电力系统远程监控技术演示课件.ppt

电力系统远动,电力工程系电自教研室刘宝志,第一章绪论第二章远动信息的信源编码第三章电量变送器第四章远动信息的传输第五章远动系统第六章电网调度自动化系统,第一章绪论,第一节电力系统远动的功能第二节远动信息和传输模式第三节远动系统第四节调度自动化系统,1.1电力系统远动的功能,遥测即远程测量应用远程通信技术进行信息传输,实现对远方运行设备的监视和控制。遥信即远程指示；远程信号对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。遥控即远程命令应用远程通信技术，使运行设备的状态产生变化。遥调即远程调节对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。,1.2远动信息及传输模式,远动信息遥测信息、遥信信息、遥控信息、遥调信息。远动信息传输模式循环数字传输模式（CDT方式）、问答传输模式（polling方式）常用远动信道专用有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道等。,1.3远动系统,远动系统功能结构图,遥控命令编码,输入,,,,,打印,送模拟屏,送主计算机,,前置机部分,电流变送器,i,u,iu,电量输入,传感器,非电量输入,脉冲计数,模拟多路开关,脉冲量输入,,,,,数字多路开关,状态量输入,传感器,非电量输入,模\数转换,遥控执行,遥调执行,终端装置部分,译码,同步,返送校核,,,,,,解调,,编码,调制,信道,,,,,,,,,,,,,,,译码,调制,,,,,,,同步,,,,下行信息,下行信息,上行信息,上行信息,遥测、遥信CRT显示,功率变送器,调制,远动系统配置的基本模式点对点配置，如图a多路点对点配置，如图b多点星形配置，如图c多点共线配置，如图d多点环行配置，如图e,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图a,图b,图c,图d,图e,1.4调度自动化系统,调度模拟屏,显示器、打印机、键盘、鼠标,主计算机,前置机,1,2,3,,,,,,,,远动终端1-N,远动信道,人机联系子系统,计算机子系统,远动子系统,调度自动化系统组成,我国调度自动化系统分层控制国家调度其调度自动化系统为EMS系统；大区网调其调度自动化系统也为EMS系统；省级调度地区调度其调度自动化系统一般为SCADA系统;县级调度,第二章远动信息的信源编码,第一节遥信信息的采集和处理第二节遥测量的采集第三节遥测信息的处理第四节脉冲量的采集和处理第五节遥控和遥调,2.1遥信信息的采集和处理,遥信对象状态的采集遥信信息是二元状态量，通常由电力设备的辅助接点提供，辅助接点的开合直接反映出该设备的工作状态。下面将介绍两类触点信号的例子,,,,,,,图2-1是断路器动作机构原理图。当合闸线圈YC通电，断路器闭合，辅助触点QF断开；当跳闸线圈YT通电，断路器断开，QF常闭触点闭合。,,,,,,,,,,,,,,YC,YT,QF,图2-1,,,图2-2是断路器事故跳闸音响回路的一部分。断路器在合闸位置时，SA投入合闸后位置，SA的1-3，23-21两对触点闭合，而QF常闭触点在断开位置。若此时断路器跳闸，则QF触点闭合，接通回路的正、负电源，使信号脉冲继电器1KSM的触点闭合，接通音响报警回路。,,,KM,,,,,,,,SYM,1KSM,,,1,3,23,,21,,,,,,,SA,,,,,,,,,,,,,,,,,-KM,-XM,QF,1KSM,1KM,1KM,图2-2有源,,,,,HA,R,,上面介绍的是单触点遥信。目前在遥信对象状态的采集方面也有采用双触点遥信的处理方法，即一个遥信量由两个状态量表示，一个来自开关的合闸接点，另一个来自跳闸接点.不论无源还是有源触点，由于他们来自强电系统，直接进入远动装置将会干扰甚至损坏远动设备，因此必须加入信号隔离措施。下面介绍2种隔离措施,图2-3采用继电器隔离，当断路器在断开时，其辅助触点QF闭合使继电器K动作，其动合触点K闭合,输出的遥信信息YX为低电平’0’状态。反之，断路器闭合时，QF断开，使K释放,产生高电平’1’状态的YX。图2-4采用光电耦合器，短路器断开时，QF闭和使发光二极管发光，光敏三极管导通，集电极输出低电平’0’状态。当短路器闭合时，QF断开使发光二极管中无电流通过，光敏三极管截止，集电极输出高电平’1’状态。