照明系統(tǒng)中電力載波技術的應用

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摘要：通過對電力載波技術的原理與應用進行探討，針對學校實驗室，分析基于電力載波技術的照明控制系統(tǒng)的應用。旨在倡導節(jié)能減排，促進資源的合理利用，避免不必要的電力浪費。

關鍵詞：照明系統(tǒng)；電力載波；通信技術

引言

電力載波通信技術，是以電力線作為傳輸媒介來實現數據傳遞和信息交換的通信技術。它的工作原理是：通過對信號源發(fā)出的信號進行編碼和調制，把信息上傳至信道上，并通過現有的電力線進行傳輸，在接收端將耦合的信息解調，再譯碼后送給用戶端，從而完成信息的傳遞。電力線具有分布廣泛、直達用戶、接入操作簡單、設備成本少等特點，利用它進行數據通信，傳遞各種信息，結構簡單、維護方便。這種技術目前在電力生產、電網管理、智能抄電表等領域廣泛應用。

1目前室內照明系統(tǒng)存在的問題

1.1手動控制，人工成本大

不論是實驗室用燈光，還是家用燈光，都存在這樣的問題：需要開關燈時均是人工手動操作。如果室內面積較大，燈具較多且開關距離較遠的話，人工開關燈還是比較費時的，這樣不利于節(jié)約電能。針對高校實驗室的燈光使用更是如此，一般情況下實驗室較為集中，但可能出現不同學科、不同實驗室分布在一起的情況，這樣要控制某盞燈效率不高。

1.2多是分布式，不好集中控制

針對實驗樓或多個實驗室的場合，燈具的分布較為分散，如需開關燈有可能要樓上樓下地跑。如為家用，一般情況下各個房間的燈光開關都分布在每個房間，若要開關其他房間的燈，必須去所在房間的開關處才能進行操作。

1.3故障發(fā)現不及時

目前需要通過人工進行實地檢查才能看到每個燈具的工作狀態(tài)，才能針對有故障的燈具進行維修。但如果房間較多且分散，那么要查找有故障的燈具是件耗時耗力的事情，要么需要專人排查故障，要么需要使用人員上報故障情況，不能實現精細化管理。

1.4燈光調節(jié)模式單一

需要開關燈時都必須手動操作，且燈具不能根據外界環(huán)境等自動調節(jié)明暗程度；又或者室內無人時，燈具不能自動關閉，這樣勢必會造成電力資源的浪費。

2幾種通信技術的比較

為了改善室內照明系統(tǒng)存在的如上問題，現介紹幾種無線通信技術。

2.1電力載波技術

電力載波技術是指利用現有的電力線進行載波傳輸信號的技術，其特點是無需額外架設通信線路，利用現有的電力線路就可以進行信號傳輸，所以其設備成本較低，結構簡單，分布廣泛，可遠程傳輸。目前，該技術在智能遠程抄電表、智能家居中都有較成熟的應用。但是該技術有以下缺點：配電變壓器會阻隔電力線中載波信號，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區(qū)域范圍內傳送；在傳輸過程中，由于傳輸線路上的噪聲，如線路上的電氣開關狀態(tài)的改變或自然界中打雷等天氣對傳輸線的干擾等，都會造成電力線載波的信號衰減、不穩(wěn)定，并影響傳輸速率。

2.2GPRS通信技術

GPRS英文簡稱為“GeneralPacketRadioService”，中文名稱為通用無線分組業(yè)務，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。相對原來GSM撥號方式的電路交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術，具有實時在線、按量計費、快捷登錄、高速傳輸、自如切換等優(yōu)點。通俗地講，GPRS是一項高速數據處理技術，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。GPRS是GSM網絡向第三代移動通信系統(tǒng)過渡的一項2.5代通信技術，在許多方面都具有顯著優(yōu)勢，它特別適用于間斷的、突發(fā)性的、頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS可提供高達115kb/s的傳輸速率，理論帶寬可達171.2kb/s，實際應用帶寬大約在40～100kb/s。其具有數據傳輸速度快、永遠在線和按數據流量計費三個突出的優(yōu)點。但正因為采用了分組的形式進行數據傳送，GPRS會發(fā)生一些包丟失的現象。

2.3ZigBee無線通信技術

ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz（全球流行）、868MHz（歐洲流行）和915MHz三個頻段上，分別具有最高250kb/s、20kb/s和40kb/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10～75m的范圍內，但可以繼續(xù)增加，其具有低功耗、成本低、時延短、網絡容量大、可靠安全等特點。ZigBee模塊廣泛應用于智能電網、遙感勘測、農林業(yè)、消防安全等領域。通過組網，將終端連接在模塊通信范圍內，通過對網絡中的路徑進行搜索，分析位置關系，按照就近原則，選擇最近的信道進行數據傳輸，如果傳輸斷連，再換稍遠的通路進行傳輸，最終建立一條傳輸數據的路徑。但是目前ZigBee芯片出貨量比較大的TI公司，其芯片成本均在2～3美元，再考慮到其他外圍器件和相關2.4GHz射頻器件，成本難以低于10美元。同時，采用該技術進行無線通信，信號穿墻能力弱，如在照明控制系統(tǒng)中應用，針對多房間、多樓層的照明系統(tǒng)的集中控制，由于房間之間墻、門窗等的存在，信號傳輸都會受到一定的影響。

3調制解調技術的仿真

相比GPRS通信技術和ZigBee無線通信技術，電力載波通信技術具有其獨特的優(yōu)勢：電力載波是通過現有的電力線傳輸信號。在發(fā)送端將需傳輸的信息進行調制、編碼后上載到電力線通道上進行傳輸，在終端位置又將接收到的信息通過解調、譯碼來完成信息的完整傳輸。普通照明系統(tǒng)屬于低壓配電線路，利用現有資源的分布，采用電力載波技術，投資成本較小又直達用戶，所以，電力載波技術十分適合應用于照明系統(tǒng)的控制。對于載波模塊，選用東軟載波ES1642，它是專用于220V交流的性價比較高的模塊，其采用的是BPSK調制技術，其原理是：振幅和頻率保持不變，利用載波的相位變化來傳送數字信息。通常用初始相位0和π表示二進制數1和0，即規(guī)定數字基帶信號為0時，已調信號相對于載波相位為π；數字基帶信號為1時，已調信號與載波信號同相位。進行解調時，由于BPSK幅度不變，故需進行相干解調。經過帶通濾波的信號在相乘器與本地載波相乘，然后通過低通濾波將高頻成分去掉，最后進行抽樣判決，正抽樣值判為1，負抽樣值判為0。現利用MATLAB仿真其調制解調的過程。設計流程為：先利用rand隨機產生一組元素為10的數字序列，再根據BPSK的調制原理調制信號，接著利用相干解調法，將調制的信號經過帶通濾波器后和余弦信號相乘，再經過低通濾波器進行抽樣判決，最后得到解調后的波形。仿真結果如圖1所示。部分程序如下：

4結語

綜上所述，電力載波通信技術具有廣闊的應用空間，有必要開展深度研究，開發(fā)出性能更可靠、功能更多樣、使用更便捷的載波技術。隨著科技的不斷發(fā)展、新技術的不斷誕生，電力線載波技術也必將得到進一步的改進、發(fā)展和完善，同時也會使得照明控制更加智能化。

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作者：翟逸飛 單位：蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院