一種基于電力線傳輸?shù)奶柲苈窡艟钟蚓W(wǎng)絡(luò)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過電力線進(jìn)行傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，特別是經(jīng)過電力線載波降噪處理的用于連接局部區(qū)域內(nèi)太陽能路燈的局域網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能路燈以太陽能作為主要能源，輔助風(fēng)力發(fā)電作為補(bǔ)充，同時(shí)連接公共電網(wǎng)，將自身多余的電量送到電網(wǎng)，當(dāng)自身發(fā)電量不足時(shí)從電網(wǎng)取電。這種路燈可用于城鎮(zhèn)、廣場、學(xué)校、公園、街道、草坪的照明。
[0003]但是，目前市場上的大多數(shù)太陽能路燈都是一盞盞孤立的路燈，利用率不高，損壞或出現(xiàn)故障未能及時(shí)報(bào)修。其原因在于它們裝有的太陽能路燈控制器是單機(jī)獨(dú)立工作的單元，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和集中靈活管理，無法真正滿足城市太陽能路燈的智能化控制要求。
[0004]有一些文獻(xiàn)和專利針對(duì)太陽能路燈監(jiān)控問題開展了相關(guān)研宄工作。由于太陽能路燈都是獨(dú)立的，之間沒有線纜連接，因此它們大多是將每個(gè)太陽能路燈控制器都連接一個(gè)無線通信模塊，包括公網(wǎng)通信模塊、Wifi通信模塊、ZigBee通信模塊。這種方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)路燈的遠(yuǎn)程監(jiān)控，但是增加了每一盞路燈的成本，并且現(xiàn)在無線電環(huán)境非常復(fù)雜，公用頻率上的無線通信很容易受到干擾。
[0005]當(dāng)局部區(qū)域內(nèi)的路燈通過線纜連接時(shí)，可以考慮將連接線纜作為通信鏈路。在這里，就是電力線。
[0006]在電力線內(nèi)傳輸載波信號(hào)，存在著阻抗嚴(yán)重失配的問題。這就直接導(dǎo)致載波通信機(jī)輸出功率的設(shè)計(jì)不可能過大。因此，電力線內(nèi)實(shí)際傳輸?shù)妮d波信號(hào)功率都很弱小。而電力線內(nèi)的干擾噪聲和脈沖大多來自電力線配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的大功率用電設(shè)備，以及這些設(shè)備通過高壓開關(guān)隨機(jī)性“接入”或“斷開”，功率都很大。這兩種強(qiáng)弱信號(hào)的功率之差可高達(dá)50分貝以上。即使兩信號(hào)在電力線內(nèi)混合疊加也會(huì)在頻率、幅度等指標(biāo)上絕對(duì)以強(qiáng)干擾噪聲為主，弱的載波信號(hào)只能通過疊加，輕微地改變強(qiáng)干擾噪聲的幅度。但通過專用電路或儀表對(duì)其進(jìn)行直接分離和測定將是非常困難的工作。雖然電力線內(nèi)實(shí)際傳輸?shù)氖軓?qiáng)干擾的載波信號(hào)十分復(fù)雜而且無法預(yù)知，也很難用一種穩(wěn)定的信號(hào)具體描述，考慮到任何復(fù)雜的信號(hào)都可以根據(jù)付里葉變換分解為若干個(gè)不同頻率不同幅度正弦波信號(hào)的原理，我們可以把電力線內(nèi)實(shí)際傳輸?shù)氖軓?qiáng)干擾噪聲或脈沖傷害的載波信號(hào)，簡化為兩列幅度相差50db，頻率不同的正弦波信號(hào)的疊加。疊加后的信號(hào)頻率、幅度都以強(qiáng)正弦波信號(hào)為主，弱的正弦波信號(hào)通過疊加微弱改變強(qiáng)正弦波的幅度來附加自身的信息。以下兩種疊加波形的描述可等價(jià)于電力線內(nèi)所有受強(qiáng)干擾噪聲傷害的載波信號(hào)波形。
[0007]第一種疊加波形是當(dāng)強(qiáng)正弦波頻率低于弱正弦波頻率時(shí)出現(xiàn)?？擅枋鰹?在一個(gè)強(qiáng)正弦波周期內(nèi)，其幅度隨著多個(gè)周期的弱正弦波幅度變化而微弱變化，這種強(qiáng)正弦波幅度的微弱變化攜帶了弱正弦波信號(hào)的信息。
[0008]第二種疊加的波形是當(dāng)強(qiáng)正弦波頻率高于弱正弦波頻率時(shí)出現(xiàn)?？擅枋鰹?多個(gè)周期的強(qiáng)正弦波幅度在一個(gè)弱信號(hào)周期內(nèi)作微弱變化。并通過這種變化來攜帶弱正弦波信號(hào)信息。我們很容易看出這兩種信號(hào)波形描述，雖然都來自同一個(gè)波形疊加原理，但波形結(jié)構(gòu)卻有實(shí)質(zhì)的不同。假如我們?cè)O(shè)計(jì)了一種抑制強(qiáng)正弦波電路，它可以有效的抑制比弱正弦波頻率低的強(qiáng)正弦波信號(hào)，而提升頻率較高弱的正弦波信號(hào)。但當(dāng)這兩個(gè)強(qiáng)弱正弦波信號(hào)頻率對(duì)換時(shí)強(qiáng)正弦波信號(hào)反而被提升，增強(qiáng)，而弱正弦波信號(hào)卻被抑制。這就得到相反的結(jié)果。因而，以上論述的抑噪方法是有嚴(yán)格的先決條件的。