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,QF,,,,K,K,,U,图2-3,YX,5V,,,,,,,,,,,,,U,,,,,,,,,,,,,,,,,YX,5V,,,,,,,,,,,QF,图2-4,如图2-5下面介绍一适用于有源和无源接点的实用遥信取样电路当遥信信源连通短路时，输出YX为高电平；当遥信信源悬空或带有直流正电压时，YX为低电平。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5V,,YX,,,,,,,,,,,,,,,-,遥信信源,U,图2-5,遥信状态的输入电路经过上述信号处理后，远动装置内的遥信信息为符合TTL电平的’0’、’1’状态信号，但仍然是散乱的，必须通过遥信状态的输入电路有效组织。接收遥信量的输入电路可以采用三态门芯片、并行接口芯片和数字多路开关芯片三类接口芯片实现。这三类芯片，图2-6、2-7、2-8各给出了一例子，我们将依次介绍作。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1Y1,2Y1,1Y4,2Y4,1A1,2A1,1A4,2A4,2G,1G,,,,输出,,输入,选通,,用SN74LS244采集遥信量,,,,,,,图2-6,,,D0,,,,D7,,PA0,PA7,PB0,PB7,PC0,PC7,,,,数据总线,读信号,,RD,,WR,A0,A1,CS,,,,,口选择,写信号,,选通,8255,,,PA口,,,,,PB口,PC口,,输入,用Intel8255采集遥信量,Intel8255数据读取控制,,,,,,,图2-7,,,,,,,,,SN74151功能表,,,,,,,,,,SN74151,Y,W,A,B,C,S,D0,,,,输入,D7,,,输出,输出选择,选通,用SN74151采集遥信量,图2-8,图2-9为采用1片SN74LS244和8片SN74151实现64路遥信量输入的例子．8片SN74151共接64路遥信量，其输出分别至SN74LS244的8个输入端，SN74LS244的输出端至Intel8031CPU的数据总线上。SN74151的数据选择由Intel8031的P2.7产生。这样在74LS244的8路输入的基础上,连接8片SN74151实现64路输入量的扩展。,P0.0P0.1、、、P0.6P0.78031P2.7P1.2P1.1P1.0,ABCYSSN74151D7、、、D0,2Y41Y4、、、2Y11Y1SN74LS2442A41A4、、、2A11A1,1G,2G,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,64,8,63,7,58,2,57,1,用数字量多路开关实现遥测量输入的扩展,图2-9,系统对遥信采集有一分辨率指标，即对同一遥信量前后２次扫查时间间隔。根据分辨率可以设定遥信扫查的时间间隔，一般将遥信扫查置于时钟中断服务程序中，每一个等时间间隔，都要对全部的遥信量进行一次扫查，这样构成的扫查模式为定时扫查模式。,P0.0-P0.78031ALERDWRP2.7INT0,,,,数据口8255A0A1A口B口RDWRCS,74LS373,,,,,YX,,,,,,,,,,,,８路遥信量采集电路,遥信信息在采集和处理上有两种模式定时扫查和变位触发。下面我们用定时扫查模式进行说明。电路如图2-10。,图2-10,,,,,,,,,,1,,,,,连续N次读遥信状态量并比较是否相等是一种软件去抖的方法，可保证遥信量的准确性。如果不等，则应返回再次读数，如果这一过程反复M次仍不能结束，则说明遥信信源出故障，这时应进行遥信出错处理。在遥信正确读取后，应与前次遥信状态进行比较，判断有无变化，如果有变位，记下变位时刻，置变位标志。,子程序入口,连续Ｎ次读8255A口的数据,N次数据是否相等,与上次遥信状态是否相同,返回,计数值加1,不等的次数等于M,置遥信量变位标志读变位时间,遥信出错处理,,,,,,,,,,,,,,,Y,Y,N,N,N,Y,遥信定时扫查子程序框图,图2-11,定时扫查的程序框图如图2-11。