Mang trong nha su dung duong day dien 1 153712

Đồ án tốt nghiệp Mạng nhà sử dụng đờng dây điện Mục lục Mục lục Danh mục hình vẽ đồ thị Danh mục bảng biểu Danh mơc c¸c chữ viết tắt Mở đầu PhÇn I Giíi thiƯu vÒ PLC 10 I Giíi thiƯu chung vỊ PLC 10 PLC gì? 10 So sánh công nghệ PLC với công nghệ truy cập băng rộng khác.11 Một số đặc ®iĨm cđa m¹ng PLC: .12 Phân loại PLC 13 øng dơng cđa PLC .14 Lịch sử phát triển công nghệ PLC: 17 Các hoạt động chuÈn ho¸ PLC 18 ChuÈn cho th«ng tin PLC 19 Mét sè chuÈn liªn quan .22 II Mạng nhà sử dụng đờng dây điện 23 Yêu cầu hệ thống mạng nhà hoàn chỉnh 24 Một số phơng pháp để thiết lập mạng nhà .25 Thiết lập mạng nhà dùng PLC 28 3.1 Ých lỵi cđa PLC 29 3.2 Những khó khăn hệ thống PLC 29 Mét sè hệ thống mạng nhà hành: .30 4.1 CEBus 30 4.2 LONWork(Local Operation NetWork ) .31 4.3 X10 .32 Phần II Cơ sở truyền tin hệ thống PLC 35 Các thành phần mạng PLC .36 Đặc tính đờng dây điện .36 Mức độ phân nhánh 37 Trë kh¸ng 38 MÐo 41 NhiÔu 42 6.1 NhiÒu nÒn .42 6.2 NhiÔu xung 44 6.3 NhiƠu d¶i hĐp .46 6.4 Nhiễu đồng với tần sè ®iƯn 50 Hz 46 6.4 NhiƠu tr¾ng 48 6.5 Nhiễu không đồng với tÇn sè 50 Hz: 49 Đặc tính suy giảm 53 DÞch pha .55 S / N 55 10.Mô hình đờng truyền 56 11.Băng tần 56 Trần Khánh Thành CĐ4A_K44 Đồ án tốt nghiệp Mạng nhà sử dụng đờng dây điện Phần III Hệ thống thông tin mạng điện hạ áp .59 Sơ đồ khối chung hÖ thèng PLC 60 M· hãa .60 Phơng thức điều chế 60 Tr¶i phỉ 63 §iỊu chÕ OFDM 67 M¹ch ghÐp nèi 75 Phơng thức điều khiển lỗi 78 8.1 Phát lỗi .78 8.2 Phơng thức sửa lỗi 79 §a truy nhËp 80 Phần IV Xây dựng hệ thống PLC sử dụng TDA5051 83 Sơ đồ khối hệ thống 83 Giíi thiƯu vỊ TDA 5051 84 2.1 Một số đặc tính cña modem TDA 5051 84 2.2 Mét sè øng dơng cđa TDA 5051 .85 2.3 Sơ đồ TDA 5051 85 2.4 C¸c chế độ hoạt động TDA5051 87 Sơ đồ nguyên lí 91 ChuÈn S.N.A.P Version 1.00 94 4.1 Giíi thiƯu .94 4.2 CÊu tróc khung d÷ liÖu chuÈn S.N.A.P 96 4.3 Các phơng thức phát lỗi .98 4.4 VÝ dô 101 S¬ đồ lắp ráp 103 KÕt luËn 104 Tµi liƯu tham kh¶o .106 Danh mục hình vẽ đồ thị Figure 1: VÝ dơ vỊ mét hƯ thèng th«ng tin PLC 10 Figure 2: Hai lo¹i PLC truy cập tạo mạng nhà 14 Figure 3: Chuẩn tần số CENELEC B¾c MÜ 21 Figure 4: M· Start chuÈn X10 33 Figure 5: Khung d÷ liƯu X10 33 Figure 6: Mặt cắt điển hình dây điện hai líp 37 Figure 7: CÊu h×nh phân nhánh điển hình đồ thị phân nhánh theo thêi gian 38 Figure 8: Mô hình dây điện đơn .39 Figure 9: Mô hình tơng đơng dây cáp điện hai sợi 39 Figure10: Mô hình tải tơng đơng hệ thống tải điện dân dụng 39 Figure11: Đáp ứng tần số - biên độ pha kênh truyền 42 Figure12: Đồ thị theo thời gian nhiễu nỊn 44 Figure13: Ph©n bè phỉ cđa nhiƠu nỊn 44 Figure14: Nhiễu bật tắt đèn sợi đốt 46 Figure15: NhiÔu d¶i hĐp 47 Figure16: Nhiễu chuyển mạch nguồn cấp thiết bị .48 Figure17: Nhiều xung liên tục đồng với tần số lới điện 48 Trần Khánh Thành CĐ4A_K44 Đồ án tốt nghiệp Mạng nhà sử dụng đờng dây điện Figure18: NhiƠu hƯ thèng th«ng tin néi bé 50 Figure19 Nhiễu môtơ nói chung .51 Figure20: Phân bố biên độ nhiễu 51 Figure21: Phân bố khoảng thờì gian xt hiƯn nhiƠu 51 Figure22: §é