Nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền thoại qua đường dây điện lực

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP –––––––––––––––––––––––––– NÔNG VĂN NIỆP NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN THOẠI QUA ĐƢỜNG DÂY ĐIỆN LỰC Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:TS NGUYỄN THANH HÀ THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Nông Văn Niệp Lớp: Cao học - K11 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thanh Hà Ngày giao đề tài: 20 tháng 01 năm 2010 Ngày hoàn thành: … tháng … năm 2010 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS Nguyễn Thanh Hà Nông Văn Niệp BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực công trình nghiên cứu riêng tôi, luận văn không giống hoàn toàn luận văn công trình có trước Thái Nguyên, ngày 30 tháng năm 2010 Tác giả luận văn Nông Văn Niệp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập tốt nghiệp, nhận giúp đỡ tận tình thầy cô giáo đặc biệt muốn cảm ơn Thầy giáo TS Thanh Hà, Phó trưởng khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên tận tình giúp đỡ, hướng dẫn thời gian thực đề tài, cảm ơn giúp đỡ gia đình, bạn bè đồng nghiệp thời gian qua Mặc dù cố gắng, song điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế nhiều hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè, đồng nghiệp Một lần xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nông Văn Niệp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv LỜI NÓI ĐẦU Trong năm đầu kỷ 21, công nghệ viễn thông có tiến vượt bậc với thành tựu vô to lớn mang lại cho người nhiều tiện ích đời sống lĩnh vực hoạt động khác Đẩy mạnh phát triển công nghệ viễn thông hướng phát triển chung quan tâm đặc biệt tất nước giới Nước ta xác định công nghệ viễn thông ngành công nghiệp mũi nhọn đóng vai trò quan trọng thành công công công nghiệp hoá- đại hoá đất nước kỷ 21, kỷ kinh tế tri thức Hiện nay, công nghệ truyền thông tin đường dây điện lực PLC (Power Line Communication) mở hướng phát triển lĩnh vực thông tin Với việc sử dụng đường dây truyền tải điện để truyền liệu, công nghệ PLC cho phép kết hợp dịch vụ truyền tin lượng Trước đây, thành tựu khoa học kỹ thuật từ năm 50 kỷ 20 cho phép sử dụng đường dây điện lực để truyền tín hiệu đo lường, giám sát, điều khiển Cùng với tốc độ phát triển nhanh chóng công nghệ khác lĩnh vực viễn thông công nghệ thông tin, công nghệ PLC cho phép cung cấp dịch vụ truyền tải điện kết hợp với ứng dụng khác như: đo lường từ xa, quản lý điều khiển phân phối tự động từ xa, truy nhập Internet, truyền thoại video đường dây điện lực Đối với học viên tốt nghiệp chuyên ngành “Kỹ thuật điện tử”, việc bổ xung kiến thức chuyên môn mới, thực tế cần thiết có ý nghĩa quan trọng Trong thời gian vừa qua, nhờ liên hệ, bố trí thầy-cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện tử - Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp giúp đỡ chu đáo, tận tình Thầy giáo TS Nguyễn Thanh Hà, phần nắm kiến thức PLC (Power line Communication) - công nghệ truyền tin với nhiều đặc tính ưu việt, trội, hứa hẹn mang lại phát triển mạnh mẽ hết cho mạng viễn thông giới Việt Nam tương lai gần Luận văn tốt nghiệp có tiêu đề: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền thoại qua đường dây điện lực” với nội dung tóm lược cách công nghệ truyền thông PLC xây dựng hệ thống truyền thoại PLC Qua tạo tiền đề cho việc tìm hiểu trình truyền thông tin thoại qua mạng PLC, tạo tiền đề cho việc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v nghiên cứu , khai thác ứng dụng có công nghệ giới tiến tới áp dụng cách có hiệu vào Việt Nam tương lai Luận văn gồm ba chương Trong đưa vấn đề sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ PLC Tìm hiểu chung lịch sử phát triển PLC; Cập nhật thành tựu có công nghệ PLC giới; Phân tích rõ nguyên lý sơ đồ khối hệ thống PLC cuối đưa số ứng dụng PLC; Cập nhật tiêu chuẩn truyền thông cho PLC ban hành; Chương 2: Một số kỹ thuật triển khai hệ thống PLC Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống PLC; Một số kỹ thuật nhằm làm giảm ảnh hưởng nhiễu suy hao tín hiệu đến chất lượng hệ thống PLC bao gồm phối ghép lưới điện, mã hóa, điều chế, trải phổ… Chương 3: Xây dựng hệ thống truyền thoại qua PLC Phân tích lựa chọn phương thức điều chế phù hợp với mục tiêu thiết kế Ứng dụng vi điều khiển 8051 nhằm phân tích, thiết kế lắp ráp mạch thực minh chứng cho trình điều khiển thiết bị truyền thoại qua đường dây điện lực