,变位触发模式,在实时扫查模式的基础上稍加修改则可实现,中断服务程序框图,核心部分内容,,,,,,,,,,从A口读遥信状态,提出变位遥信,取变位时刻,向B口输出遥信状态,提高遥信信息可靠性措施电网调度自动化对远动系统中遥信采集的可靠性和准确性的要求极高，要求在硬件和软件两个环节加以充分的保证。硬件方面，保证强电系统和弱电系统的信号隔离，通常采用继电器隔离和光电耦合器隔离。软件方面，不能以一次瞬间的状态来表示遥信状态，须连续多次读取状态，以其每次读取均相同的状态作为遥信状态。另外，遥信的防抖和消噪处理也可用软件方法实现。事件顺序记录事件，指运行设备的变化。事件顺序记录，指开关或继电保护动作时，按动作的事件先后顺序进行记录。事件分辨率，指正确区分事件发生顺序的最小时间间隔。,2.2遥测量的采集,遥测信息是表征系统运行状况的连续变化量，分电量和非电量。电量指一次系统中母线电压支路电流、支路有功无功等。非电量指发电机定子和转子的温度、水库的水位等。模数转换原理实现A/D转换的方法很多，以逐位比较式作介绍，见图2-12。,,D/A转换电路,,,-,,逐次逼近逻辑寄存器SAR,三态输出数据锁存器,逻辑控制与定时电路,,,,,,,,,,,,,,,START自动脉冲,Ui模拟输入,Uo,电压比较器,留码/去码,UR参考电压,数据输出,EOC转换结束,逐位比较式A/D转换原理图,图2-11,D/A转换电路的作用是输出由n个呈二进制关系的标准电压的组合叠加电压。UOURdj*2-j其中dj‘1’或’0’，d1为最高位，dn为最低位。D/A转换的满量程为UmaxUR1-2-n。因此对于任何一个0Umax伏的直流电压Ui，都可以用一组n个二进制码d1dn表示，其表示误差不大于1LSB（UR*2-n）伏。逐位比较式A/D转换电路工作过程首先启动脉冲使转换器开始工作。寄存器SAR全部清零，UO输出为0。然后定时电路控制逐位比较的节拍，由高位到低位一位一位进行。第一位比较置d1‘1’，这时D/A转换电路输出为UOUR*2-1，电压比较器比较输入电压Ui与Uo的大小。若Ui≥Uo则作为留码处理，保留d1‘1’；若Ui＜Uo，则做去码处理，使d1‘0’。第二位比较置d2‘1’，这时D/A转换电路输出Uod1UR*2-1UR*2-2，电压比较器比较Ui与Uo的大小，根据比较结果决定第二位d2是留码还是去码。依次类推，此过程一直到第n位比较结束。最后可以在一定误差范围内达到UiUo，这时输出转换结束信号EOC，且输出的n位二进制有效数据。该数据正是A/D转换后得到的数字量。,以一个8位A/D转换器为例加以说明。设A/D转换的满量程为5V，输入电压Ui为4.5V，转换过程见下表。,表中看出，D/A转换最后输出电压Uo与待转换的直流模拟电压Ui之间存在一定偏差，但偏差不大于一个量化单位LSB。,模数转换芯片介绍AD574A为12位逐位比较式A/D转换器，采用28脚双列直插式陶瓷封装。引脚图如图2-13。,12822732642552462372282192010191118121713161415AD574A,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5VULOGIC,数据输出方式控制12/8,,片选信号CS,,转换字长控制AO,读/转换R/C,,片使能信号CE,15VUCC,10V档输入10UIN,10V参考输出REFOUT,模拟地AGND,参考输入REFIN,,-15VUEE,双极性偏置BIPOFF,,20V档输入10UIN,STS状态标志,DB11（MSB）,DB10,DB9,DB8,DB7,DB6,DB5,DB4,DB3,DB2,DB1,DB0（LSB）,DGND数字地,数字输出,图2-13,AD574A有两个模拟量输入引脚10UIN和20UIN都可置成单极性和双极性输入方式，因此其模拟量输入量程有四档010V，020V，-55V和-1010V。A/D转换中零漂调整和增益调整是通过引脚BIPOFF和REFIN外接可调电位器来实现。如图2-14，其中RP1为零漂调整，RP2为增益调整。,AD574A10REFIN8REFOUT12BIPOFF1310UIN1420UIN,AD574A10REFIN8REFOUT12BIPOFF1310UIN1420UIN,,RP2100,,,RP1100,,,,,,,,,-55V,-1010V,,RP2100,,,,,,,,,,100k,,,,,100k,,,,,-15V,15V,,,010V,020V,AD574A的量程设置单极性输入双极性输入,图2-14,进行零漂调整和增益调整时，应先确定模拟输入量是单极性还是双极性，然后按下表给出的输入模拟量与输出代码的关系进行调整。