suy giảm kênh truyền .54 Figure23: Độ dịch pha theo tần số với khoảng cách m 33 m 56 Figure24: Mô hình đờng truyền dạng 56 Figure25: Mô hình đờng truyền d¹ng 57 Figure26: Đờng cong trở kháng tần số 58 Figure27: Mô hình hệ thống thông tin 60 Figure28: So sánh FSK PSK 62 Figure29: Sơ đồ phân bố biên độ pha QAM bit bit 69 Figure30: Phỉ cđa c¸c tÝn hiệu hình sin tần số Fs, Fs 69 Figure31: Phỉ cđa c¸c sãng mang víi cưa sổ cắt theo thời gian Ts =1/ Fs 70 Figure32: T¹o tÝn hiƯu b»ng IFFT 70 Figure33: NhiƠu ®a ®êng .71 Figure34: Phân bố tần số .74 Figure35: Sơ đồ khối thực ph¸t OFDM 75 Figure36: Sơ đồ khối thu OFDM 75 Figure37: Mạch ghép nối cảm kháng đơn giản 77 Figure38: Mạch ghép nối dùng biến áp đúp 77 Figure39: Ví dụ sơ đồ ghÐp nèi quang 79 Figure40: Sơ đồ khối chung modem 83 Figure41: Vị trí TDA5051 mô hình truyền tin .84 Figure42: Sơ đồ khối bên sơ đồ chân TDA5051 86 Figure43: Trun tÝn hiƯu sư dơng ASK cho mà NRZ 87 Figure44: Bảng giá trị giới hạn tham số TDA 5051 90 Figure45: Phổ tín hiệu định dạng 91 Figure46: Phæ cña sãng mang .92 Figure47: Điều chỉnh hệ số AGC (hai hình không tỉ lệ xích) 92 Figure48: Sơ đồ nguyªn lÝ 94 Figure49: Board m¹ch 95 Danh mục bảng biểu Table 1: So sánh PLC với công nghệ truy cập băng rộng khác .12 Table 2: So sánh mạng nhà 25 Table 3: So sánh mạng sử dụng cáp có sẵn .26 Table 4: Đặc tính biên độ thời gian tồn nhiễu đo đợc với số thiết bị điện 51 Table 5: Kết qủa khảo sát mức ®é sư dơng cđa mét sè thiÕt bÞ ®iƯn .52 Table 6: So sánh số phơng thức điều chÕ phæ biÕn 66 Table 7: ý nghĩa chân TDA 5051 .85 Trần Khánh Thành CĐ4A_K44 Đồ án tốt nghiệp Trần Khánh Thành CĐ4A_K44 Mạng nhà sử dụng đờng dây điện Đồ án tốt nghiệp Mạng nhà sử dụng đờng dây điện Danh mục chữ viết tắt ADC AM AMR ARQ ATM AWGN BPSK CDMA CRC CSMA DHCP DLL DNS DSSS FDMA FFT FHSS FM IFFT IP ISI ISP LAN LLC MAC NAT NOC OFDM OSI PLC QAM QPSK Analog to Digital Ampitude Modulation Automate Meter Reading Automatic Repeat Request Asynchronous Transfer Mode Additive White Gaussian Noise Binary Phase Shift Keying Code Division Multiple Access Cyclic Redundancy Check Carrier Sense Multiple Access Dynamic Host Configuration Protocol Data Link Layer Domain Name Server Direct Sequence Spread Spectrum Frequency Division Multiple Access Fast Fourier Transform Frequence Hopping Spread Spectrum Frequence Modulation Inverse Fast Fourier Transform Interner Protocol Inter Symbol Interference Internet Service Provider Local Area Network Logical Link Control Medium Access Control Network Address Translation Network Operations Center Orthogonal Frequency Division Multiplexing Open Systems Interconect Power Line Communication Quadrature Amplitude Modulation Quaterary Phase Shift TrÇn Khánh Thành CĐ4A_K44 Biến đổi từ tơng tự sang số Điều biên Đọc số công tơ tự động Yêu cầu truyền lại tự động Chế độ truyền không đồng Nhiều Gaussian trắng cộng Khoá dịch pha nhị phân §a truy nhËp ph©n chia theo m· KiĨm tra d vòng Đa truy nhập cảm ứng sóng mang Giao thức cấu hình trạm động Lớp liên kết liệu Sevre tên miền Trải phổ dÃy trực tiếp Đa