الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۳۹
کد مقاله
ELC39
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
طراحی سیستم انتقال خط نیرو (پی ال سی) با استفاده از میکروکنترلر پ ای سی
نام انگلیسی
Design of Power-Line Communication System PLC Using a PIC Microcontroller
تعداد صفحه به فارسی
۲۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۰
کلمات کلیدی به فارسی
انتقال خط نیرو، خدمات همگانی، شبکه توزیعی برق
کلمات کلیدی به انگلیسی
Power line communication, utility services, electrical distributed network
مرجع به فارسی
ژورنال ابزاره‌های الکترونیکی فعال و غیرفعال
دپارتمان مهندسی الکترونیک
مرجع به انگلیسی
J. of Active and Passive Electronic Devices
کشور
اردن
سیستم انتقال خط نیرو (پی ال سی) میکروکنترلر پ ای سی
طراحی سیستم انتقال خط نیرو (PLC) با استفاده از میکروکنترلر PIC
چکیده
در این مقاله، سیستم انتقال خط نیرو یا PLC که برای خواندن اطلاعات سیستم توان سنجی متناسب است ارائه شده است. بر این مبنا یک مدار فرستنده، گیرنده و رابط طراحی، ساخته و در نهایت تست شد. علاوه بر این، نتایج تجربی داده‌های دیجیتال ارسال شده بر فراز خطوط انتقال نیروی ۲۲۰V/50Hz نیز ارائه شده است. فرکانس یا بسامد حامل استفاده شده در این تحقیق ۱۴۰kHz می‌باشد.
کلمات کلیدی: انتقال خط نیرو، خدمات همگانی، شبکه توزیعی برق
سیستم انتقال خط نیرو (پی ال سی) میکروکنترلر پ ای سی
۱- مقدمه
سیستم انتقال خط نیرو (PLC) جزء آن دسته از تکنولوژیهایی بشمار می‌آید که از زیرساختار سیستم توریعی نیروی برق بعنوان یک رسانه یا ابزار انتقال استفاده می‌کند. تکنولوژی PLC می‌تواند طیفی از خدمات گسترده نظیر اینترنت، اداوات تفریحی و سرگرمی خانگی، اتوماسیون خانگی را برای کاربران فراهم آورده و همچنین به مقامات مسئول تامین نیروی برق نیز کمک نماید تا قابلیت مدیریت کارای شبکه‌های توزیع خود در حالتی رقابتی را بدست آورند.
این تکنیک جذابیت قابل توجهی را در زمینه سنجش و برآورد سیستم انتقال بدست آورده است، چرا که کلیه مصرف کنندگان به شبکه انتقال متصل بوده و این شبکه نیز بوسیله مسئولین مربوطه هدایت و کنترل می‌شود. در یک سیستم خواندن اطلاعات سیستم انتقال نیرو، سیگنالهای دارای توان بالا بسمت شبکه ارسال می‌شوند، که بوسیله کلیه دستگاههای سنجش متصل به شبکه دریافت می‌گردند. این سیستم بطور گسترده‌ای در اروپا و مخصوصا در فرانسه پیاده شده است. سیستمهای PLC را همچنین می‌توان جهت انتقال داده در داخل ساختمانها با استفاده از خطوط انتقال نیرو مورد استفاده قرار داد و از این طریق در هزینه نمودن کابلهای ارتباطاتی صرفه‌جویی نمود. تحقیقات اخیر نشان داده است که یک سوم مصرف کنندگان پهن باند جدید تا سال ۲۰۱۰ از سیستم انتقال خط نیرو استفاده خواهند نمود. تکنولوژی PLC همچنین به شرکتهای توزیع نیرو نیز اجازه خواهد داد تا جریان درآمدی قابل توجهی را از طریق ایجاد یک بسته جدید برای خود بوجود آورند که در حین آنکه توانایی ارسال و تامین نیرو را همچنان حفظ می‌کنند، قادر خواهند بود دسترسی ارتباطات پهن باند دارای سرعت بالا و مطمئن نظیر اینترنت را نیز از طریق این خطوط تامین نمایند.
تکنولوژی PLC مزیت بیشماری را در مقایسه با تکنولوژی سیمی و بدون سیم عرضه می‌دارد و این خصیصه است که آن را بعنوان یک ابزار کارا و اقتصادی برای برخی از کاربردها مطرح ساخته است. در ابتدا PLC قابلیت استفاده از زیرساختارهای موجود شبکه‌های خطوط برق را خواهد داشت که خود به معنای صرفه‌جویی بسیار زیاد در سیم‌کشی خواهد بود. در وهله دوم، PLC بسیار ایمن‌تر از سیستمهای بدون سیم و خطوط تلفن می‌باشد. اطلاعات انتقالی در محدوده‌های خانگی، شرکتی و غیره قابلیت هک شدن بوسیله هیچ فردی خارج از شبکه را نخواهند داشت.