,AD574A的输入模拟量与输出代码的关系,,,,,,,AD574A的逻辑控制真值表,只有CE1、CS0同时满足时，AD574A才能进入工作状态。R/C0启动A/D转，R/C1可进行数据读取。如果R/C输入控制信号为宽度不小于0.35微秒的负脉冲，则启动一次A/D转换，若宽度超过25微秒，则将两次启动A/D转换。12/8和A0用于实现转换字长和数据输出格式的控制。当R/C0时，若A00，则按完整12位A/D转换方式启动；若A01，则按8位转换方式启动。12/81时，为12位并行输出；12/80时，为8位双字节输出，此刻A00时输出高8位，A01时输出低4位，并以4个0补足尾随的4位。由于12/8脚与TTL电平不兼容，故应在印刷版上布线硬件接至5V或0V。STS为A/D转换状态标志，STS1表示AD574A正处于A/D转换过程中，STS0表示A/D转换结束。此输出信号可接至CPU的中断源或输入端接口。,,,,,,,,,,,,,,,,模拟遥测量输入的接口电路为了进一步了解遥测量采集的各环节，这里给出32路遥测量采集的实用电路。该电路主要包括三部分CPU、译码、程序/数据存储，如图2-15a；多路模拟开关、采样/保持、A/D转换，如图2-15b；以及光电隔离，如图2-15c.,XTAL18031P2XTAL1P0UCCALEPSENRSTWRRDUSSINT0EAP1.0P1.1,,,,,,,,,,12MHZ,,,,,,,,,,,,,1,,,,200K,,,,,,,,,,,,,,,STS’R/C’S/H’,,,74LS138,74LS373LE,CE2764OE,CE6264OEWE,,≥1,74LS245E,,74LS245E,74LS273CLK,≥1,≥1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,30pF,30pF,,5,22uF,,D04,,D03,D07,,DB07’,DB811’,AB04’,,A012,A0120,,,A1315,A815,,,D07,,A07,,,,,,,,D07,D07,,图2-15a计算与存储,,A0,,,AD7506IN015UDDOUTA03UEEENGND,AD7506IN015UDDOUTA03UEEENGND,AD574AR/CREFINSTSREFOUTBIPOFFDB011UCCUEE10UINULOGICCSDGNDCEAO12/8AGND,,,,,,,,,LF398,,,,,,,,,-,,,,,,,,,,,,,,,15V,15V,-15V,-15V,,,,,,,,,1K0.1uF,,,32,,,,,YC031,-55V,,,,24K,,,RP11K,,,,,,,RP3100,,RP2100,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,YC015,,YC-1631,AB4,15V,-15V,S/H,,CS1000pF,15V,-15V,5V,,R/C,,STS,DB011,图2-15b模拟量采集,510,,,,,,,,,,,2k,,,,,,,,,,,,STSDB011,5V,5V,STS’DB011’,,2k,,,,,,,,,510,,,,,,,,,,,,,R/CS/HAB04,,,R/C’S/H’AB04’,,,5V,5V,图2-15c光电隔离,AB03,输入到远动装置的32路遥测量均是经变送器输出-55V的直流电压信号，各路信号再经RC低通滤波进入模拟多路开关的输入端。AD7506为16选1的模拟多路开关，用两片AD7506实现32路模拟输入量的选择。如图2-15b，AD7506的16路输入量的选通地址由地址线信号AB03提供，由于其芯片使能信号EN高电平有效，因此用AB4反相信号控制前16路，AB4控制后16路，这样AB04可选择32路选择量。两片AD7506的输出端OUT连接在一起送采样/保持器LF398的输入端。采样/保持器需外接一采样电容CS和调零电路，调节RP1可实现调零工作。S/H信号可用来控制LF398应处的状态。当S/H1时，LF398处于采样状态，即输出信号与输入信号接通，CS充电；当S/H0时，LF398处于保持状态，断开输入信号，输出信号由CS的电压决定。