hình 2.28: Hệ thống sử dụng mã RS.
66
Hình 2.29. Bộ mã hoá Reed-Solomon
67
Hình 2.30. Các dạng tín hiệu được điều chế ASK, PSK, FSK
69
Hình 2.31. Phổ công suất tín hiệu khi điều chế số
70
Hình 2.32: Hiệu suất của một số KT điều chế khác nhau trong giảm nhiễu
73
Trang xv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 2.33. Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin trải phổ
75
Hình 2.34. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS
75
Hình 2.35. Sơ đồ trải phổ trực tiếp kiểu BPSK
77
Hình 2.36. Sơ đồ trải phổ trực tiếp đơn giản
77
Hình 2.37: Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản.
77
Hình 2.38. Trải phổ dãy trực tiếp điều chế pha 4 mức
80
Hình 2.39. Trải phổ nhảy tần FHSS
81
Hình 2.40:. Sơ đồ mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần
82
Hình 2.41. Phổ của tín hiệu FDM và OFDM
83
Hình 2.42. a. Tác động của nhiễu đối với hệ thống đơn sóng mang
b. Tác động của nhiễu đến hệ thống đa sóng mang
83
Hình 2.44. Sơ đồ nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM
85
Hình 2.45.: Sơ đồ một hệ thống OFDM
86
Hình 2.46. Ảnh hưởng của ISI
87
Hinh 2.47.Chèn khoảng bảo vệ là khoảng trống
87
Hình 2.48. Chèn khoảng bảo vệ Cyclic prefix
87
Hình 2-49. X10 timing on 60 Hz waveform [5]
88
Hinh 2-50. X10 packet format [5]
89
Hình 2-51. CEBus spread spectrum chirp [10]
91
Hình 3-1. Sơ đồ khối của TDA5051A
95
Hình 3-2.Quan hệ giữa DATA
IN
và DATA
OUT
96
Hình 3-3. Phổ tín hiệu
97
Hình 3-4: Gói PDIP 28 chân của PIC16F876
98
Hình 3-5.Sơ đồ tổng quan của hệ thống PLC
102
Hình 3-6. Sơ đồ khối của hệ thống có topology (cấu trúc) hình sao
103
Hình 3-7. Sơ đồ hoạt động của vi điều khiển PIC16F876
105
Hình 3-8. Sơ đồ mạch của khối điều khiển
106
Hình 3-9. Sơ đồ chân cho đầu nối cái DB9
107
Hình 3-10. Trạng thái logic theo chuẩn EIA232
108
Trang xvi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 3-11. Sơ đồ mạch của truyền thông nối tiếp.
108
Hình 3-12. Sơ đồ mạch nạp JDM
109
Hình 3-13. Modem điện Philips TDA5051A
110
Hình 3-14. Mạch ghép sử dụng biến áp
111
Hình 3-15. Sơ đồ cấp nguồn
112
Hình 3.16. Sơ đồ thiết kế mạch in cho các Modul PLC
112
Hình 3.17. Mạch thực của các modul PLC
113
Hình 3-18: Đồng bộ thu, phát tại các vị trí qua không của tín hiệu 50 Hz
114
Hình 3-19. Quy ước giá trị của các bit 0 và 1
114
Hình 3-20. Từ mã bắt đầu và các từ mã biểu thị chữ
115
Hình 3-21. Các từ mã biểu thị số
115
Hình 3-22. Khung X10 được gửi đi 2 lần
115
Hình 3-23. Phân biệt dữ liệu liên tiếp
116
Hình 3-24. Mã khởi đầu và các chữ số
116
Hình 3-25. Mã lệnh
116
Hình 3-26. Khung lệnh được gửi 2 lần
116
Trang xiii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Nội dung
Trang
Hình 1.1. Nguyên lý cơ bản của quá trình truyền thông giữa một công ty
phân phối và khách hàng thông qua hệ thống AMR (Tele Tec. Co,
General description, 2009)
5
Hình 1.2. Phương thức truyền tải dữ liệu trong AMR
6
Hình 1.3. Định địa chỉ nhiều mức trong AMR
6
Hình 1.4. Đường cầu về điện của khách hàng
12
Hình 1.5. Đường cong yêu cầu thay đổi theo tải
12
Hình 1.6. Kiến trúc hệ thống AMR dựa trên PSTN
17
Hình 1.7. Kiến trúc mạng GSM
18
Hình 1.8. Nguyên lý hệ thổng AMR dựa trên kênh vô tuyến công suất lớn
23
Hình 1.9. Sơ đồ khối hệ thống AMR dựa trên PLC
26
Hình 1.10. Kiến trúc mạng AMR-PLC
27
Hình 1.11. Hệ thống AMR Collectric TM
28
Hình 1-12: Bộ Tập Trung
28
Hình 1-13: RTU
29
Hình 1-14: PRTU
30
Hình 1.15. Máy Tính Cầm Tay
31
Hình 1.16. Main Computer
32
Hình 1.17.Bộ Khuyếch Đại
32
Hình 1.18. Thiết bị Điều khiển tải - LC100MM
33
Hình 1.19. Công tơ Điện tử 1 pha - RR1M
34
Hình 1.20. Công tơ Điện tử 3 Pha - RR3M
35
Hình 1.21. Thiết bị hiển thị cầm tay
36
Hình 2.1. Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực
38
Hình 2.2. Truyền thông tin qua đường dây điện
39
Hình 2.3 Ghép và tách tín hiệu ra khỏi đường dây điện
43
Trang xiv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 2.4. Sơ đồ khối của hệ thống.