از طرف دیگر، برخی از مشکلات و معایب وجود دارند که مانع از گسترش چنین سیستمی بعنوان یک ابزار ارتباطاتی جهانی می‌شود. علاوه بر مشکلات تداخل امواج که بواسطه تشعشعات ناشی از خطوط نیرو بوجود می‌آید، سیستمهای PLC همچنین از نویز ایجاد شده بوسیله بارها و ادوات متصل شده به شبکه خط انتقال نیرو نیز در رنج می‌باشد که خود باعث تحمیل محدودیتهایی در پهنای باند موجود می‌شود.
در این مقاله، ما یک اجرای سخت افزاری ساده برای سیستم PLC با استفاده از میکروکنترلر – کنترلر رابط جانبی (PIC) – را ارائه می‌نمائیم که فراهم آورنده مجموعه تولید داده‌ها و رابط‌ها می‌باشد. این سیستم برای برقراری ارتباطات داده در داخل یک شبکه برق محلی، نظیر خواندن داده‌های کنتور بصورت اتوماتیک، کنترل آژیر آتش سوزی و امنیتی و غیره، متناسب است. به منظور کاهش پیچیدگی، این سیستم با استفاده از مدولاسیون کلید انتقال باز و بسته (OOK) ساخته شده است. سیستم PLC با استفاده از مدارهای رابط مناسب، که به منظور ایجاد عایق الکتریکی و تطابق امپدانس به خطوط برق مورد استفاده قرار می‌گیرند، به خطوط برق متصل می‌شود. این امر به معنای آن است که این سیستم را می‌توان با استفاده از مولفه‌های استاندارد موجود پیاده نموده و از اینرو میزان قابل توجهی از صرفه‌جویی در هزینه را حاصل آورد. این سیستم در طی ساعات بیشمار عملیاتی مورد تست قرار گرفته و این نکته مشخص شد که سیگنال انتقالی از سطوح اعوجاج اندکی برخوردار است.
سیستم انتقال خط نیرو (پی ال سی) میکروکنترلر پ ای سی
۲- سیستم PLC
فرستنده PLC را باید بگونه‌ای طراحی نمود تا بتواند سیگنال را در برابر محیط متخاصم ارتقا دهد. رسانه خط انتقال بعنوان یک محیط بسیار مضر در مقابل داده‌های دیجیتال مد نظر می‌باشد. این امر بدین واسطه است که محیط انتقال خط نیرو ممکن است حاوی سیگنالهای سرگردان و بشکل پالسهایی باشند که باعث ایجاد نویز در گیرنده خواهند شد. این پالسها ممکن است در امر سیگنالهای انتقالی تداخلاتی را ایجاد نموده و باعث بوجود آمدن اعوجاجهای ناخواسته شوند که خود سبب اغتشاش در عملیات سیستم می‌شوند. بنابر این، انتقال داده‌ها بر مبنای باند بصورت ناکافی محقق شده و از اینرو به یکی از تکنیکهای مدولاسیون دیجیتال نیاز خواهد بود تا بتوان نسبت به حاصل آوردن داده‌های ایمن و تضمین سالم فرآیند انتقال اقدام نمود.