[0009]所以，只有將信道內(nèi)存在的強(qiáng)、弱正弦波的相互頻率高低，必須有效、準(zhǔn)確、隨機(jī)地判斷和完成分時(shí)處理。這里的強(qiáng)與弱代表的是干擾噪聲和通訊信號(hào)。這才能在整個(gè)信道內(nèi)有效抑制強(qiáng)正弦波信號(hào)，是改善信噪比的關(guān)鍵。
[0010]如上所述，由于兩路強(qiáng)弱正弦波信號(hào)幅度相差高達(dá)50分貝，它們之間相互頻率高低判斷，應(yīng)當(dāng)先測定強(qiáng)、弱正弦波的頻率，再去選擇抑噪的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中的電路設(shè)計(jì)是無法實(shí)現(xiàn)的。
[0011]另外，太陽能路燈將自身多余的電量送到電網(wǎng)，當(dāng)自身發(fā)電量不足時(shí)從電網(wǎng)取電，這種工作方式也會(huì)在電力線中產(chǎn)生噪聲。
[0012]中國專利申請(qǐng)《物聯(lián)網(wǎng)LVD路燈城市照明控制系統(tǒng)》(CN 102427651 A)，其中公開了使用電力載波用于城市照明控制系統(tǒng)，但并沒有對(duì)電力險(xiǎn)種的干擾提出有效的剔除辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種局域網(wǎng)絡(luò)，采用電力線作為信息傳輸通道，并有效去除電力線中的干擾，從而實(shí)現(xiàn)了局部區(qū)域內(nèi)太陽能路燈的有效網(wǎng)絡(luò)連接。
[0014]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于電力線傳輸?shù)奶柲苈窡艟钟蚓W(wǎng)絡(luò)，多個(gè)太陽能路燈各自配套太陽能電池板、風(fēng)能發(fā)電設(shè)備及包括處理器的控制板，路燈間通過電力線連接，關(guān)鍵在于:在每個(gè)太陽能路燈的控制板上設(shè)置電力線通信模塊和電力線載波信道降噪電路，在每個(gè)變壓器工作范圍內(nèi)，至少設(shè)置一個(gè)太陽能路燈作為局域網(wǎng)主站，其他太陽能路燈作為終端站。
[0015]進(jìn)一步地:所述電力線載波信道降噪電路包括高通濾波器、額定電平限幅器電路、分時(shí)處理通道模塊、第一抑制電路、第二抑制電路以及差分混合器。
[0016]電力線載波信道降噪電路的降噪過程包括以下步驟:
A、從接收點(diǎn)引出的載波信號(hào)引入高通濾波器，消除混在載波信號(hào)中的在頻率區(qū)間下限內(nèi)的干擾信號(hào)、獲得高于頻率區(qū)間下限值的摻雜強(qiáng)干擾噪聲信號(hào)與載波信號(hào)的混合信號(hào)；
B、將混合信號(hào)通過額定電平限幅器電路進(jìn)行限幅，獲得在額定電平范圍內(nèi)的限幅混合信號(hào);
C、將限幅混合信號(hào)引入分時(shí)處理通道模塊，該模塊中包括強(qiáng)干擾噪聲信號(hào)與載波信號(hào)的頻率的比較電路、和根據(jù)比較電路的邏輯值決定的兩條信息通道出口:強(qiáng)干擾噪聲信號(hào)頻率低于載波信號(hào)頻率情況下的通道出口和強(qiáng)干擾噪聲信號(hào)頻率高于載波信號(hào)頻率情況下的通道出口，進(jìn)入分時(shí)處理；
D、引入強(qiáng)干擾噪聲信號(hào)頻率低于載波信號(hào)頻率的通道混合信號(hào)進(jìn)入第一抑制電路進(jìn)行限幅降噪處理得到抑噪后混合信號(hào)a，然后轉(zhuǎn)送到差分混合電路； E、引入強(qiáng)干擾噪聲信號(hào)頻率高于載波信號(hào)頻率的通道混合信號(hào)進(jìn)入第二抑制電路對(duì)限幅信號(hào)進(jìn)行處理，以獲得抑噪后混合信號(hào)b，然后轉(zhuǎn)送到差分混合器；
F、抑噪后混合信號(hào)a與抑噪后混合信號(hào)b兩路信號(hào)通過差分混合器進(jìn)行差分混合；
G、將差分混合后的信號(hào)輸出，完成降噪處理過程。
[0017]進(jìn)一步地，作為局域網(wǎng)主站的太陽能路燈的控制板上設(shè)置GPS模塊、無線通信模塊；太陽能路燈的太陽能電池板配套設(shè)置太陽跟蹤系統(tǒng)。
[0018]由于配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送，基于此限制，本發(fā)明將局域網(wǎng)的范圍限定在每個(gè)變壓器工作范圍內(nèi)。由于變壓器工作范圍的大小不同，根據(jù)此范圍內(nèi)路燈的數(shù)量和位置布局，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)主站，其他為網(wǎng)絡(luò)終端站。
[0019]采用電力線作為信息傳輸通道，充分利用現(xiàn)有資源，無需搭建另外的網(wǎng)絡(luò)，降低了成本。
[0020]采用電力線載波信道降噪電路，在電力線載波信道內(nèi)，有效地實(shí)現(xiàn)了弱小的載波信號(hào)在整個(gè)載波頻帶內(nèi)不被抑制的大前提下，對(duì)強(qiáng)干擾噪聲進(jìn)行有效地衰減，當(dāng)把強(qiáng)噪聲干擾抑制到一定電平之后，再對(duì)載波信號(hào)提取并給予有效放大，最終使信道內(nèi)傳輸載波信號(hào)的信噪比獲得提升，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
[0021]只有主站設(shè)置GPS模塊，可以