根据输入信号变化范围，AD574A设置成双极性输入-55V的量程，RP2和RP3实现零漂和增益的调整。图2-15b中AD574A接成独立工作方式，R/C接收一个负脉冲即启动一次A/D转换，A/D转换结束后输出的12位偏移二进制码数据从DB011输出，A/D转换的工作状态由STS输出信号表示。STS1表示正在转换中，STS0表示转换已结束，可读数。此信号作为8031的一个中断源接至INT0。,,,,,,CPU选用8031，晶振12MHZ。2764为8字节EPROM，6264为8K字节RAM，74LS138产生选通信号，为芯片分配地址空间，2764的地址为000H1FFFH，6264为2000H3FFFH，A/D转换结果数据的低8位DB07的地址为4000H，高4位为4001H，32路输入量的选通地址为6000H，8031的P1.0脚提供AD574A的启动信号R/C，P1.1提供LF398的采样/保持信号，INT0接AD574A的转换状态信号，为提高系统的抗干扰能力，将模拟电路中的单片机系统交换的数字信号用光电隔离器隔离。在这个电路中，A/D转换的是可采用查询方式，也可采用中断方式。查询方式是判断INT0脚电平的高低来决定何时启动转换、何时读数；中断方式则是先启动转换，转换结束后STS的下降沿触发中断，进入中断服务程序，在中断服务程序中读数，或再启动一次转换。注意在设置8031的外部中断时，应置为边沿触发而不是电平触发。否则中断响应后中断源仍无法消除。设在主程序初始化程序中已将8031外部中断INT0置为边沿触发，内部寄存器30H中已存放遥测量选通地址（00H1FH），并初始化为00H，同时启动一次A/D转换，触发中断。转换数据存入6264中，地址为2000H203FH。A/D转换中断服务程序如下,,,,,ADCPUSHPSW；保护现场PUSHACCPUSHDPLPUSHDPHSETBRS0；选寄存器组3SETBRS1MOVDPTR，4000HMOVXA，DPTR；取A/D转换数据的低8位MOVR0，AINCDPTRMOVXA，DPTR；取A/D转换数据的高4位ANLA，0FH；屏蔽高字节高4位MOVR1，AMOVDPH，20H；计算存数地址MOVA，30HADDA，30HMOVDPL，AMOVA，R0MOVDPTR，A；存低8位数据,INCDPTRMOVA，R1MOVXDPTR，A；存高4位数据MOVA，30H；计算下一路遥测量地址INCAANLA，1FHMOV30H，AMOVDPTR，6000HMOVDPTR，A；选通模拟多路开关STEBP1.1；采样NOP；延时NOPCLRP1.1；保持CLRP1.0；启动A/D转换NOPNOPSETBP1.0POPDPH；恢复现场POPDPLPOPACCPOPPSWRETI；中断返回,遥测量的采集,数字化的遥测量采集上面讲述的遥测量采集其输入量均为直流模拟电压信号，还有数字信号没有介绍。这类信号主要来源为一些指示仪表设备，这些设备将待测量经过内部电路转换成数字信号。这类遥测量称为数字化的遥测量。数字化的遥测量采集电路类似于遥信采集电路，利用并行口或三态门直接对数字化的遥测量进行读数。但不同于遥信量中每一位只代表一个遥信对象的状态，一个数字化遥测量由多个BCD码表示。另外，遥测量输出多为空触点，需外接辅助电源产生电信号。数字化遥测量输出可能直接是电平信号，此时不能接辅助电源，可串一电阻驱动光电耦合器的发光二极管。,2.3遥测信息的处理,数字滤波输入到遥测量采集系统的模拟直流电压都是来自各类变送器和传感器，这些有用的信号中常混杂有各种频率的干扰信号。因此遥测量采集的输入端通常加人RC低通滤波器来抑制某些干扰信号。但RC滤波器不易实现对低频干扰信号的抑制，所以数字滤波器被引入来弥补不足。数字滤波就是在计算机中用一定的计算方法对输入信号的量化数据进行数学处理，减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。这是一种软件方法，对数字滤波算法的选择，滤波系数的调整有很大灵活性。下面我们将介绍几种常见滤波方法。一阶递归滤波滤波公式YKXKA（YK-1-XK）式中XK新采样的数据YK-1前一次的滤波输出YK这一次的滤波输出A滤波系数,滤波系数A式中T采样周期数字滤波器时间常数，为达到最佳的滤波效果，值的选取应根据实际系统而定，不断改变其值，使低频周期性噪声减至最低或全部消除，这时的值为系统的最佳滤波系数。