基于寬帶電力載波技術的多功能路燈系統(tǒng)

隨著能源與環(huán)保問題日益緊張，我國對城市發(fā)展建設的各個方面都提出了節(jié)能減排的要求。城市照明作為一個城市的重要基礎設施，具有數(shù)量巨大、使用頻繁的特點。為了保障人民群眾正常生活的安全，同時兼顧節(jié)約用電，節(jié)能減排的目的，各地路燈管理單位紛紛將原有照明燈具換成LED節(jié)能照明器具，并對原有照明系統(tǒng)進行LED改造，期望通過使用LED燈具實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。除了更換燈具的方法，對現(xiàn)有路燈系統(tǒng)根據(jù)需求進行節(jié)能控制也是一個好的選擇。然而， 現(xiàn)有的很多節(jié)能控制方案都是從路燈系統(tǒng)自身出發(fā)，重點考慮的是路燈控制指令的傳輸和路燈系統(tǒng)的控制問題，沒有從城市公共設施功能的整體出發(fā)考慮，從而導致功能單一，不能為智慧城市的發(fā)展提供基礎設施的支撐。

鑒于上述方案的不足，本文從智慧城市整體功能出發(fā)，通過對現(xiàn)有城市路燈系統(tǒng)的改造，并兼顧智慧城市的建設需求，提出一種融合信息路燈解決方案。

系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)主要由工業(yè)級電力貓、WiFi AP無線模塊、視頻監(jiān)控、路燈控制中心等4個部分構成，系統(tǒng)構成如圖1所示，各模塊主要功能如下：

1.工業(yè)級電力貓

工業(yè)級電力貓為電力線寬帶載波模塊，是智能路燈視頻監(jiān)控和WiFi上網(wǎng)系統(tǒng)中的關鍵設備，在路燈之間使用現(xiàn)有電力線作為基礎傳輸線路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，不需要重新做任何的布線和修改，對輸電線也沒有任何特殊的要求。

模塊無需增加專用網(wǎng)絡線，以路燈供電線路作為無線WiFi的數(shù)據(jù)和監(jiān)控視頻流的通信信道，具有成本低，組網(wǎng)簡單的特點，可與Internet外部網(wǎng)絡進行交互通信，實現(xiàn)監(jiān)控視頻遠程監(jiān)控和提供無線WiFi免費上網(wǎng)功能。模塊可集成到燈具中，形成一體化智能路燈產(chǎn)品。

2.WiFi AP無線模塊

內(nèi)置WiFi AP無線模塊，為用戶實現(xiàn)覆蓋范圍內(nèi)的WIFI無線上網(wǎng)功能，滿足多人網(wǎng)頁瀏覽。

3.視頻監(jiān)控

通過以太網(wǎng)RJ45接口連接網(wǎng)絡攝像頭設備，在電力線上實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的傳輸，用于監(jiān)控路面，路燈檢查，公安、交警監(jiān)控，視頻搜索等，可作為城市的智能化管理系統(tǒng)的組成部分。

4.路燈控制中心

路燈控制中心設置在路燈管理部門內(nèi)，由服務器和相關軟件組成。路燈管理部門通過路燈控制中心的軟件可以對路燈實施遠程管控和監(jiān)測。路燈控制中心需滿足目前路燈管理部門大部分的管理工作，通過進一步的軟件功能完善，可以通過路燈控制中心軟件完成管理部門更多的工作。

本系統(tǒng)主要用于路燈供電線距離在2kM以內(nèi)的應用場景。路燈控制中心首先將需要控制的指令發(fā)送給調(diào)光用的集中器和Master電力貓，二者均安裝于配電室內(nèi)，通過網(wǎng)絡交互機將整個系統(tǒng)接入外部Internet網(wǎng)絡中。對于工業(yè)級電力貓，為滿足最大傳輸速率，在路的兩側分別使用兩個不同“域”，由于兩個“域“會發(fā)生串擾，所以需要在配電柜輸出端加電感隔離。

