第一章 SXDC-2 的电力载波系统设计及实现
1.1 电力载波控制电源的设计
电力载波本身是 50HZ 基波（在中国）载波的方式进行数据传输与信息交换。如果它的电源本身纯净度不够，那么由于电源 EMC 干扰电力载波通讯，在工程实践中产生各种问题而其影响可靠性，原因很难找。因此我们必须设计一种符合电力线载波的电源，即电源本身不会对载波电路产生影响，即使在载波数据过程中有对其产生的干扰，也是外部因素（如电网高次波、用电器频繁动作、感应雷、大电容设备运行等）。基于 SXDC-2 的电力载波调制解调器必须用 DC3.3v、DC12v的纯净电源作为内部计算及数据收发用。
1、 工程磁学范畴内的常用电源不外乎线性稳压电源与开关源。两个各有缺点。线性电源的调管工作在放大状态，因而发热量大，效率低，而且需要加体积庞大的散热片及大重量大体积的工频变压器；开关电源的调管工作在饱和和截止状态，因而发热量小，效率高，而且省掉了大体积的变压器。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的波。另外由于开关管开关瞬间会产生很大的尖峰脉冲干扰，均需在电路中添加辅助电路加以改善。相对而言线性电源没有以上缺陷。从以上表格不难看出，对电源效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳，对电磁干扰和电源纯净性有要求的地方多选用线性电源。
2、 用于电力载波调制调解器的电容降压型线性电源。首先根据我们的实际应用，必须选用线性电源作为载波器的能源动力，同时经过不断探索，优化设计，减小设备体积，以最大限度降低设备成本，提高电源的性价比。我们设计的电容降压型线性电源具有：a、电路结构非常简单，具有体积小、重量轻，有利于实现电子设备的小型化；b、省去了电源变压器，对元器件的要求也不高，成本非常低，有力于降低电子设备的成本；c、电容降压电路是一个电流源，只需改变基准电压元件，就可得到很宽范围内的任一 DC 电压源；这种电路，输出 DC 电压与输入 AC 电源之间是不隔离的，因此，它用在不需隔离的电子设备中，且比较适合 SXDC-2 电力载波调制调解器。
1.1.1 电容降压型线性电源原理
当一个正弦交流电源 U（如 220VAC 50HZ）施加在电容电路上时，电容器两极板上的电荷，极板间的电场都是时间的函数。也就是说：电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。即加在电容上的电压幅值一定，频率一定时，就会流过一个稳定的正弦交流电流 ic。容抗越小（电容值越大），流过电容器的电流越大，在电容器上串联一个合适的负载，就能得到一个降低的电压源，可经过整流，滤波，稳压输出。电容在电路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以电容降压型电路的效率很高。
电路由降压电容，限流，整流滤波和稳压分流等电路组成。
1、降压电容：相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，几乎承受全部的交流电源 U，应选用无极性的金属膜电容（METAIIIZEDPOIYESTER FIIM CAPACITOR）。
2、限流电路：在合上电源的瞬间，有可能是 U 的正或负半周的峰_峰值，此时瞬间电流会很大，因此在回路中需串联一个限流电阻，以保证电路的安全。
3、整流滤波：有半波整流和全波整流，与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。
4、稳压分流：电压降压回路中，电流有效值 I 是稳定的，不受负载电流大小变化的影响，因此在稳压电路中，要有分流回路，以响应负载电流的大小变化。
1.2阻波器的制作
电力线载波通信技术已逐渐成为国内外通信领域的研究热点，具有巨大的市场潜力。全世界有多种调制技术，均有很好的性能，然而由于低压电力网的特殊性，尤其是国内电力网的“混乱”，其通信环境相当恶劣，突出表现在信道的噪声大、干扰多、阻抗变化大，对载波信号的衰减大且存在多径干扰现象等等，国外很多技术都不能在国内的低压电力线上作高可靠传输，因此研发具有中国特色的电力载波方式的调制调解辅助技术—低压电力线载波的阻波器具有迫切性，在实际使用过程中，我们发现基于 SXDC-2 电力载波调制调解器配上阻波器能使数据在 1K-8K 之间流畅传输[28,29,30]。
1.2.1 适用于低压电力线载波的阻波器
传统的宽频线路阻波器主要有两种，即双频展宽式和高通式，其调谐理论都是建立在理想化的电路基础上的，因此理论计算本身就存在较大的误差。同时，在测量理论和方法方面也存在着许多问题。鉴于这两方面的原因，长期以来线路阻波器频率特性的理论计算和实际测量值之间存在着非系统、非随机的误差。而消除这一误差只能靠阻波器调试时反复变换元件中参数来解决，这样做不仅费时费力，而且其有很大的盲目性。诚然，在早的产品中，由于采用小体积的云母电容器，电容值的变化可以通过串、并联的方式予以调整。但随着低压电力载波事业的发展，大电流，可变电流（阻抗），宽频阻波器的需求增加，要求产品采用新型元器件，则必须解决有关元器件参数的容量选择和误差 问题。我们经过长时间的研究和实践，终于从理论设计和实际应用两个方面解决了上述问题，使阻波器频率特性的理论值和实测值之间的误差小到工程允许的范围内。我们从分析元件的频率特性入手：继而分析部件和整体的频率特性，终于形成了新型调谐理论的核心思想，即阻波器的调谐回路可以等效为一个由主回路和一个副回路并联构成的二端网络。它不仅适用于宽频阻波器，也适用于单频阻波器。它的另一个突出标志是建立了全频率范围内的宽频阻波器调谐理论。
