Главная » 2014 » Июнь » 20 » Скачать Разработка и реализация алгоритмов обработки сигналов для устройств передачи данных по силовой электрической сети. Киреев, бесплатно
3:04 AM
Скачать Разработка и реализация алгоритмов обработки сигналов для устройств передачи данных по силовой электрической сети. Киреев, бесплатно
Разработка и реализация алгоритмов обработки сигналов для устройств передачи данных по силовой электрической сети
Диссертация
Автор: Киреев, Константин Александрович
Название: Разработка и реализация алгоритмов обработки сигналов для устройств передачи данных по силовой электрической сети
Справка: Киреев, Константин Александрович. Разработка и реализация алгоритмов обработки сигналов для устройств передачи данных по силовой электрической сети : диссертация кандидата технических наук : 05.12.04 / Киреев Константин Александрович; [Место защиты: Моск. энергет. ин-т] Москва, 2007 174 c. : 61 07-5/4442
Объем: 174 стр.
Информация: Москва, 2007
Содержание:
Введение
1 Низковольтная электрическая сеть как среда нередачи информации Обзор существующих систем иередачи информации ио электрической сети
11 Структура низковольтной электрической сети 0,4 кВ
12 Полное сонротивление электрической сети в дианазоне частот
13 Шумы и помехи
14 Краткий обзор существующих систем нередачи информации но силовой сети
15 Пути дальнейшего развития технологии передачи данных но электрической сети низкого напряжения
2 Коммуникационный сигнал устройства передачи данных по электрической сети
21 Модель системы передачи информации по электрической сети
22 Помехоустойчивость приемного устройства
23 Выбор коммуникационного сигнала
24 Заключение
3 Приемное устройство устройства приемопередачи данных по силовой электрической сети
31 Блок-схема приемного устройства
32 Модель устройства нриемопередачи данных по электрической сети и его физическая реализация
33 Вероятность ошибочного нриема бита информации
34 Заключение
4 Расчет широконолосных реактивных цепей согласования без потерь для приемо-передающих устройств, использующих электрическую сеть для передачи данных
41 Общие принцины
Введение:
Диссертационная работа посвящена разработке и реализации алгоритмов обработки коммуникационного сигнала для устройств передачи данных по силовой электрической сети. Силовая электрическая сеть представляет собой универсальную проводную систему, имеющуюся в каждом служебном и жилом помещении. Именно ее повсеместное распространение делает электрическую сеть привлекательной средой для передачи информации, поскольку не требуется прокладывать дополнительные проводные коммуникации. Использование электрической сети для передачи управляющей и телеметрической информации имеет длительную историю. Первый патент на использование передачи данных по электрической сети для удаленного контроля потребления электроэнергии предложен еще в 1838 году в Великобритании. В 1905 г. первый аналогичный патент зарегистрирован в США, а в 1913 известно появился первый коммерческий продукт на базе этой технологии. Первый коммерчески успешный проект под названием Х-10 появился на рынке в середине 70-х годов двадцатого столетия [12]. В течение последней четверти XX века свойства электрической сети как коммуникационной среды были хорошо изучены. Например, широко известны работы исследователей Малака и Энгстрома [27], ОНила [29], Винеса и Труссела [28], Достерта и Циммермана [33], [34]. В них были раскрыты частотные и шумовые свойства электрической сети, и эффекты, затрудняющие передачу коммуникационного сигнала. Известны работы российских ученых, например, А.И. Кочеткова [123]. Па основе данных исследований целый ряд крупных компаний-производителей элементной базы, таких как Philips, National Semiconductor, Echelon, Intellon разработали и наладили серийный выпуск электронных компопентов, предназначенных для производства устройств передачи данных по электрической сети. В России такие электронные компоненты выпускаются ОАО «Ангстрем». Технология передачи данных стала массовой, что потребовало разработки и утверждения ряда международных стандартов, установивших основные требования к подобным системам. На основе данных исследований целый ряд крупных компанийпроизводителей элементной базы, таких как Philips, National Semiconductor, Echelon, Intellon разработали и наладили серийный выпуск электронных компонентов, предназначенных для производства устройств передачи данных по электрической сети. Технология передачи данных стала массовой, что потребовало разработки и утверждения ряда международных стандартов, установивших основные требования к подобным системам. Дальнейшее развитие технологии передачи информации по силовой электрической сети идет по пути повышения достоверности передачи информации за счет использования новых способов обработки коммуникационного сигнала и снижения стоимости коммуникационных устройств за счет применения новейшей микроэлектронной базы. В связи с этим, тема диссертационной работы соответствует общему направлению развития технологии передачи данных по электрической сети и является актуальной. Цель диссертационной работы заключается в разработке и реализации на современной элементной базе алгоритмов обработки сигналов для устройств передачи данных по силовой электрической сети, предназначенных для передачи сравнительно небольших объемов служебной информации, электроэнергии. Для реализации указанной цели решаются следующие задачи: 1. выбор формы коммуникационного сигнала, позволяющего одновременно добиться высоких показателей качества связи и обеспечить низкую стоимость устройства связи по электрической сети; 2. разработка эффективного