44
Hình 2.5. Ứng dụng PLC trong quản lý điện
46
Hình 2.6. Mạng thông tin PLC
46
Hình 2.7. Mô hình ứng dụng PLC trong gia đình – Intelligent home
47
Hình 2.8 Mô hình hệ thống truyền thông tin số trên đường dây điện lực
48
Hình 2.9. Phổ tần PLC của thông tin nội bộ
48
Hình 2.10. Ví dụ về sự méo tín hiệu trên lưới điện
48
Hình 2.11. các băng tần trong tiêu chuẩn CENELEC
49
Hình 2.12. Xung nhiễu xuất hiện khi bật đèn
50
Hình 2.13. Nhiễu xung tuần hoàn
51
Hình 2.14. Nhiễu phát ra khi chạy máy hút bụi và phổ tần của nó
51
Hình 2.15. Suy hao trong gia đình tại tần số 130 KHz
53
Hình 2.16. Hiện tượng sóng dừng
54
Hình 2.17. Mạch ghép dung kháng
57
Hình 2.18. Mạch ghép kết hợp LC
58
Hình 2.19. Các mạch lọc RC
60
Hình 2.20. Các mạch lọc LC đơn giản
60
Hình 2.21. Các mạch cộng hưởng LC
60
Hình 2.22. Mạch lọc thông dải dùng vi mạch HA17741
61
Hình 2.23. Ví dụ bộ mã hóa mã chập tỷ lệ 1/2
62
Hình 2.24. Sơ đồ cây biểu diễn bộ mã hóa mã xoắn ở hình 2.23
63
Hình 2.25. Sơ đồ lưới biểu diễn bộ mã hóa mã xoắn ở hình 2.23
64
Hình 2.26 Sơ đồ lưới giải mã
65
Hình 2.27. Đường sống và kết quả giải mã
65
Hình 2.28: Hệ thống sử dụng mã RS.
66
Hình 2.29. Bộ mã hoá Reed-Solomon
67
Hình 2.30. Các dạng tín hiệu được điều chế ASK, PSK, FSK
69
Hình 2.31. Phổ công suất tín hiệu khi điều chế số
70
Hình 2.32: Hiệu suất của một số KT điều chế khác nhau trong giảm nhiễu
73
Trang xv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 2.33. Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin trải phổ
75
Hình 2.34. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS
75
Hình 2.35. Sơ đồ trải phổ trực tiếp kiểu BPSK
77
Hình 2.36. Sơ đồ trải phổ trực tiếp đơn giản
77
Hình 2.37: Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản.
77
Hình 2.38. Trải phổ dãy trực tiếp điều chế pha 4 mức
80
Hình 2.39. Trải phổ nhảy tần FHSS
81
Hình 2.40:. Sơ đồ mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần
82
Hình 2.41. Phổ của tín hiệu FDM và OFDM
83
Hình 2.42. a. Tác động của nhiễu đối với hệ thống đơn sóng mang
b. Tác động của nhiễu đến hệ thống đa sóng mang
83
Hình 2.44. Sơ đồ nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM
85
Hình 2.45.: Sơ đồ một hệ thống OFDM
86
Hình 2.46. Ảnh hưởng của ISI
87
Hinh 2.47.Chèn khoảng bảo vệ là khoảng trống
87
Hình 2.48. Chèn khoảng bảo vệ Cyclic prefix
87
Hình 2-49. X10 timing on 60 Hz waveform [5]
88
Hinh 2-50. X10 packet format [5]
89
Hình 2-51. CEBus spread spectrum chirp [10]
91
Hình 3-1. Sơ đồ khối của TDA5051A
95
Hình 3-2.Quan hệ giữa DATA
IN
và DATA
OUT
96
Hình 3-3. Phổ tín hiệu
97
Hình 3-4: Gói PDIP 28 chân của PIC16F876
98
Hình 3-5.Sơ đồ tổng quan của hệ thống PLC
102
Hình 3-6. Sơ đồ khối của hệ thống có topology (cấu trúc) hình sao
103
Hình 3-7. Sơ đồ hoạt động của vi điều khiển PIC16F876
105
Hình 3-8. Sơ đồ mạch của khối điều khiển
106
Hình 3-9. Sơ đồ chân cho đầu nối cái DB9
107
Hình 3-10. Trạng thái logic theo chuẩn EIA232
108
Trang xvi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 3-11. Sơ đồ mạch của truyền thông nối tiếp.
