BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------------------- ĐINH THỊ HẰNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN Chuyên ngành: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HTĐK TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2010 17061131834331000000 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn Lêi CAM §OAN T«i cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i, kh«ng sao chÐp cña ai. Néi dung luËn v¨n cã tham kh¶o vµ sö dông tµi liÖu, th«ng tin ®¨ng trªn c¸c t¸c phÈm, t¹p chÝ vµ c¸c trang web theo danh môc tµi liÖu cña luËn v¨n. Hà nội, ngày…… tháng….năm 2010 §inh ThÞ H»ng §inh ThÞ H»ng -2- Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn Môc lôc TrANG Trang phô b×a………………………………………………………………. 1 Lêi cam ®oan………………………………………………………….
2 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t……………………………………. 8 Danh môc c¸c b¶ng………………………………………………………. 9 Danh môc c¸c h×nh………………………………………………………. 12 Ch¬ng I - Tæng quan vÒ PLC…………………………………… 13 1.
Giíi thiÖu vÒ PLC……………………………………………………. LÞch sö ph¸t triÓn……………………………………………………. Th«ng lîng…………………………………………………………. Ph¹m vi øng dông…………………………………………………….1 øng dông trong c¸c hÖ thèng qu¶n lý, gi¸m s¸t………………….2 TruyÒn th«ng ®−êng dμi tèc ®é cao……………………………….3 M¹ng truy cËp Internet sö dông c«ng nghÖ PLC………………… 18 1.4 øng dông trong gia ®×nh - Intelligent home…………………….1 Ph©n lo¹i theo møc ®iÖn ¸p……………………………………….2 Ph©n lo¹i theo tèc ®é bit………………………………………….7 Giíi thiÖu mét sè modem PLC……………………………………….1 Modem truyÒn sè liÖu ST7538…………………………………….2 Modem tèc ®é cao 45 Mbps……………………………………….3 Mét sè s¶n phÈm kh¸c…………………………………………….
27 §inh ThÞ H»ng -3- Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn 1.… 27 Ch¬ng II - CÊu tróc hÖ thèng PLC………………………. CÊu tróc hÖ thèng………………………………………………. C¸c phÇn tö m¹ng PLC……………………………………………. KÕt nèi ®Õn m¹ng lâi vµ qu¶n lý m¹ng truy nhËp PLC…….
Qu¶n lý m¹ng truy nhËp PLC……………………………. 34 Ch¬ng III - Mét sè vÊn ®Ò trong truyÒn th«ng 35 PLC…….1 §Æc tÝnh kªnh truyÒn ®−êng c¸p ®iÖn………………………….2 Sù giíi h¹n b¨ng th«ng……………………………………….2 NhiÔu trªn ®−êng c¸p ®iÖn…………………………………….1 NhiÔu tÇn sè 50Hz ………………………………………… .2 NhiÔu xung ®ét biÕn……………………………………….3 NhiÔu xung tÇn hoμn.5 NhiÔu chu kú kh«ng ®ång bé……………………………….6 NhiÔu sãng radio………………………………………… .3 Trë kh¸ng ®−êng truyÒn vμ sù phèi hîp trë kh¸ng……….4 Suy hao trªn l−íi ®iÖn………………………………………… .5 HiÖn t−îng sãng dõng ………………………………………….6 Sù ph¸t x¹ sãng ®iÖn tõ vμ kh¶ n¨ng g©y nhiÔu……………….7 Tæng trë vµ sù suy gi¶m……………………………………………. 