truy nhập phân chia theo thời gian Biến đổi Fourier nhanh Trải phổ nhảy tần Điều chế tần số Biến đổi Fourier nhanh ngợc Giao thức Internet Giao thoa liên kí tự Nhà cung cấp dịch vụ Internet Mạng nội hạt Điều khiển liên kết logic Điều khiển đa truy nhập Dịch địa mạng Trung tâm vận hành mạng Ghép phân chia tần số trực giao Liên kết hệ thống mở Truyền tin đờng dây cáp điện Điều chế biên độ cầu phơng Khoá dịch pha cầu phơng Đồ án tèt nghiÖp SNMP SNR SS TCP TDMA UDP WAN SCADA LVL PSD PDF ASIC Mạng nhà sử dụng đờng dây điện Keying Simple Network Mangement Protocol Signal to Noise Ratio Spread Spectrum Transmision Control Protocol Time Division Multiple Access User Datagram Protocol Wide Area Network Supervisory Control And Data Acquisition Low Voltage PowerLine Power Spectral Density Probability Density Function Application Specific Integrated Circuit Trần Khánh Thành CĐ4A_K44 Giao thức quản lí mạng đơn giản Tỉ số tín hiệu tạp âm Trải phổ Giao thức điều khiển truyền dẫn Đa truy nhập phân chia thời gian Giao thức đơn vị liệu ngời dùng Mạng diện rộng Giám sát điều khiển thu nhận liệu Lới điện hạ Mật độ phổ công suất Hàm mật độ xác suất Mạch điện tích hợp ứng dụng đặc biệt Đồ án tốt nghiệp Mạng nhà sử dụng đờng dây điện Mở đầu Ngày ngành công nghiệp điện phát triển mạnh mẽ để đáp ứng kịp thời nhu cầu sống sinh hoạt ngời phục vụ ngành sản xuất khác Việc sử dụng mạng lới điện làm phơng tiện liên lạc - điều khiển vừa kết hợp truyền lợng dòng tin tức vừa phù hợp nhu cầu sinh hoạt ngày phong phú ngời Một nhu cầu cấp thiết công nghiệp điện lực xây dựng phơng tiện liên lạc để trao đổi thông tin trung tâm điều khiển điểm hoạt động với mức điện áp khác Đây toán phức tạp có ý nghĩa kinh tế lớn liên quan chặt chẽ đến lĩnh vực: đo lờng, điều khiển, thông tin liên lạc Hiện giới đà áp dụng rộng rÃi kênh liên lạc cao tần mạng điện cao áp nhằm mục đích truyền thông tin, điều khiển trình sản xuất phân phối điện(truyền tín hiệu bảo vệ rơle, automat chống cố, hệ thống điều khiển từ xa liên lạc thoại ) Việc xây dựng hệ thống liên lạc đờng dây tải điện đợc số nớc quan tâm nh Mỹ, Nhật, Châu Âu Những nớc trọng sử dụng mạng hạ áp trung áp cho mục đích truyền tin, tốc độ thông tin đà đạt đợc 150 kbps, số trờng hợp đơn giản lên tới Mbps Tuy kết đạt đợc giai đoạn thử nghiệm cha đợc ứng dụng nhiều Nớc ta đà có nhiều công trình nghiên cứu truyền số liệu từ xa có kết tốt nhng việc sử dụng đờng dây tải điện làm phơng tiện liên lạc lại cha đợc quan tâm thích đáng Truyền tin qua đờng dây tải điện vấn đề thời nhiều nớc phát triển Để hoà nhập với phát triển khoa học kĩ thuật nớc nh đóng góp thêm ứng dụng hữu ích, việc nghiên cứu sử dụng đờng dây tải điện làm phơng tiện truyền tin cần thiết phù hợp với nớc ta Công nghệ PLC trải rộng nhiều lĩnh vực Trong phạm vi đồ án tập trung vào việc tìm hiểu hệ thống mạng thông tin nhà qua mạng điện dân dụng, phân tích so sánh u nhợc điểm với hệ thống khác, xem xét trình phát triển sản phẩm loại giới, tìm hiểu nguyên lí, sở truyền tin qua mạng điện với đặc tính kỹ thuật riêng Trần Khánh Thành CĐ4A_K44 