108
Hình 3-12. Sơ đồ mạch nạp JDM
109
Hình 3-13. Modem điện Philips TDA5051A
110
Hình 3-14. Mạch ghép sử dụng biến áp
111
Hình 3-15. Sơ đồ cấp nguồn
112
Hình 3.16. Sơ đồ thiết kế mạch in cho các Modul PLC
112
Hình 3.17. Mạch thực của các modul PLC
113
Hình 3-18: Đồng bộ thu, phát tại các vị trí qua không của tín hiệu 50 Hz
114
Hình 3-19. Quy ước giá trị của các bit 0 và 1
114
Hình 3-20. Từ mã bắt đầu và các từ mã biểu thị chữ
115
Hình 3-21. Các từ mã biểu thị số
115
Hình 3-22. Khung X10 được gửi đi 2 lần
115
Hình 3-23. Phân biệt dữ liệu liên tiếp
116
Hình 3-24. Mã khởi đầu và các chữ số
116
Hình 3-25. Mã lệnh
116
Hình 3-26. Khung lệnh được gửi 2 lần
116
Trang xvii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Ký
hiệu
Tiếng Anh
Tiếng Việt
ASIC
Application Specific Intergrate Circuit
Mạch tích hợp ứng dụng đặc
biệt
AM
Amplitude Modulation
Điều biên
AMR
Automated Meter Reading
Tự động đọc công tơ
AMM
Automated Meter Management
Tự động quản lý công tơ
ASK
Amplitude Shift Keying
Khóa dịch biên
BER
Bit Error Rate
Tỉ lệ lỗi bit
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
BSC
Base Station Control
Điều khiển trạm gốc
BSK
Binary Shift Keying
Khoá dịch pha cơ hai
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc
CDMA
Code Divission Multiplex Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã
CEPT
Conference of European Posts and
Telecommunication Administrations
Hội nghị về quản lý bưu
chính viễn thông Châu Âu
CIS
Customer Information Service
Dịch vụ thông tin khách hàng
DCU
Data Concentration Unit
Đơn vị tập trung dữ liệu
DM
Delta Modulation
Điều tần
DS
Direct Sequence
Chuỗi trực tiếp
DSSS
Direct Sequence Spread Spectrum
Trải phổ dãy trực tiếp
DPSK
Differential Phase Shift Keying
Khóa dịch pha vi phân
EPRI
Electrical Power research Institution
Viện nghiên cứu điện năng
FFH
Fast Frequency Hopping
Nhảy tần nhanh.
Trang xviii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
FH
Frequency Hopping
Nhảy tần
FHSS
Frequency Hopping Spread Spectrum
Trải phổ nhảy tần
FM
Frequency Modulation
Điều tần
FSK
Frequency Shift Keying
Khóa dịch tần
FDM
Frequency Division Multiplexing
Đa truy nhập theo tần số
FPGA
Field Programmable Gate Array
Phạm vi có thể lập trình cổng
mạng
GSM
Global System for Mobile
communication
Điện thoại di động toàn cầu
HCS
Host Center Station
Trạm máy chủ trung tâm
HLR
Home Local Register
Thanh ghi định vị thường trú
HPR
High Power Radio
Kênh vô tuyến công suất cao
IMEI
International Mobile Equipment
Identifier
Nhận dạng thiết bị di động
quốc tế
IMSI
International Mobile Subscriber
Identifier
Nhận dạng thuê bao di động
quốc tế
ISDN
Intergrated Service Digital Network
Mạng số tổ hợp dịch vụ
ISI
Inter Symbol Interference
Nhiễu ISI
LAN
Local Area Network
Mạng khu vực
LPR
Low Power Radio
Kênh vô tuyến công suất thấp
MIU
Đơn vị giao tiếp đồng hồ
Đơn vị giao tiếp đồng hồ .
MS
Mobile Station
Máy di động
MSC
Mobile Switching Center
Trung tâm chuyển mạch di
động
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Điều chế đa sóng mang
PC
Personal Computer
Máy tính cá nhân
PCM
Pulse Code Modulation
Điều chế xung mã
PIN
Personal Identification Number
Số nhận dạng cá nhân
Trang xix
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
PLC
Power Line Communication
Truyền thông trên đường cáp
điện
PLL
Phase Locked Loop
Vòng khóa pha
PLM
Power Line Modem
Modem điện lực
PRBS
Pseudo Random Binary Sequence
Chuỗi nhị phân giả ngẫu
nhiên
PSK
Phase Shift Keying
Khóa dịch pha
PSTN
Public Switching Telephone Netwwork
Mạng chuyển mạch điện thoại
công cộng
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên cầu phương
Q-PSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khoá dịch pha cầu phương
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RMR
Remote Meter reading
Đọc công tơ từ xa
RTU
Remote Tranceiver Unit
Thiết bị phát từ xa một chiều
SF
Selective Fading
Pha định lựa chọn
Smart
IMS
Smart Integrated Metering System
Hệ thống đo lường tích hợp
thông minh
SIM
Subscriber Identifier Modul
Đơn vị nhận dạng thuê bao
SSMA
Spread Spectrum Multiple Access
Đa truy nhập trải phổ
VLR
Visitor Local Register
Thanh ghi định vị tạm trú
WLL
Wireless Local Loop
Truy nhập không dây nội hạt
