基于宽带电力载波技术的多功能路灯系统

基于宽带电力载波技术的多功能路灯系统

随着能源与环保问题日益紧张，我国对城市发展建设的各个方面都提出了节能减排的要求。城市照明作为一个城市的重要基础设施，具有数量巨大、使用频繁的特点。为了保障人民群众正常生活的安全，同时兼顾节约用电，节能减排的目的，各地路灯管理单位纷纷将原有照明灯具换成LED节能照明器具，并对原有照明系统进行LED改造，期望通过使用LED灯具实现节能减排的目的。除了更换灯具的方法，对现有路灯系统根据需求进行节能控制也是一个好的选择。然而， 现有的很多节能控制方案都是从路灯系统自身出发，重点考虑的是路灯控制指令的传输和路灯系统的控制问题，没有从城市公共设施功能的整体出发考虑，从而导致功能单一，不能为智慧城市的发展提供基础设施的支撑。

鉴于上述方案的不足，本文从智慧城市整体功能出发，通过对现有城市路灯系统的改造，并兼顾智慧城市的建设需求，提出一种融合信息路灯解决方案。

系统方案

本系统主要由工业级电力猫、WiFi AP无线模块、视频监控、路灯控制中心等4个部分构成，系统构成如图1所示，各模块主要功能如下：

1.工业级电力猫

工业级电力猫为电力线宽带载波模块，是智能路灯视频监控和WiFi上网系统中的关键设备，在路灯之间使用现有电力线作为基础传输线路，实现数据的通信，不需要重新做任何的布线和修改，对输电线也没有任何特殊的要求。

模块无需增加专用网络线，以路灯供电线路作为无线WiFi的数据和监控视频流的通信信道，具有成本低，组网简单的特点，可与Internet外部网络进行交互通信，实现监控视频远程监控和提供无线WiFi免费上网功能。模块可集成到灯具中，形成一体化智能路灯产品。

2.WiFi AP无线模块

内置WiFi AP无线模块，为用户实现覆盖范围内的WIFI无线上网功能，满足多人网页浏览。

3.视频监控

通过以太网RJ45接口连接网络摄像头设备，在电力线上实现视频数据的传输，用于监控路面，路灯检查，公安、交警监控，视频搜索等，可作为城市的智能化管理系统的组成部分。

4.路灯控制中心

路灯控制中心设置在路灯管理部门内，由服务器和相关软件组成。路灯管理部门通过路灯控制中心的软件可以对路灯实施远程管控和监测。路灯控制中心需满足目前路灯管理部门大部分的管理工作，通过进一步的软件功能完善，可以通过路灯控制中心软件完成管理部门更多的工作。

本系统主要用于路灯供电线距离在2kM以内的应用场景。路灯控制中心首先将需要控制的指令发送给调光用的集中器和Master电力猫，二者均安装于配电室内，通过网络交互机将整个系统接入外部Internet网络中。对于工业级电力猫，为满足最大传输速率，在路的两侧分别使用两个不同“域”，由于两个“域“会发生串扰，所以需要在配电柜输出端加电感隔离。

以左侧路灯为例，使用单个“A域”，由于Slaver节点的传输速率与Master距离和中继次数有关，靠Master最近的Slaver－1的传输速率最高，随着距离的增加传输速率将逐渐降低，所以距Master较近的几个Slaver节点，

完全可以满足传输视频和提供wifi信号的需求。但对于距离最远的Slaver节点，比如在1kM～2kM之间的Slaver节点，需要经过2～5次的中继，传输速率可能会降低到约10Mbps以下，同时伴随传输延时和错报率增加，基本可以满足一路视频的传输或者有限的wifi上网需求。

通过综合评估，对于2kM的传输距离，本系统可实现的最大总传输速率约为100Mbps ～120Mbps左右。假设路灯间距40m，单侧路灯数量为50盏灯，单路视频的带宽需求为6Mbps，可满足约10路视频传输的需求，也就是可满足每五盏灯之间一路视频的传输需求。另一方面，对于距离Master节点1km以内的Slaver节点，可同时满足传输视频和wifi上网需求，但对于距离Master节点1kM～2kM之间的Slaver节点，只可满足一路视频的传输或者有限的wifi上网需求。

图1 系统构成图

图2 工业电力猫工作原理介绍

工业级电力猫工作原理

作为系统的设计核心，工业级电力猫在本系统的作用不言而喻，下面对该设备进行简单的介绍：

在本系统中，工业电力猫工作原理如图1 所示：在上图中，电力猫包含一个Master节点，多个Slaver节点。Master节点通过组网将Slaver节点信息注册收集。Master节点与Slaver节点的组网结构属于星形结构，在不加中继节点的情况下，Master节点到Slaver点对点最远传输距离为500m，点对点最大总传输速率可达到200 Mbps左右。对于一Master对多Slaver的情况，Master到各Slaver的传输速率会因为不同传输距离和环境的不同而不同，但总传输速率不会超过200Mbps。

如果传输更远距离需要增加中继节点，但是增加中继节点的带来的缺点是会降低一定的速率；如上图所示，如果Master节点要和距离超过500m的Slaver－5、Slaver－6、Slaver－7进行通信，首先要通过Slaver－4进行中继，同时Slaver－4也作为普通Slaver节点进行视频监控数据的传输。

在本系统的电力猫设计中，电力猫核心通信单元采用东软载波生产的SSC1660芯片。该芯片是一款将模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU 内核及丰富的功能外设高度集成一体的专用通信芯片，可以提供标准以太网接口，无缝对接用户设备端，可在电力线、同轴电缆、电话线等介质下进行有效的数据传输，传输带宽为1.8M－25M/50MHz，物理层最高传输速率可达250M/500Mbps，其被广泛应用于智能安防、智能楼宇、智慧社区等领域。

结束语

本文提出了一种新的智能路灯解决方案。该方案利用电力载波技术，通过在现有路灯线路中加装电力载波通信模块，实现了路灯的远程控制。同时，为了充分利用现有电力网络的传输资源，在本方案中，在原有路灯部分加装了视频监控部分和WiFi 模块，使原有的路灯即具备了传统的照明功能，同时还具有了现场监控，为居民提供INTERNET接入的功能，大大丰富了现有路灯的服务功能，为智慧城市的建设提供了基础设施。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.018