43 §inh ThÞ H»ng -4- Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn Ch¬ng IV - kÕt nèi víi líi ®iÖn vµ c¸c ph¬ng 44 ph¸p ®iÒu chÕ 4.1 M¹ch ghÐp tÝn hiÖu ……………………………………….2 M¹ch ghÐp dung kh¸ng C………………………………….3 M¹ch phèi ghÐp R-L-C phøc t¹p ………………………….4 C¸c bé läc t−¬ng tù………………………………………… .7 C¸c m¹ch läc bËc cao kh¸c ………………………………….2 C¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ…………………………………… .1 Kü thuËt t−¬ng tù …………………………………………….2 Kü thuËt ®iÒu chÕ sè……………………………………… .1 Kho¸ dÞch biªn (ASK)…………………………………….2 Kho¸ dÞch tÇn FSK .3 Kho¸ dÞch pha (PSK) ………………………………….4 C«ng nghÖ tr¶i phæ……………………………………….5 Tr¶i phæ d∙y trùc tiÕp kiÓu BPSK ……………………… .6 Tr¶i phæ nh¶y tÇn FH-SS ……………………………… .3 Thö nghiÖm c¸c ph¬ng thøc ®iÒu chÕ…………………….1 §iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ ASK ………………………….2 Gi¶i ®iÒu chÕ ASK……………………………………….3 KÕt qu¶ thö nghiÖm………………………………… .2 §iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ FSK ………………………….1 Vßng kho¸ pha (Phase locked loop – 72 PLL)…….……………… §inh ThÞ H»ng -5- Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn 4.2 §iÒu chÕ FSK dïng vi m¹ch CD4046……………….3 Gi¶i ®iÒu chÕ FSK ………………………………….4 KÕt qu¶ thö nghiÖm………………………………… .3 §iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ BPSK ……………………….2 Gi¶i ®iÒu chÕ BPSK dïng CD4046 ………………….3 KÕt qu¶ thö nghiÖm………………………………….2 Gi¶i ®iÒu chÕ FM ………………………………………….3 KÕt qu¶ thö nghiÖm…………………………………….4 Lùa chän ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ……………………………. 80 ch−¬ng V - thiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn tÝn hiÖu vμ 83 ®iÒu khiÓn trªn ®êng d©y ®iÖn 5.1 Yªu cÇu thiÕt kÕ, lùa chän ph¬ng ¸n thùc hiÖn…………….1 C¸c yªu cÇu cña thiÕt kÕ ……………………………….2 Lùa chän ph−¬ng ¸n thùc hiÖn ……………………… .2 X©y dùng s¬ ®å khèi cho hÖ thèng ……………………….1 ThiÕt kÕ Modul ph¸t…………………………………… .1 M¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cho m¸y ph¸t …….2 §iÒu chÕ FSK v μ FM………………………….3 M¹ch khuÕch ®¹i ©m tÇn ……………………….4 M¹ch khuÕch ®¹i ph¸t ……………………….5 M¹ch phèi ghÐp víi l−íi ®iÖn………………….2 ThiÕt kÕ modul thu ……………………….1 M¹ch phèi ghÐp víi l−íi ®iÖn ………………….2 M¹ch khuÕch ®¹i v μ läc th«ng d¶i.3 M¹ch gi¶i ®iÒu chÕ FSK……………………….
94 §inh ThÞ H»ng -6- Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn 5.4 M¹ch gi¶i ®iÒu chÕ FM……………………….5 M¹ch ®iÒu khiÓn thu………………………… .3 S¬ ®å nguyªn lý vµ lu ®å thuËt to¸n……………… .1 L−u ®å thuËt to¸n cña Modul ph¸t…………….2 S¬ ®å nguyªn lý Modul ph¸t…………………… .3 L−u ®å thuËt to¸n cña Modul thu……………….2 S¬ ®å nguyªn lý Modul thu……………………………………….4 Ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn trªn c¸c module………….……………… 114 Tµi liÖu tham kh¶o……………………………………. 