Đồ án tốt nghiệp Mạng nhà sử dụng đờng dây điện (trở kháng, nhiễu, suy giảm, hàm truyền đạt, mô hình), xem xét khía cạnh để thiết lập hệ thống thông tin qua mạng điện (mà hóa, điều chế, đa truy nhập, điều khiển lỗi, ) đánh giá kết tính khả thi áp dụng rộng rÃi vào điều kiện Việt Nam Và cuối xây dựng hệ thống thực tế đơn giản theo hai møc: Møc thùc hiƯn ®iỊu khiĨn mét thiÕt bị điện đơn giản sau mở rộng thực truyền tin hai máy tính dùng đờng dây điện nhà sử dụng linh kiện sẵn có thị trờng Mục tiêu đồ án tìm hiểu hệ thống mạng nhà sử dụng PLC, tiến hành lắp đặt hệ thống đơn giản để kiểm nghiƯm lÝ thut vỊ PLC cịng nh lÝ thut tÝch luỹ năm năm học, đề từ tổng hợp rót kinh nghiƯm ®Ĩ cđng cè kiÕn thøc ®· học bổ sung kiến thức thiếu hụt chuẩn bị tốt cho tơng lai Trần Khánh Thành CĐ4A_K44 Phần I Giíi thiƯu vỊ PLC I Giíi thiƯu chung vỊ PLC PLC gì? PLC (Power line communication ) phơng thức thông tin sử dụng phơng tiện truyền đờng dây tải điện Figure 1: Ví dụ mét hƯ thèng th«ng tin PLC Thùc hiƯn trun sè liệu qua mạng điện lới có nhiều ích lợi mặt kinh tế Tận dụng đợc đờng dây có sẵn, sở vật chất hạ tầng có sẵn nên giá thành rẻ phụ thuộc vào thiết bị đầu cuối Về mặt quốc phòng an ninh có tính bảo mật cao quốc gia có hệ thống điện riêng Hơn mức phân nhánh mạng điện phù hợp với mức phân nhánh đờng dây liên lạc.Và đặc biệt tất hộ gia đình phải dùng điện đờng ®iƯn cã thĨ ®i tíi mäi ngãc ng¸ch gia đình Có độ tin cậy cao hệ thống sau nên áp dụng số phơng pháp xử lí tín hiệu số đại phơng pháp điều chế So sánh công nghệ PLC với công nghệ truy cập băng rộng khác Công nghệ Băng tần Up Down u điểm Bps bps Cable 10 10 Tốc độ cao.Giá thành rẻ Nhợc điểm Cấu trúc băng tần phải Đồ án tốt nghiệp Mạng nhà sử dụng đờng dây ®iÖn Mode m M M Dial up xDSL 56.6 K 64K 33.6 K 144K Chuẩn thông dụng Chất lợng tốt ổn định Phạm vi rộng, phổ biến Giá thành rẻ Khả thi Tốc độ cao Độ tin cậy, độ ổn định cao Bảo mật theo phơng thức điểm nối điểm M M Có dự phòng điện Chất lợng tốt IDSN 128K Sử dụng rộng rÃi Có thể 2kênh liệu gọi điện thoại online 64Kbps, 1kênh Chỉ kết nối theo yêu cầu báo hiệu 16 mức độ bảo mật Kbps cao Mạng điện thoại hoạt động tin cậy mạng cáp Có dự phòng điện Mạng khoẻ lâu đời, tồn diện rộng Tơng thích với DSL Vệ 33.6K 400K ứng dụng rộng rÃi tinh Khôn g dây Thay ®ỉi Tèc ®é cao NhiỊu cÊp ®é øng dụng PLC Cha xác định, nhng có số sản phẩm có tốc độ 45 Mbps Có mặt khắp nơi đờng cáp điện ứng dụng khắp nông thôn đến thành thị Giá thành rẻ Chất lợng đảm bảo chia sẻ Giới hạn mặt địa lí Bảo mật không tốt Không có dự phòng điện Tốc độ chậm Chiều dài cuả local loop ảnh hởng đến chất lợng Nhiều chuẩn khác Giá thành cao Tốc độ chậm Chi phí cao Khó quản lí giám sát Chỉ tồn theo nhu cầu Tốc độ luồng lên thấp Chi phí thiết bị cao Độ tin cậy cha cao Chịu ảnh hởng cđa thêi tiÕt ChÝ phÝ cao Ph¹m vi h¹n chÕ Phụ thuộc vào khoảng cách ăn ten Cha có chuẩn chung Vẫn nghiên cứu phát triển Rõ ràng điện truyền tin Còn nhiều khó khăn nh nhiễu Table 1: So sánh PLC với công nghệ truy cập băng rộng khác Một số đặc điểm mạng PLC: Trần Khánh Thành CĐ4A_K44