前言：
我國城市建設突飛猛進，很多城市正從功能型向景觀型城市轉變。燈光是城市之夜的靈魂，越來越受到重視，得到了迅猛發展。路燈、景觀燈光規模越來越大，要求越來越高，從而給規劃、設計、運行、管理和維護中帶來了一系列問題。本文介紹了一種基于電力線載波的路燈控制系統，通過這套監控系統可以快速對市區控制節點進行全面巡檢；還可集中或自動組合、遙控全市路燈的開燈、關燈時間，自動檢測路燈變壓器終端的電壓、電流、路燈工作狀態等參數；自動檢測各種故障，具有多種報警形式及語言提醒和呼叫系統提示故障原因，具有將各種監測數據進行自動存儲、統計、查詢和報表打印等功能。
系統結構：
如圖1所示，考慮到路燈分布的復雜性，我們采用分級控制的方式。路燈控制系統采用電力線作為主要通訊通道，毋須另外拉線。只要在路燈處帶有電力線載波芯片的監控模塊，路燈的有關狀態便可以經由電力線傳送到電力線網關，在有故障或其它必要的情況下自動通過公話網將信息傳到路燈監控中心(見圖)。遇到有路燈損壞，監視屏幕上即立刻顯示損壞路燈的編號和位置，監控中心便可以馬上派工作人員到現場檢查和維修。同樣，在這條雙向傳輸鏈路上，通過電力線網關，監控中心可以發出特殊命令，經由電力線把命令傳送到某指定路燈的控制繼電器，從而啟動或關閉該路燈。電力線網關也可根據監控中心的命令，自動發出廣播命令控制某區域的路燈定時開關。監控中心由服務器、工作站、打印機等組成，主要用于進行監視、數據查詢、打印和報警等功能，也可通過固定電話、手機對維修人員進行自動調度。
圖1：路燈監控系統框圖
Intellon公司電力線載波芯片
電力線是給用電設備傳送電能的，而不是用來傳送數據的，所以電力線對數據傳輸有許多限制。
1．由于電網上負載的隨機停止和啟動、開關電源帶來的噪聲、周圍汽車的啟動等外來隨機脈沖干擾的影響，使電力線信道特性具有很強的時變性。低壓電力線在1S內可對某一頻率信號的衰減變化達到20dB，信噪比的變化也可達到10dB左右。2． 由于配電變壓器對電力載波信號的阻隔作用，所以電力載波信號一般只能在一個配電變壓器區域范圍內傳送；3． 低壓電力線上電力線上并連著的許多負載對信號衰落影響很大。尤其是那些用于調整電網功率團數的大電容，對幾百kHz的載波通信信號來說，相當于短路。實驗表明，信號的衰減是距離的函數，一般為40～100 dB/Km。在農村的衰減最大，500m就達到50dB；在城市，250m大約20dB；在郊區，250m亦能達到25dB；但在工業區衰減較小，750m長的線路僅為30dB。4． 另外在電力線傳輸信號對相位的影響也不容忽視，結果表明，通過250m的電力線，正弦波的相移小于±10o。 SSCP300是Intellon公司采用現代最新通訊技術設計的電力線載波modem芯片。它采用了擴頻（Chirp方式）調制解調技術，它利用掃描頻率的Chirps進行載波：此方法多用于類似于以太網的CSMA網絡，它利用一系列短促的、可自同步的掃描頻率chirps作為載體（見圖二），每個chirps一般持續100 us，它代表了最基本的通信符號時間（UST）。這些chirps覆蓋了100-400 KHz的頻帶，并總是以200-400 KHz的頻率開始，繼而以100-200 KHz的頻率結束。另外，此種chirps波形還具有很強的自相關特性，這種模糊邏輯的相關性決定了所有連接在網絡上的設備，可以同時識別從網上任意設備發出的這種獨特波形，并且不需要在發送和接收設備間進行同步。由于使用了現代DSP技術、CSMA技術以及標準的CEBus協議，具有其技術上的先進性，體現了modem芯片的發展趨勢。使得其產品在速度、抗干擾性、可靠性及價格等諸多方面具有其市場優勢。
圖2：chirps信號波形
系統的電力線載波模塊的核心芯片是Intellon公司的SSCP300網絡接口控制器IC和SSCP111媒介接口IC。通過這兩片高度集成化的芯片，完成網絡中每個控制節點的功能。
l SSC P300的特性為:
1. 提供EIA-600標準中數據鏈路層（DLL）的服務；
2. 提供EIA-600標準中物理層的收發器；
3. 提供針對PL的SSC技術；
4. 提供SPI(串行外圍接口)的主處理器接口；
5. 提供數據鏈路模式、控制器模式和監控模式；
l SSC P111的特性為：
1. 將功率放大器和三態功能集合為CEBus的電力線（PL）物理接口；