115 §inh ThÞ H»ng -7- Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn C¸c thuËt ng÷ viÕt t¾t AM Amplitude Modulation §iÒu biªn ASK Amplitude Shift Keying Kho¸ dÞch biªn BPSK Binary Phase Shift Keying Kho¸ dÞch pha nhÞ ph©n DM Delta Modulation §iÒu chÕ Delta DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trair phæ d·y trùc tiÕp DPSK Differential Phase Shift Keing Kho¸ dÞch pha vi ph©n FM Frequency Modulation §iÒu tÇn FSK Frequency Shift Keing Kho¸ dÞch tÇn FDM Frequency Division Multiplexing §a truy nhËp theo tÇn sè FPGA Field programmable gate array Ph¹m vi cã thÓ lËp tr×nh cæng m¹ng ISI Inter Symbol Interference NhiÔu ISI LAN Local Area Network M¹ng khu vùc OFDM Orthogonal Frequency Division §iÒu chÕ ®a sãng mang Multiplexing PCM Pulse Code Modulation §iÒu chÕ xung m· PLC Power Line Communication TruyÒn th«ng trªn ®−êng c¸p ®iÖn PLL Phase Locked Loop Vßng kho¸ pha PSK Phase Shift Keying Kho¸ dÞch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation §iÒu chÕ biªn cÇu ph−¬ng SF Selective Fading Pha ®inh lùa chän §inh ThÞ H»ng -8- Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn Danh môc c¸c b¶ng TrANG B¶ng 1.1 B¨ng tÇn truyÒn th«ng PLC theo tiªu chuÈn ch©u ¢u………….2 §Æc tÝnh kü thuËt cña Modem PLC 45 Mbps……….3 §Æc tÝnh kü thuËt cña Modem PLA – 26 400….1 T¶i ®êng d©y trë kh¸ng thÊp……………………….1 B¶ng so s¸nh c¸c ph¬ng thøc ®iÒu chÕ……………. 81 §inh ThÞ H»ng -9- Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn Danh môc c¸c h×nh vÏ TrANG H×nh 1-1: øng dông PLC trong qu¶n lý ®iÖn ………………….………… 17 H×nh 1-2: M¹ng th«ng tin PLC ………………………. 18 H×nh 1-3: M« h×nh øng dông PLC trong gia ®×nh…….
18 H×nh 1- 4: PLC Indoor………………. 20 H×nh 1- 5: PLC Outdoor…. 21 H×nh 2- 1: CÊu tróc mét m¹ng truy nhËp PLC……. 29 H×nh 2- 2: CÊu tróc m¹ng PLC trong nhµ…….
30 H×nh 2- 3: M¹ng PLC sö dông tr¹m lÆp…. 31 H×nh 2- 4: Thuª bao PLC kÕt nèi trùc tiÕp. 31 H×nh 2- 5: KÕt nèi th«ng qua PLC gateway………. 32 H×nh 2- 6: Gateway trong m¹ng truy nhËp PLC….
32 H×nh 2- 7: M« h×nh kÕt nèi m¹ng truy nhËp vµ m¹ng lâi……. 33 H×nh 2- 8: Qu¶n lý m¹ng truy nhËp PLC…………………. 34 H×nh 3- 1: Phæ tÇn PLC cña th«ng tin néi bé…. 35 H×nh 3- 2: VÝ dô vÒ sù mÐo tÝn hiÖu trªn líi ®iÖn….
36 H×nh 3- 3: B¨ng tÇn trong tiªu chuÈn CENELEC…. 37 H×nh 3- 4: Xung nhiÔu xuÊt hiÖn khi bËt ®Ìn……. 38 H×nh 3- 5: NhiÔu xung tuÇn hoµn……………. 38 H×nh 3- 6: NhiÔu ph¸t ra khi ch¹y m¸y hót bôi vµ phæ tÇn cña nã…….
39 H×nh 3- 7: Suy hao trong gia ®×nh t¹i tÇn sè 130kHz………………. 41 H×nh 4- 1: M¹ch ghÐp dung kh¸ng…………………. 45 H×nh 4- 2: M¹ch ghÐp kÕt hîp LC…………. 46 H×nh 4- 3: C¸c m¹ch läc RC……….
48 H×nh 4- 4: C¸c m¹ch läc LC ®¬n gi¶n……. 49 H×nh 4- 5: M¹ch läc th«ng gi¶i dïng vi m¹ch HA17741………………… 50 H×nh 4- 6: §iÒu chÕ khãa dÞch biªn ASK………………………………… 55 H×nh 4- 7: S¬ ®å ®iÒu chÕ tÝn hiÖu FSK ……………. …………………… 56 H×nh 4- 8: S¬ ®å nguyªn lý FSK…………….…………… 56 H×nh 4- 9: §iÒu chÕ khãa dÞch tÇn FSK……………. …………………… 57 §inh ThÞ H»ng - 10 - Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn H×nh 4- 10: §iÒu chÕ tÝn hiÖu PSK…….…………………… 60 H×nh 4- 11: S¬ ®å m« h×nh hÖ thèng th«ng tin tr¶i phæ… .……………… 63 H×nh 4- 12: S¬ ®å ®iÒu chÕ tr¶i phæ trùc tiÕp…………….