第三章 SXDC-2 的电力载波系统设计........... 26-41
3.1 电力载波控制电源的设计........... 26-31
3.1.1 电容降压型线性电源原理........... 27-28
3.1.2 12V 电源电路原理...........28-30
3.1.3 3.3V 电源电路原理........... 30-31
3.2 阻波器的制作 ...........31-36
3.2.1 适用于低压电力线载波...........31-32
3.2.2 低压电力线载波的阻波器设计........... 32-36
3.3 SXDC-2 的电力载波调制解调器........... 36-40
3.3.1 目前存在的问题及解决问题办法........... 36-37
3.3.2 SXDC-2 的电力载波调制解调器........... 37-38
3.3.3 耦合电路部分设计........... 38-39
3.3.4 信号接收部分电路设计........... 39-40
3.3.5 信号发射电路部分设........... 40
3.3.6 通信测试........... 40
3.4 本章小结........... 40-41
第四章 系统设计及实现........... 41-71
4.1 系统方案 ...........41-43
4.2 上位机设计........... 43-53
4.2.1 开发工具及数据库........... 43
4.2.2 系统主要功能........... 43-44
4.2.3 程序设计...........44-53
4.3 网络设计 ...........53-56
4.3.1 PPP 协议实现........... 53-55
4.3.2 AT指令及CDMA接入INTERNET........... 55
4.3.3 配置CDMA DTU ...........55-56
4.4 下位机设计........... 56-66
4.5 电力载波用户数据流程设计........... 66-70
4.6 本章小结........... 70-71
结论
路灯监控系统方案很多，本系统采用基于电力线载波和 CDMA 接入 Internet的技术，分上下两级为实现广域范围路灯的集中管理和控制作了探讨研究。第一级是在箱变内，实现路灯控制、总电流、电压的采集。二级在各个路灯可实现单灯控制、节能、线缆防盗、亮灯率统计等，可将各个节点的数据接入 Internet，实现路灯的远程管理。下位机集中器一方面利用载波接口接收单灯的数据，另一方面利用 CDMA 接口将集中的数据传送到 Internet 上。管理中心软件从 Internet 获取数据并将之集中管理，同时又可将控制命令传送到各个单灯终端，实现集中控制。低压电力线载波技术使得路灯系统利用现有的电力线作信息传递的传输介质，省去了类似 RS485、无线技术的大量铺线工程或可靠性得不到保障，是一种非常经济和便利的控制方式。CDMA 技术以其永远在线和数据流量记费的特点，使得控制系统的数据可以接入 Internet，实现广域范围的集中管理和控制。
本课题的研究可以说明基于低压电力载波和 CDMA 技术的路灯控制系统是可行的和有效的，它将代表着路灯管理发展的发展的新趋势。此系统上位机软件采用 DELPHI 技术编写，实现了电量的显示、路灯的开关、线路的防盗等功能；远程网络传输采用中国电信 CDMA 网络技术和 Internet 互联网技术；下位机网络采用电力载波技术、下位机的电源、阻波器、耦合器全部自行设计开发。此系统已经成功完成实验设计及在 300 个电力箱变的实际运行。在实际环境下，数据传输率及传输速度均已满足预期设计要求，实践证明了载波通信的正确性及可行性。在系统的准确报警引导下，当地公安机关共抓获盗窃犯罪嫌疑人 31 人次，抑制了路灯电缆被盗而毫无对策的局面。以浙江省袍江工业区为例，2006 年～2008年，路灯电缆年被盗加修复费用约为 240 万元，自从应用“基于电力载波的路灯管理系统”以来，路灯电缆从未被盗走一丝一毫。利用本系统“单等控制”实施路灯节能以来，已在浙江省内试销，从产品使用时间相对较长，以浙江省绍兴经济开发区、袍江工业区和镜湖国家城市湿地公园 2008 年为例，平均节能率达 30%，年节约电能达 250 万度，折合人民币 200 余万元，相当于节约 100 吨标准煤，减排 75 吨 SO2。
因此进一步提高系统传输速率与可靠性，使其能被推广普及至其他通信领域内。该硬件系统采用了高性能的电力载波调试解调模块 SXDC-2,对电网噪声具有较强的抗干扰能力系统经过了近两年的实际应用,因此它的移植性能,十分便于推广应用。在项目的设计过程中，遇到了许多实际问题及困难。通过解决问题和克服困难，逐渐地丰富了学识，增长了技能，提高了实践能力。这将对提出的载波技术进一步加深理解，并不断丰富和改进这项技术，使其能够经受实践的检验。在该系统成熟稳定的前提下，下一步计划将该技术引用到家庭智能化监控中。2008 年《基于电力载波的路灯管理系统的开发》列入浙江省《国内科技合作与引进成果转化重大专项重点项目》并获支持。
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