此滤波公式是一迭代公式，其初值为Y0X0，A的取值范围为0≤A＜1，A的值决定了滤波输出是重视本次采样还是重视以前的采样，当A0时不进行滤波用公式做滤波处理会造成输出与输入信号间的相位滞后，故称一阶滞后滤波。限幅滤波法对于缓慢变化的量，如温度、水位等，根据实际经验确定出两次采样输入信号幅值可能出现的最大偏差△Y，通过程序判断确定本次滤波输出。判断依据如下若︱XK-YK-1︱≤△Y，则YKXK；若︱XK-YK-1︱＞△Y，则YKYK-1。此法对滤去脉冲性干扰十分有效。算术平均滤波法将N个采样值相加，然后取其算术平均值作为本次滤波输出值，计算公式如下,式中YK第K次滤波输出值Xi第i次采样值N采样次数此法可有效消除随机误差，对周期性等振幅干扰也有较明显的滤波效果。递推平均滤波法在存储器中开辟一能存储N个数据的缓冲区，该缓冲区采用先进先出的方法刷新数据，使缓冲区中存放的始终是最新的N个数据，再采用算数平均法计算，即式中YK第K次滤波输出值Xk-i从第k次向前递推i次的采样值N递推平均项数采样过程中，往往遇到尖脉冲干扰，这种干扰常使个别采样数据远离真实值。如果直接用上式计算就会将失真数据带入滤波输出结果中。因此在求平均值前，先剔除最大值和最小值，再对余下N-2数据求平均，这样既滤去了脉冲干扰，又滤去了随机干扰。这样对上式做一定修改，就可得到防脉冲干扰递推平均滤波方法。,中位值滤波法将N个采样数据按大小顺序排列，取其中间的值作为滤波输出值。死区计算远动装置中遥测量的采集工作总是不断的循环进行，并需要将遥测数据上送至调度中心。这些遥测量并不是随时都在变化，而大多数遥测量在某一时间内变化是缓慢的。如果将这些微小的变化不停送往调度中心，会增加各环节的负担，同时对调度运行人员观测运行状态也无益。如果在遥测量处理中加入死区计算，则可有效解决上述问题。死区计算是对连续变化的模拟量规定一脚小的变化范围。当模拟量在这个规定的范围内变化时，认为该模拟量没有变化，这个期间的模拟量的值用原值表示，这个规定的范围称为死区。图2-16给出死区计算示意图,t0时刻，uu0；设死区为2△u，当|u1-u0|0时，A输出信号幅值为正电源电压E；当u2时，相位连续FSK信号的带宽与相位不连续的FSK信号基本相同；当h1.5时，相位连续FSK信号的带宽小于相位不连续FSK带宽；当h0.7时，相位连续FSK信号带宽比ASK、PSK还要窄。,,,,,,,,,fc,fc-1.5fb,fc-fb,fc-0.5fb,fc0.5fb,fcfb,fc1.5fb,,,,,,,WFSKf,f,h0.5,h0.7,h1.5,图4-7,下面将个调制信号的带宽总结如下表4-1。,表4-1,4.3二进制移频键控,二进制移频键控信号的产生二进制移频键控信号分相位不连续的2FSK信号、相位连续的2FSK信号。前者用频率键控法产生，后者用直接调频法产生。图4-8是用频率键控法产生相位不连续的2FSK信号原理图。图中有两,门Ⅰ,门Ⅱ,f1,反相,f2,或门,,,,数字信号,,,,,,,,,SFSKt,图4-8,个独立的振荡器，输出信号频率为f1、f2。二进制数字信号以互非的状态加在两个门电路上，使其任何时候都只有一个振荡器的信号从或门输出。,图4-9是用直接调频法产生相位连续的2FSK信号原理图。它是利用二进制数字信号去控制LC振荡器中的键控开关，使电容△C或者并接到振荡器回路的两端，从而改变振荡器输出信号的频率。数字信号为’0‘时，键控开关断开，LC振荡频率为,,,,,,,,,,,L,C,,,,,,△C,控键开关,,,,,数字信号,SFSKt,,图4-9,当数字信号为’1‘时，键控开关接通，电容△C并接入振荡回路，此时LC振荡器回路为在调频法中，除了采用LC振荡器外，还可以用数字式调频电路产生相位连续的FSK信号。如图4-10。,固定分频器,,数字信号,可变分频器,晶振,,,图4-10,晶体振荡器输出稳定的频率为f的振荡信号；可变分频器的分频系数随数字信号的改变而变化，在数字信号分别取’0‘、’1‘时，可变分频器的输出分别为f/N1和f/N2两中不同频率信号；固定分频器的作用是对可变分频器输出再分频N次，最后得到频率为f/N1N和f/N2N的FSK信号。二进制移频键控的调制原理图4-11是二进制移频键控（2FSK）的调制器原理图。可变分频器，当数字信号为’1‘时，对振荡器输出完成N1分频；当数字信号为’0‘时，对振荡器完成N2分频。