یک بلوک دیاگرام ساده فرستنده PLC در شکل ۱ نشان داده شده است. یک فرستند اولیه PLC شامل ۵ مرحله فرعی می‌باشد: منبع داده، مبدل سریال به پارالل، اسیلاتور فرکانس حامل، مدولاتور دیجیتال و مدار رابط یا میانجی. وظیفه فرستنده، مدوله سازی سیگنال داده از طریق یکی از تکنیکهای مدولاسیون دیجیتال و بارگذاری آن بر روی شبکه خط انتقال نیرو می‌باشد. مدولاسیون OOK معمولا مورد استفاده قرار می‌گیرد، چرا که این تکنیک فراهم آورنده یک سیستم قابل اطمینان و در عین حال ساده می‌باشد. مدولاسیون OOK یکی از موارد خاص مرتبط با مدولاسیون ASK (شیفت گسترده دامنه) می‌باشد، جاییکه هیچ حاملی در طی انتقال یک صفر وجود ندارد. یک مدار واسط به منظور ایزوله سازی ۲۲۰ V/50Hz از محیط دارای فشار ضعیف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شکل ۲٫ نمودار بلوکی گیرنده – PLC
سیستم انتقال خط نیرو (پی ال سی) میکروکنترلر پ ای سی
۳- طراحی سیستم PLC با استفاده از PIC
در این مقاله، ما از یک میکروکنترلر جهت تولید داده‌ها و سنکرون‌سازی آنها استفاده می‌کنیم. داده‌های ورودی فرستنده PLC در حقیقت داده‌های موازی هستند که ممکن است از یک PC، یک سوئیچ DIP و یا غیره حاصل شده باشند. میکروکنترلر PIC به منظور خواندن داده‌های ورودی موازی و سپس تبدیل آنها به داده‌های سریال، مهیا شده برای مدولاسیون دیجیتال، مورد استفاده قرار می‌گیرد. PIC همچنین جهت فعال سازی انتقال داده پس از تاخیری مشخص، به منظور اطمینان از حذف پالسها یا ولتاژهای کوتاه مدت بصورت باز یا بسته، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۱-۳٫ فرستنده PLC
فرستنده PLC پیشنهادی در شکل ۴ نشان داده شده است و شامل PIC-16F87، که بعنوان منبع داده و همزمانگر اطلاعات مورد استفاده قرار می‌گیرد، یک مدولاتور OOK، یک آمپلی‌فایر برق و یک مدار رابط می‌باشد. یک مبدل سطح (آمپلی‌فایر عملیاتی که بعنوان یک مقایسه‌گر ساده عمل می‌نماید) به منظور تبدیل سطوح داده بین PIC و مدولاتور OOK مورد استفاده قرار می‌گیرد.
به منظور بحداقل رسانی تاثیر مرتبط با مشکلات اعوجاج، انتخابهای پارامتریک بحرانی بر مبنای تجربه کاری و بهترین نتایج خروجی بکار گرفته شده‌اند. فرکانس حامل انتخابی (fc) می‌بایست ثابت، پایدار و بسیار بیشتر از نرخ باود یا سرعت انتقال داده باشد. بنابر این، یک اسیلاتور با استفاده از اسیلاتور کنترل ولتاژ LM566CN ساخته شد تا آنکه نسبت به تولید شکل موج مستطیلی با بسامد ۱۴۰ KHz اقدام نماید که بسیار بیشتر از سرعت انتقال داده استفاده شده (۵۰۰ bit/s) می‌باشد. شکل موج مستطیلی بدین علت انتخاب شد که می‌توانست عملکرد اعوجاج بهتری را حاصل آورد.
سیگنال مدوله شده بوسیله یک مدار میانجی به خط- نیرو بارگذاری شد که این مدار شامل یک مدار طنین انداز LC پس از تقویت نیرو می‌باشد که باعث فراهم آوردن سطح جریان مورد نیاز برای راه‌اندازی مدار میانجی شده است.تقویت کننده نیرو با استفاده از ترانزیستور C3039 طراحی گردید. این ترانزیستور معمولا برای کاربردهای ولتاژ و سرعت بالا، مخصوصا در مدارهای القایی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدار میانجی باعث ایزوله سازی ۲۲۰V/50Hz از یک محیط فشار ضعیف فرستنده PLC می‌شود. مدار میانجی نیز همچنین برای مسدود ساختن پالسهای گذرای کوتاه مدت ولتاژ بالا تولید شده بوسیله عمل سوئیچینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۲-۳٫ گیرنده PLC
در گیرنده PLC پیشنهادی، سیگنال دریافتی در ابتدا با استفاده از یک پیش تقویت کننده تقویت می‌گردد. پس از آن سیگنال تقویت شده به آشکارساز یا جداکننده مدوله OOK وارد شده و سبب بازیافت داده‌های اولیه می‌گردد. پس از آن داده‌های دریافت شده به داخل میکرو کنترلر ارسال شده که در آن داده‌های سریال به اطلاعات پارالل تبدیل می‌شوند. یک مدار میانجی، مشابه با مدار رابط استفاده شده در فرستنده، به منظور ایزوله ساختن گیرنده از محیط ۲۲۰V/50Hz مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکل ۷ نشان دهنده نمودار بلوکی گیرنده PLC پیشنهادی می‌باشد و شکل ۸ نیز معرف نمودار شماتیک مدار گیرنده است.