сигнала, алгоритма формирования и обработки в например, для удаленного контроля потребления коммуникационного оптимизированного для реализации приемопередающем устройстве на базе современных недорогих электронных компонентов; 3. разработка и опробование методики расчета и реализации пассивных реактивных широкополосных цепей согласования без потерь, пригодных для использования в устройствах приемопередачи данных по электрической сети; 4. исследование алгоритма получения квадратурных компонент на основе комплексных фильтров и на базе данного исследования предложение структуры эффективного комплексного цифрового фильтра для использования в устройствах нриемопередачи данных по электрической сети. Методы исследования. Для проведения исследований в рамках диссертационной работы использовались методы прикладной теории информации, математической статистики, теории функций комплексного переменного, математического моделирования. Научная новизна работы состоит в следующем: 1) предложена структура приемного устройства и цифровой алгоритм обработки многочастотного коммуникационного сигнала, подходящие для реализации на недорогой элементной базе (микроконтроллеры с функциями цифровой обработки сигналов) и с иснользованием только пассивных компонентов в аналоговой части устройства; 2) предложен алгоритм получения квадратурных компонент вещественного сигнала одновременно с обеспечением избирательности по частоте с использованием комплексных цифровых фильтров; 3) изучен класс комплексных цифровых фильтров без операции умножения, и из этого класса выбран фильтр, подходящий для получения квадратурных компонент и обеспечения частотной избирательности в устройствах приемопередачи данных по электрической сети; 4) предложен новый класс комплексных фильтров-дециматоров без операции умножения, пригодных для использования в приемо-передающих устройствах, применяемых при передаче данных по электросети; разработана программа для моделирования и исследования параметров многоканальных приемных устройств передачи данных по электрической сети, которая использована для исследования устойчивости разработанного устройства к помехам, характерным для электрической сети. Достоверность результатов работы подтверждается результатов вероятности с теоретическими при пределами бита качества сравнением и согласования ошибки передаче цифровой информации, экспериментальными данными, доступными по публикациям в научной литературе, результатами моделирования на ПЭВМ с использованием реальных шумовых воздействий, результатами экспериментальной проверки алгоритмов в прототипах серийных коммуникационных устройств на различных обьектах. Практическая ценность результатов работы состоит в следующем: 1) решен ряд технических задач, позволивших существенно упростить реализацию устройства передачи данных по электрической сети. 2) применение многочастотного коммуникационного сигнала и эффективного алгоритма обработки с использованием комплексного фильтра без операции умножения позволило существенно снизить стоимость устройства передачи данных по электрической сети за счет использования недорогой элементной базы; 3) комплексные цифровые фильтры, свойства которых исследованы в работе, могут эффективно иснользоваться и в других направлениях науки и техники; 4) предложенная методика расчета квази-баттервортовских цепей широкополосного согласования без потерь с частотными характеристиками ПФ может эффективно использоваться для проектирования устройств передачи данных по электрической сети и ряда других применений; 5) результаты диссертационной работы использованы при разработке коммуникационного устройства, предназначенного для решения хозяйственных задач контроля потребления энергоресурсов на промышленных н жилых объектах. Апробация и внедрение результатов работы. Значительная часть результатов работы апробирована в рамках НИОКР «Разработка и изготовление опытных образцов модемов для передачи данных по линиям электропитания (PLC-модемов)», выполнявшейся в 0 0 0 «Альтоника» в 2005 году по договору с Правительством Москвы в лице ОАО «МКНТ», о чем свидетельствует акт о внедрении (использовании) результатов диссертационной работы. Результаты работы внедрены в учебный нроцесс. Основные результаты работы докладывались на IX, X, XII Международной научно-технической конференциях студентов и аспирантов в 2003, 2004 и 2006 г. Публикации ио теме диссертациониой работы. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи и 8 тезисов докладов на различных научно-технических конференциях. Одна из статей опубликована в издании, рекомендованном ВАК РФ. Структура и объем диссертациоиной работы. Диссертация включает введение, 5 глав, заключение, список использованных источников из 147 наименований, приложение и содержит 174 страницы текста, в том числе 95 рисунков и 7 таблиц. Научные положения, выиосимые на защиту 1) структура приемного устройства и алгоритм цифровой обработки коммуникационного сигнала, подходящие для реализации на одном микроконтроллере; 2) методика расчета цепей согласования для устройств передачи данных по электрической сети; 3) результаты расчета и анализа частотных зависимостей показателей неаналитичности широкого класса комплексных цифровых фильтров, обладающих свойством преобразовывать вещественную последовательность, поступающую на вход фильтра, в комплексную последовательность, близкую по свойствам аналитической, одновременно обеспечением избирательности по частоте; 4) методика расчета комплексного фильтра без операции умножения, подходящего для использования в комплексных фильтрах-дециматорах в тракте цифрового приемного устройства.