分频器，分频系数固定为N，减小可变分频器输出的键控调频信号的相位不连续。放大器，通过调节可使输出达到合适的电平输出数值。,晶振,可变分频器,分频器,低通滤波器,放大器,阻抗匹配变压器,阻抗匹配变压器,,,,,,,,,图4-11,阻抗匹配器，使调制器的输出阻抗和线路阻抗相匹配。放大器后分两路输出，可满足一发二收系统的需要。二进制移频键控信号的解调数字调频信号的解调分相干解调、非相干解调。据FSK信号特点，采用非相干解调。鉴频法原理框图如图4-12。,接收带通滤波器,限幅器,带通滤波器1,带通滤波器2,包络检波器1,包络检波器2,比较器,,数字信号,,,,,,2FSK信号,,,,,,,,,,鉴频器f1u1u2f2,图4-12,接收带通滤波器，用来限制接收信号频带以外的噪声，其带宽的选择要保证接收信号的主要频率成分都能通过。限幅器，去除移频键控信号在传输过程中产生的寄生调幅。限幅后的两个带通滤波器其中心频率为f1和f2。包络检波器，将带通滤波器输出信号的包络检出。比较器，比较两个包络检波器的输出u1、u2，以判定数字信号的状态。过零检测法正弦波每个周期有两个过零点，因此单位时间内正弦信号经过零点的次数可以用来衡量该信号频率的高低。移频键控信号的过零点数随载频频率的变化而不同，故检测出FSK信号的过零点数便可以得到频率的差异，从而还原成数字信号。过零点检测法原理图如图4-13。,限幅器,微分电路,整流电路,单稳电路,低通滤波器,判决器,,,,,,,,数字信号,2FSK信号,图4-13a原理图,a,b,c,d,e,f,g,限幅器，将FSK信号转换成矩形脉冲。矩形脉冲经微分和整流，使矩形脉冲频率频率正好是FSK每秒过零点数。单稳电路经脉冲触发，输出矩形脉冲频率为FSK信号的两倍。低通滤波器，截止频率低于单稳输出矩形脉冲频率。于是输出矩形脉冲序列直流分量。判决器，正确取决判决电平取在低通滤波器输出两个不同直流分量的中间，判决‘0’和‘1’。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a,b,c,d,e,f,g,1,0,1,t,t,t,t,t,t,t,图4-13b原理图中各点波形,差分检波法原理方框图如图4-14。,带通滤波器,延迟,相乘,低通滤波器,,,,,,,,,yt,gt,,xt,,2FSK信号,图4-14,输入2FSK信号可表示为xt经延迟后，乘法器输出，在此不做计算。yt再经低通滤波器，滤除高频，输出如果让当‘0’、‘1’码元对应两频率之间偏移较小时，,由此见，低通滤波器输出的数字基带信号幅度代表数字信号的频率偏移成正比，达到解调目的。二进制移频键控的解调器图4-15是用过零检测法对2FSK信号实现解调的调制解调器原理框图。,阻抗匹配变压器,放大器,带通滤波器,可变放大器,过零检测,低电平告警,控制器,,2FSK信号,,,,,,,,,,,数字基带信号,图4-15,阻抗匹配变压器，使输入阻抗实现与线路的匹配。过零检测，如图4-13。低电平告警回路通过控制器，控制过零检测回路的输出。,4.4移相键控,二进制绝对移相键控的产生直接调相法用数字基带信号去键控同一个振荡器输出载波的相位。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,双极性基带信号,载波输入,输出,,,,,,,,如图4-16示用环行调制器产生2PSK信号。用双极性数字基带脉冲信号控制环形调制器中的二极管开关，使V1、V2、V3、V4的导通与截止随数字基带信号的极性改变而变化。便可得到与载波振荡信号同相或相位相差180的绝对移相控制信号。,图4-16,相位选择法根据数字基带信号不同取值，从多个不同相位的载波振荡中，选取相应的载波振荡信号。图4-17是用双极性数字基带信号，快速键控相位差180的两个载波振荡，从而产生2PSK原理图。,载频振荡器,移相器兀,,,,,,双极性基带信号,,,S2PSKt,图4-17,二进制相对移相键控的产生二进制相对移相电路如图4-18。为了得到二进制相对移相信号，通常先将二进制数字基带信号变为差分码，然后再用双极性差分码做调制信号对载波进行决对调相，得到2DPSK信号。,图4-19是实现差分码变换的一种电路。当绝对码输入‘1’码元时，时钟CP作用计数器一次，即计数器的输出相对码改变一次码元状态。当绝对码输入为0时，计数器不计数。