Như trình bày trên, công nghệ PLC khẳng định công nghệ kỷ 21 Tuy nhiên, nhiều vấn đề liên quan đến công nghệ nghiên cứu hoàn thiện, việc thương mại hoá sản phẩm mức hạn chế Luận văn chắn không tránh khỏi hạn chế, thiếu sót, mong bảo thầy cô giáo bạn đọc quan tâm Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới tất thầy- cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện tử đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Thanh Hà, người giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp quan trọng Thái Nguyên ngày 30 tháng 08 năm 2010 Ngƣời thực Nông Văn Niệp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi MỤC LỤC THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii LỜI NÓI ĐẦU iv MỤC LỤC .vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ x DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT xiii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PLC 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ PLC 1.1.1 Khái niệm PLC 1.1.2 Một số thành tựu đạt PLC 1.1.3 Phân loại công nghệ 1.2 Nguyên lý sơ đồ khối hệ thống truyền thông tin đường cáp điện lực 1.2.1 Nguyên lý hệ thống 1.2.2 Sơ đồ khối hệ thống 1.3 Một số ứng dụng thực tiễn PLC 1.3.1 Ứng dụng hệ thống quản lý, giám sát lưới điện đồng hồ 1.3.2 Truyền thông đường dài tốc độ cao 1.3.3 Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC 1.3.4 Ứng dụng gia đình - Intelligent home 10 1.4 Các giao thức truyền thông qua đường dây điện lực 10 1.4.1 X10 10 1.4.2 Lonwork 12 1.4.3 CEBus 13 1.4.4 HomePlug 14 1.5 Kết luận chương .15 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT TRIỂN KHAI TRÊN HỆ THỐNG PLC 17 2.1 Đặc tính kênh truyền đường cáp điện 17 2.1.1 Sự giới hạn băng thông 18 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii 2.1.2 Nhiễu đường cáp điện 19 2.1.3 Trở kháng đường truyền phối hợp trở kháng 22 2.1.4 Suy hao lưới điện 23 2.1.5 Hiện tượng sóng dừng 23 2.1.6 Sự phát xạ sóng điện từ khả gây nhiễu 24 2.2 Ghép nối với lưới điện - xử lý tín hiệu 25 2.2.1 Mạch ghép tín hiệu 25 2.2.2 Các lọc tương tự 29 2.3 Các phương thức mã hóa 31 2.3.1 Mã xoắn 31 2.3.2 Mã Reed - Solomon 35 2.4 Các phương thức điều chế tín hiệu 38 2.4.1 Tổng quan kỹ thuật điều chế viễn thông 38 2.4.2 Điều chế dạng khoá dịch biên độ ASK 41 2.4.3 Điều chế dạng khoá dịch tần số FSK 41 2.4.4 Điều chế dạng khoá dịch pha PSK khoá dịch pha vi phân DPSK 42 2.4.5 Các dạng điều chế sử dụng viễn thông điện lực 43 2.5 Kỹ thuật trải phổ 45 2.5.1 Trải phổ dãy trực tiếp 46 2.5.2 Trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequence Hopping Spread Spectrum) 52 2.6 Công nghệ OFDM 53 2.6.1 Nguyên tắc OFDM 54 2.6.2 Tính trực giao 55 2.6.3 Hệ thống OFDM 56 2.6.4 Chống nhiễu liên ký hiệu (ISI) cách sử dụng khoảng bảo vệ 58 2.7 Kết luận chương .59 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN THOẠI QUA PLC 61 3.1 Yêu cầu thiết kế lựa chọn phương án thực 61 3.1.1 Các yêu cầu thiết kế 61 3.1.2 Lựa chọn phương án thực 61 3.1.3 Xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống 62 3.2 Thử nghiệm phương thức điều chế .64 3.2.1 Điều chế giải điều chế ASK 64 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii 3.2.2 Điều chế giải điều chế FSK 67 3.2.3 Điều chế giải điều chế BPSK 71 3.2.4 Điều chế giải điều chế FM 74 3.3 Thiết kế cụ thể thi công 76 3.3.1 Thiết kế modul phát 78 3.3.2 Thiết kế modul thu 84 3.3.3 Sơ đồ nguyên lý , lưu đồ thuật toán sơ đồ mạch thực 90 3.3.4 Nhận xét 96 3.4 Kết luận chương .97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO .100 PHỤ LỤC 1: HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 102 PHỤ LỤC 2: IC VÒNG KHÓA PHA 4046 104 PHỤ LỤC 3: CHƢƠNG TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 106 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 So sánh phương thức điều chế .77 Bảng 3.2 Khung truyền tín hiệu .79 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... hệ thống truyền thoại qua đường dây điện lực với nội dung tóm lược cách công nghệ truyền thông PLC xây dựng hệ thống truyền thoại PLC Qua tạo tiền đề cho việc tìm hiểu trình truyền thông tin thoại. .. điều khiển thiết bị truyền thoại qua đường dây điện lực Như trình bày trên, công nghệ PLC khẳng định công nghệ kỷ 21 Tuy nhiên, nhiều vấn đề liên quan đến công nghệ nghiên cứu hoàn thiện, việc... khối hệ thống truyền thông tin đường cáp điện lực 1.2.1 Nguyên lý hệ thống 1.2.2 Sơ đồ khối hệ thống 1.3 Một số ứng dụng thực tiễn PLC 1.3.1 Ứng dụng hệ thống