2. 可代替多達30余個分立元件，不僅節省了電路板上的空間，而且提高了工作的可靠性；
3. 提供的高驅動能力輸出功率放大器（10歐姆負載下,峰-峰電壓為6V），滿足EIA-600（CEBus）標準中，關于輸出到普通阻抗和低阻抗電力線時所指定的電壓值，增強了低阻抗條件下的性能；
4. 提供了內部溫度保護電路以確保系統的可靠性；
載波接口電路：
載波接口電路框圖如下圖所示，模擬數據是通過信號輸入(SI)與信號輸出腳(SO)在交流電力線與SSCP300之間進行傳輸的。在發送模式下,SSC的"chirp"信號由SSCP300的SO腳傳到輸出放大器,此放大器可由SSCP300的三態信號(TS)腳來選擇其是否工作。一旦被放大,輸出信號就會通過一個低通輸出濾波器(可從所傳輸的信號中將失真的諧波能量去除),并傳輸到三態開關,這個開關也是由SSC P300中的TS信號來選擇其工作與否,并在接收信號操作時,將放大器和濾波器與電力線耦合電路隔離開來。當三態開關處于工作狀態時,電力線通訊信號就通過電力線耦合電路傳輸到60Hz的電力線上。在接收模式下,電力線的模擬信號通過外部電力線耦合/濾波網絡傳輸到輸入濾波器(通過SSC P300的SI腳)。這個帶通濾波器所允許通過的"chirp"頻率為100KHz到400KHz。電力線接口的輸出放大器通過Intellon的SSC P111 PL媒體接口IC即可非常容易的實現。
圖3：電力線接口框圖
在邏輯鏈路子層,SSCP300支持標準的CEBus的DLL功能,支持所有四種數據鏈路服務:UNACK,ACK,ADRACK,ADRUNACK。根據我們的試驗，Intellon的PL芯片組在使用架空線時的傳輸距離≧1km，傳輸速率約為2400波特，一般可滿足需要。同時，我們利用監控模塊和電力線網關作為虛擬中繼，這提高了載波通信可靠性，擴展了載波通信距離，可滿足大部分監控場合的需要。此外，加大發送功率也可有效提高傳輸距離，但此時必須注意芯片的散熱問題和對電力線環境的干擾。
SSCP300和SSCP111使用注意事項：
1．電源：電力載波線路需要兩個外部電源，一個+5V +/-10%直流電源,其標準電流為30mA,是用于SSC P300的;另外一個+10V +/-10%直流電源,其標準電流為250mA,可用于外部放大器。SSC P300的數字(VDDD)和模擬(VDDA)電源必須進行隔離,使得信號從IC的數字部分傳輸到模擬部分時,將噪聲的漏值降到最小。
2．SSC P300和SSC P111的設計操作溫度范圍為-40到+85攝氏度，標準電力線通訊應用所需要的分組發送任務循環必須小于10%。當應用中必須使用較大的發送任務循環時，必須避免溫度過高。
3．由于SSC P111驅動交流電力線，因而線上的瞬間電壓將會通過耦合電路返回到P111的輸出管腳上。因此最好在AC電力線耦合器中加上的MOV/齊納二級管的組合,以及在P111 IC輸出管腳上的瞬時電壓抑制器(TVS)/肖特基二極管。
4．由于SSC P300和SSC P111原來是針對北美的110V/60Hz，所以進行耦合電路變壓器設計師，必須根據我國電源為50Hz的情況進行相應的更改。
電力線網關
電力線網關除電力線載波通信模塊外，還帶有不掉電RAM、時鐘、紅外和RS232接口等部分。電力線網關在整套系統中起著承上啟下的作用，完成電力線網絡數據的采集、臨時存儲和與監控中心進行通信的功能。
圖4：電力線網關框圖
電力線網關既可以通過紅外、RS232接口，實現現場對路燈的狀態的查詢和控制，也可以通過外接的嵌入式Modem和公話網，實現和監控中心的通信。同時，由工作人員在現場和遠程的控制下，實現對所轄監控模塊的定時自動操作。例如：燈光定時開啟/關閉功能和景觀燈的順序開關和隨機開關功能。
結束語：
通過電力線載波和公話網對城市路燈、景觀燈光進行控制，可以提高市政硬件水平，與現代科技接軌，增強城市照明可靠性和可控性，結合城市夜景設置，通過智能控制，創造城市新景觀，根據不同季節合理利用電能資源，杜絕電能浪費，及時發現線路故障和單個路燈故障，提高路燈系統工作質量，減輕工人線路巡檢工作量，提高工作效率，天氣變化或有特殊事件，路燈可快速投切，方便人民生活，消除不良影響，通過電量記錄可方便與電力局核算電費。
經過簡單改造，這套方案還可實現電力線自動抄表、小區消防/防盜報警系統，也可在用于其它分布式自動化監控系統，具有較高的應用價值。