相对码元Yt与绝对码元序列Xt之间满足,差分码变换电路,相对移相电路,,绝对码Xt,相对码Yt,,,2DPSK,,载波信号,图4-18,Q计数器,,,,,绝对码,CP,,相对码,图4-19,二进制相对移相信号的解调极性比较法将接收的2DPSK信号与参考载波进行相位比较，先恢复出相对码。然后进行差分码的的反变换，把相对码还原成绝对码，得到原来的绝对码基带信号。原理图如图4-20,乘法器,载波提取,积分器,判决器,,延时T,,,,,,,,,,,2DPSK信号,Xt,Yt,Yi,,Yi-1,图4-20,图中从2DPSK信号恢复相对码Yt的过程，就是绝对移相的相干解调过程。最后由差分码反变换电路完成相对码到绝对码的变换，还原Xt。载波提取可采用被频-分频法，框图和波形见图4-21。,把接收到的调相波ust全波整流后，得到输出电压uit。如果采用中心频率为两倍载频的窄带滤波器，可以提取倍频分量ujt。再利用二分频电路对倍频分量进行分频，便得到需要的载波ukt。由于二分频电路开始工作时的初始状态可能为‘0’也可能为‘1’，所以提取到的载波也分两种uk0t、uk1t。提取到载波后，可以通过比较接收到的2DPSK信号和载波信号的相位，来确定2DPSK信号代表‘1’还是‘0’。,全波整流,窄带滤波器,二分频电路,,ust,,uit,,ujt,,ukt,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ust,uit,ujt,,,,,,,,,,,,,,,uk0t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,t,t,t,t,t,uk1t,图4-21a,b,相位的比较在相位上通过乘法器、积分器和判决器完成。见图4-22。,带通滤波器,限幅放大器,乘法器,积分器,判决器,载波提取电路,,,,,,,Yt,2DPSK,,,,,,,,ust,ukt,接收到的2DPSK信号首先经过带通滤波器和限幅放大器得到矩形波ust。用倍频-分频法提取到的载波ukt也是矩形波。两者在乘法器中通过同或的逻辑运算实现了两波形的相乘ust⊙ukt。积分器在每个码元宽度T的时间内，对乘法器的输出进行积分运算，并在积分结束后对积分器清零，以准备对下一码元宽度的时间T进行积分。按照发端的差分码变换式，接收端解调时的差分码反变换电路将相对码Yt送入延时电路，延时一码元时间T后输出yi-1，再将它与未经延时的yi进行异或，便得到，从而恢复Xt。,图4-22,相位比较法原理，直接将接收到的前后码元所对应的调相波进行相位比较。图4-23是相位比较法的原理框图和波形图。,乘法器,低通滤波器,采样判决器,延时,,,,,,,stst-T,,x’t,xt,,st-T,st,,,,,,,,,,,,01100100,st,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,t,t,t,t,stst-T,st-T,x’t,xt,图4-23a,b,4.5常用远动信道,架空明线或电缆在专用有线信道中，远动信号以脉冲的幅值、极性或交流电的频率在架空明线或电缆中传送。电力线载波信道电力线是电路系统传输电能的通道，以传输电力为主要目的的高压输电线路上，采用高频信号传输信息的信道。图4-24画出了远动信号与载波电话复用电力载波信到时的传输系统框图。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,带通滤波器,放大器,带通滤波器,调制器,放大器,带通滤波器,调制器,低通滤波器,高通滤波器,调制器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,带通滤波器,解调器,放大器,解调器,低通滤波器,低通滤波器,高通滤波器,解调器,,,,,,,,,,,,,,,,,0.33.4Hz,,12kHz,1216kHz,,远动信号,,,,,,,,,结合滤波器,312319kHz,300kHz,,,,,,,,,,,电话,4kHz,,,,,,远动信号,阻波器,耦合电容器,300kHz,,,电话,图4-24,采用电力线载波通信时，是高压线路本身被用来传输高频电流，所以在高压电网中建立有高频通信电路。阻波器对传输的高频通信电流具有高阻性，而对高压网电流呈现最小阻抗，从而可以将高频通信电流引