……………… 65 H×nh 4- 13: S¬ ®å ®iÒu chÕ tr¶i phæ trùc tiÕp ®¬n gi¶n….……………… 65 H×nh 4- 14: S¬ ®å gi¶i ®iÒu chÕ tr¶i phæ trùc tiÕp ®¬n gi¶n.……………… 66 H×nh 4- 15: S¬ ®å m« h×nh hÖ thèng tr¶i phæ nh¶y tÇn…………………… 68 H×nh 4- 16: S¬ ®å ®iÒu chÕ ASK…………………………………… .…… 69 H×nh 4- 17: M¹ch gi¶i ®iÒu chÕ ASK……………………………….…… 69 H×nh 4- 18: D¹ng tÝn hiÖu ®o ®îc ë m¸y ph¸t vµ thu….…… 72 H×nh 4- 19: M¹ch vßng khãa pha PLL c¬ b¶n………….…… 73 H×nh 4- 20: S¬ ®å ®iÒu chÕ FSK dïng CD4046 BE… .…… 74 H×nh 4- 21: S¬ ®å gi¶i ®iÒu chÕ FSK dïng CD4046………. 75 H×nh 4- 22: D¶i tÇn sö dông cho thö nghiÖm FSK………. 76 H×nh 4- 23: S¬ ®å ®iÒu chÕ BPSK…………………. 77 H×nh 4- 24: S¬ ®å gi¶i ®iÒu chÕ BPSK…………….
77 H×nh 4- 25: D¹ng sãng cña tÝn hiÖu BPSK t¹i m¸y thu…. 78 H×nh 4- 26: §iÒu chÕ FM víi PLL4046…………………. 79 H×nh 4- 27: S¬ ®å gi¶i ®iÒu chÕ FM …………. 80 H×nh 5- 1: S¬ ®å khèi ho¹t ®éng cña hÖ thèng.
85 H×nh 5- 2: M¹ch ®iÒu khiÓn module ph¸t……. 86 H×nh 5- 3: M¹ch ®iÒu chÕ FSK vµ FM……. 88 H×nh 5- 4: M¹ch khuÕch ®¹i ©m tÇn…. 89 H×nh 5- 5: M¹ch khuÕch ®¹i ph¸t…….
89 H×nh 5- 6: M¹ch phèi ghÐp Module ph¸t víi líi ®iÖn. 90 H×nh 5- 7: M¹ch phèi ghÐp Module thu víi líi ®iÖn. 91 H×nh 5- 8: M¹ch khuÕch ®¹i thu……………………. 93 H×nh 5- 9: M¹ch gi¶i ®iÒu chÕ FSK….
94 H×nh 5- 10: M¹ch gi¶i ®iÒu chÕ FM. 95 H×nh 5- 11: M¹ch ®iÒu khiÓn thu…. 96 H×nh 5- 12: S¬ ®å nguyªn lý module ph¸t…. 98 H×nh 5- 13: S¬ ®å nguyªn lý module thu….
100 §inh ThÞ H»ng - 11 - Khãa häc: 2008 - 2010 LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc GVHD: PGS-TS Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn Më ®Çu HiÖn nay, nhu cÇu sö dông nèi m¹ng trong nhµ trªn thÕ giíi ®ang ph¸t triÓn víi mét tèc ®é nhanh chãng. Sù ph¸t triÓn c¸c dÞch vô internet b¨ng th«ng réng tèc ®é cao, viÖc triÓn khai c¸c thiÕt bÞ th«ng minh cho gia ®×nh, kh¶ n¨ng ph¸t triÓn m« h×nh lµm viÖc tõ xa vµ kinh doanh t¹i nhµ ®ang lµ nhu cÇu cña thÕ giíi hiÖn ®¹i. ViÖc ®a ra c¸c thiÕt bÞ th«ng minh ®· mang l¹i cho ngêi tiªu dïng tÝnh linh ho¹t ®Ó thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc tù ®éng. C¸c thiÕt bÞ phô trî sè c¸ nh©n PDA (Personal Digital Assistant), ®iÖn tho¹i th«ng minh, vµ hép set-top box ®ang t¹o ra c¸c ®Æc tÝnh vµ kh¶ n¨ng míi.