以左側路燈為例，使用單個“A域”，由于Slaver節(jié)點的傳輸速率與Master距離和中繼次數(shù)有關，靠Master最近的Slaver－1的傳輸速率最高，隨著距離的增加傳輸速率將逐漸降低，所以距Master較近的幾個Slaver節(jié)點，

完全可以滿足傳輸視頻和提供wifi信號的需求。但對于距離最遠的Slaver節(jié)點，比如在1kM～2kM之間的Slaver節(jié)點，需要經(jīng)過2～5次的中繼，傳輸速率可能會降低到約10Mbps以下，同時伴隨傳輸延時和錯報率增加，基本可以滿足一路視頻的傳輸或者有限的wifi上網(wǎng)需求。

通過綜合評估，對于2kM的傳輸距離，本系統(tǒng)可實現(xiàn)的最大總傳輸速率約為100Mbps ～120Mbps左右。假設路燈間距40m，單側路燈數(shù)量為50盞燈，單路視頻的帶寬需求為6Mbps，可滿足約10路視頻傳輸?shù)男枨螅簿褪强蓾M足每五盞燈之間一路視頻的傳輸需求。另一方面，對于距離Master節(jié)點1km以內(nèi)的Slaver節(jié)點，可同時滿足傳輸視頻和wifi上網(wǎng)需求，但對于距離Master節(jié)點1kM～2kM之間的Slaver節(jié)點，只可滿足一路視頻的傳輸或者有限的wifi上網(wǎng)需求。

圖1 系統(tǒng)構成圖

圖2 工業(yè)電力貓工作原理介紹

工業(yè)級電力貓工作原理

作為系統(tǒng)的設計核心，工業(yè)級電力貓在本系統(tǒng)的作用不言而喻，下面對該設備進行簡單的介紹：

在本系統(tǒng)中，工業(yè)電力貓工作原理如圖1 所示：在上圖中，電力貓包含一個Master節(jié)點，多個Slaver節(jié)點。Master節(jié)點通過組網(wǎng)將Slaver節(jié)點信息注冊收集。Master節(jié)點與Slaver節(jié)點的組網(wǎng)結構屬于星形結構，在不加中繼節(jié)點的情況下，Master節(jié)點到Slaver點對點最遠傳輸距離為500m，點對點最大總傳輸速率可達到200 Mbps左右。對于一Master對多Slaver的情況，Master到各Slaver的傳輸速率會因為不同傳輸距離和環(huán)境的不同而不同，但總傳輸速率不會超過200Mbps。

如果傳輸更遠距離需要增加中繼節(jié)點，但是增加中繼節(jié)點的帶來的缺點是會降低一定的速率；如上圖所示，如果Master節(jié)點要和距離超過500m的Slaver－5、Slaver－6、Slaver－7進行通信，首先要通過Slaver－4進行中繼，同時Slaver－4也作為普通Slaver節(jié)點進行視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸。

在本系統(tǒng)的電力貓設計中，電力貓核心通信單元采用東軟載波生產(chǎn)的SSC1660芯片。該芯片是一款將模擬前端、基帶調(diào)制解調(diào)、數(shù)字信號處理、CPU 內(nèi)核及豐富的功能外設高度集成一體的專用通信芯片，可以提供標準以太網(wǎng)接口，無縫對接用戶設備端，可在電力線、同軸電纜、電話線等介質下進行有效的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸帶寬為1.8M－25M/50MHz，物理層最高傳輸速率可達250M/500Mbps，其被廣泛應用于智能安防、智能樓宇、智慧社區(qū)等領域。

結束語

本文提出了一種新的智能路燈解決方案。該方案利用電力載波技術，通過在現(xiàn)有路燈線路中加裝電力載波通信模塊，實現(xiàn)了路燈的遠程控制。同時，為了充分利用現(xiàn)有電力網(wǎng)絡的傳輸資源，在本方案中，在原有路燈部分加裝了視頻監(jiān)控部分和WiFi 模塊，使原有的路燈即具備了傳統(tǒng)的照明功能，同時還具有了現(xiàn)場監(jiān)控，為居民提供INTERNET接入的功能，大大豐富了現(xiàn)有路燈的服務功能，為智慧城市的建設提供了基礎設施。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.018