LED电力载波通信设计
摘要： 低压电力线载波通信技术是利用现有的电力线作为信号传输信道来实现一对一、一对多或多对多的通信技术。在本设计中主要实现主从通信，为交通信号灯系统进行相关数据的传送。本设计采用青岛东软的电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E来设计电力线载波模块。在本设计中，采用的调制方式是二进制频移键控（BFSK）方式，并将调制后的信号进行直接序列扩频以增强其抗干扰性。本设计还对其他的数字调制方式进行了简单的介绍，通过比较分析选择BFSK和直序扩频方式实现信息的调制。 本设计是基于PLCI36-III-E的电力线载波模块，其硬件部分包括载波耦合电路、信号发送电路（信号功率放大电路和输出功率控制电路）、滤波接收单元（接收滤波电路和解调电路）等。在完成本设计硬件部分的理论分析后，进行相关的测试，并对测试结果做进一步的分析。
关键词：低压电力线载波通信； 二进制频移键控； 直接序列扩频.
1.引言
LED照明、亮化应用越来越广，尚有很多技术难题有待解决。在应用中有很多数据需测试，在实际使用中，灯具置于高空中，难以现场测试，故击破远程监控。本课题通过传感器实时采样，把运行信息通过电力载波方式上传到管理中心，并按需处理。
国外对路灯节能的探索。在电力紧张的背景下，政府出台了一些文件，要求在后半夜，采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施，关闭部分光源。这只能作为缓解电力紧张局面的权宜之计。因为，“亮一隔一”或“亮一隔二”不仅减小照度，同时区别于不同的灯杆布置方式，照度均匀度将不同程度、甚至是严重的下降，对交通、行人安全、对维护社会治安产生不利影响。七十年代的世界性能源危机中，日本大藏省曾要求在工厂、办公室和道路上进行间隔点灯的试验，结果导致生产率和办公效率降低以及治安、道路交通事故的大幅上升，不到一年时间就在一片反对声中全部放弃了。显然，这种消极的节电是不可取的。另外，这种方式由于需要在同一路径上敷设两根路灯供电电缆，也增加了建设投资。
“在保证照明效果下点着灯节电”，这样的概念才是科学的，合理的，这是发达国家道路照明系统的设计思想之一。
我国路灯照明现状。据调查，我国小型城市在夜晚9点后，大中城市在午夜12点后，道路上几乎空无一人，即便是北京、上海、广州这样的繁华都市，凌晨2点以后，道路上也已罕见行人、车辆。从这一时段直至清晨6点路灯熄灭，在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。城市公共照明在我国照明耗电中占30％的比例，约439亿kWh，以平均电价0.65元／kWh计算，一年开支285亿元。在市政开支极度紧张的今天，国内绝大部分的城市和地区几乎不约而同地采用了日本等国家在七十年代就抛弃了的路灯隔盏关灯的省钱方法，其中的弊病不言而喻——不仅导致了路面照度分布不均，给治安及交通安全埋下了隐患，而且不能避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损，因此不能称做是真正意义上的节能。当发达国家在讨论什么是“恰到好处的照度水平”的今天，我们这种控制方法就太落后了。
九十年代以来，夜景照明建设成为都市市政设施建设的一个重要环节，各地也取得了相应的成绩，但是市政开支普遍紧张与增设夜景照明形成了很大的矛盾以沿海某开放城市为例，大批路灯在安装后迫于财政紧张的压力，支付不起沉重的照明电费开支，又不得不关掉近一半的灯，结果近年新装的部分路灯形同摆设，造成变相浪费。
要实现路灯的节能，一方面是使用节能器件，特别是灯具和镇流器的节能化；另一方面是实现控制节能，采用节能控制技术，比如智能光源降压—稳压—调光技术，电磁按时段换档控制方案，电磁固定降压控制方案。
智能光源降压—稳压—调光技术。智能光源降压—稳压—调光技术是国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术。它充分考虑了城市道路照明的实际状况，依据人体工程学中的视觉理论，采用现代控制论中的最优控制方法，实现了对路灯电压及照度的动态智能化管理。此项技术的基本思路就是：在繁忙的时段，控制路灯保持较强的照度，接近午夜时分，开始自动调光，在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明(类似房灯的调光器，可以随需要而任意调光)。它的主要优点就是在调光的同时也大幅降低了电耗，节约有功电耗达30％以上。房灯调光已流行多年，主要是因为室内灯功率小，容易实现。而道路照明则完全不同：首先，灯泡功率大，不易控制；其次，使用环境恶劣，九十年代，电力电子元件技术有了突飞猛进的发展，调光技术有了可靠的质量保障，通过一些地区的规模应用，其完美的调光效果和节电功能得到了一致认同，在德国，美国这些耗电大国，此类技术也得到了政府的大力扶持和推广。智能光源降压—稳压—调光技术的控制过程是：通过测取城市道路车辆及行人的“时间—车辆(人)”统计规律，获取相应的照度调整率，依此来设计计算机的控制程序，根据照度调整率，从某一时刻开始，平滑地对路灯输入电压进行动态调整，使路灯输入电功率与实际照度要求达到最佳匹配，不仅节约了电能，而且稳定了电压，延长了路灯的使用寿命，达到了双重意义上的节能。
开灯比关灯更省钱前面提到的关灯节能方法是以牺牲城市照明和诱发犯罪率以及交通事故上升为代价的，而智能光源降压—稳压一调光技术所达到的节电率高于30％，由此而言，采用智能光源降压—稳压—调光技术，开灯比关灯更省钱。
算一笔看不见的帐。我国现有的路灯70％以上使用的都是高压钠灯，其设计寿命为24000小时(5年)。但是由于我国城市电网技术落后，造成线路的电压波动大大超过国际标准，许多地区的波动甚至超过额定电压的左右15％，特别是在后半夜，由于电负荷减少使得电网电压有时接近245V，致使路灯灯泡的实际使用寿命平均不到一年。现在，可以算这样一笔帐：以沿海开放城市为例，路灯每年需要更换一次灯泡，更换一只灯泡所需费用(含镇流器损耗、人工、车辆等)为120元，该市共有两万多只常开的路灯，则每年仅更换路灯灯泡的费用就高达两百多万元人民币，如果采用了智能光源降压—稳压—调光技术，路灯灯泡的使用寿命可延长一倍，仅此一项，一年就可节约开支两百多万元，加上节电30％，一年可节约七百多万元电费，两项相加就有近千万元之巨。如果450万元作为先期投入，半年内所节约的费用即可回收，逐年节约的资金可以重新投入市政建设。