مدارهای مدولاتور / و جدا کننده مدوله OOK با استفاده از گیت‌های AND منطقی اصلی طراحی شده و بوسیله مبدلهای سطح استفاده شده جهت ارتباط TTL به CMOS مرتبط با PIC و مدولاتور OOK پیاده شده‌اند. یک تقویت کننده عملیاتی که بعنوان یک مقایسه کننده عمل می‌نماید بعنوان مبدل سطح مورد استفاده قرار گرفت. این دستگاه سطوح داده را به سطوح دیگر تبدیل می‌کند، آنهم به هنگامی که لاجیک HIGH بزرگتر از ۸V و لاجیک LOW کوچکتر از ۲V باشد. سیگنال عامل که در مدولاسیون OOK استفاده شده است با استفاده از اوسیلاتور کنترل ولتاژ LM566CN حاصل آمده است.
سیستم انتقال خط نیرو (پی ال سی) میکروکنترلر پ ای سی
۴- آنالیز پیاده سازی و عملکرد
این میکروکنترلر بگونه‌ای برنامه‌ریزی شده است که قابلیت خواندن داده‌های ورودی موازی بر روی PORT B (از RB0 RB7) را داشته باشد و سپس بتواند آن را به داده‌های سریال تبدیل نماید. پس از آن PIC نسبت به ارسال اطلاعات بصورت سریال از طریق پین انتقال RS232 (RC6/TX/CK) اقدام می‌کند. فلوچارت این برنامه که در PIC16F876 استفاده شده است در شکل ۹ مشخص گردیده است. این میکروکنترلر بگونه‌ای برنامه‌ریزی شده است تا نسبت به انتقال اطلاعات پس از یک تاخیر زمانی اقدام نماید تا آنکه اطمینان حاصل شود ولتاژهای کوتاه بوجود آمده بواسطه سویچینگ مدار حذف شده باشد.
مدار میانجی از طریق برآورد جریان نشتی یا تراوش شده سیگنال ۲۲۰V/50Hz، که می‌تواند بوسیله این مدار عبور نماید، تست می‌گردد. بر این مبنا این موضوع مشخص شد که حداکثر دامنه سیگنال نشت به میزان ۳۶ mV بوده است که هیچگونه مشکلی را برای اجزای الکترونیکی گیرنده و فرستنده ایجاد نخواهد نمود.
مدار میانجی با استفاده از سه نوع مختلف از سیگنالها مورد بررسی قرار گرفت: سیگنال سینوسی، سیگنال مثلثی و سیگنال مستطیلی به منظور ارزیابی میرایی یا افت قدرت امواج، اعوجاج و نویز عملکرد مدار. سیگنال انتقالی در سه نقطه در طی روال انتقال مورد بررسی قرار گرفت: در فرستنده قبل از ورود مدار میانجی، در خط ـ انتقال نیرو و در گیرنده. این نکته مشخص شد که سیگنال سینوسی از سطوح میرایی بالایی در رنج می‌باشد و از اینرو شکل موج مستطیلی را باید بعنوان سیگنال کامل مورد استفاده قرار داد.
واکنش فرکانس پیش تقویت کننده استفاده شده در مدار گیرنده در شکل ۱۰ نشان داده شده است. این موضوع مشخص می‌باشد که بسامدهای پایین (۵۰ Hz) میرا خواهند شد.
این پیش تقویت کننده با استفاده از یک سیگنال دارای دامنه ۵mV در ۱۴۰KHz مورد آزمایش قرار گرفت. شکل موجهای سیگنال ورودی و خروجی در شکل ۱۱ نشان داده شده‌اند.
مدارهای گیرنده و فرستنده، همانگونه که در شکلهای ۱۲ و ۱۳ به ترتیب نشان داده شده‌اند، پیاده گردیده‌اند.
سیستم انتقال خط نیرو (پی ال سی) میکروکنترلر پ ای سی
۵- نتیجه گیری
ما یک سیستم PLC ساده و قابل اتکایی را طراحی نمودیم. این سیستم پاسخگوی نیازهای ما در زمینه ثبات، اطمینان‌پذیری و دقت می‌باشد. این سیستم در طی ساعت‌های بیشمار عملیات متوالی مورد تست قرار گرفته و مشخص شد که سیگنال ارسالی از سطوح بسیار پایین نویز و اعواجاج در رنج می‌باشد. این سیستم را می‌توان با استفاده از اجزای استاندارد پیاده نمود و همچنین می‌توان آن را برای کاربردهایی که در آنها سرعت داده و اطلاعات پایین می‌باشد نظیر خواندن کنتور و کاربردهای کنترل از راه دور مورد استفاده قرار داد.
سیستم انتقال خط نیرو (پی ال سی) میکروکنترلر پ ای سی
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