据1999年全国道路照明专业委员会第九届年会上得到的不完全统计数字，目前国内所有城市道路照明的总灯数约300万只(套)，工矿企业、车站、机场、码头、高速公路照明等非市政照明灯具约100万只(套)，总数400多万只，并且每年递增10％以上。如果及时采用此项技术，仅从节约电费、降低灯泡损耗和人工开支三项来计算，五年时间可为国家节约近100亿元人民币，可以少建三座装机120万kW的火电站，同时节约了大批的原煤。对于全国的总耗电量而言，道路照明只占一个小小的百分数，也正因如此，它才有可能成为推动节能运动的一个突破口。从道路照明着手，花两三年时间摸索出一套符合中国国情的商业化运作模式，然后在全国各行各业全面推广。当然，这需要政府下大决心、花大力气去进行推动。
电磁按时段换档控制方案。目前，市场上大部分照明节能产品，都采用传统电磁换档技术，现在的产品均是接触器换档方式。但是灯具电压随电网电压波动而波动，没有稳压功能；由于耗用大量铜材和矽钢，被盗和破坏严重。
电磁固定降压控制方案。具有价格便宜，寿命长的优点，只要能接受开机就降压。但是由于固定降压，不需要高亮度照明的后半夜，由于电网电压升高，灯具反而更亮。
2.总体方案设计
设计要求：
对被管理区域的LED灯进行信息监控，对于各LED灯的使用情况通过局域电力载的信号传递方式传到管理中心。
（1）.单只LED灯设备信息采集器的设计
使用日期、时间、损坏时间、修复时间，累计使用时间，其他参数（电压、电流、用电量）、电力载波信息传送。
（2）网关设计
单台上网、设备完好率统计、设备累计时间统计、维修单生成、历史故障查询.
目录
1.引言..................................................................1
2.总体方案设计...........................................................3
2.1.1 方案一...........................................................3
2.1.2方案二............................................................3
3.分电路设计和论证.
3.1.电源电路模块.........................................................4
3.2信号采样与处理模块...................................................4
3.3调制与解调模块.......................................................8
3.4电路分布介绍........................................................12
3.4.1载波耦合电路.....................................................12
3.4.2信号功率放大电路.................................................14
3.4.3输出功率控制电路.................................................15
3.4.5接收滤波电路.....................................................15
3.4.6解调电路........................................................16
3.4.7调制电路.........................................................18
3.5编程使能控制电路及网络地址管理......................................19
4.软件设计
4.1系统主程序流程图...................................................20
4.2电力载波接收的流程图................................................21
4.3电力载波发射的流程图................................................22
4.4监控系统流程图......................................................23
4.5数据采集流程图......................................................24
4.6功率脉冲转换流程图..................................................25
4.7主程序..............................................................26
4.8 直接扩频通信程序....................................................27
4.9ADE7755功率脉冲转换.................................................30
5.软硬件系统的调试
5.1模块测试方案概述...................................................30
5.2硬件测试部分.......................................................31
5.2.1.供电电源的测试................................................31
5.2.2．载波芯片的相应引脚测试.......................................31
5.2.3．调制解调集成电路（AFE3361）的测试.............................31
5.3软件测试部分..................................................... 31
5.3.1载波模块的MAC地址初始化......................................31
5.3.2向载波模块写数据..............................................32
5.3.3从载波模块读数据..............................................32
6 附录...................................................................33
7参考文献...............................................................33
参考文献：
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