（格利尔数码科技股份有限公司 221116）
摘要：随着中国城市化的进展，道路照明设施的建设和节能已经成为一个城市发展的重要课题。国内现有的道路照明系统大多是基于通信线和电力线分离，照明管理系统依靠人工控制为主。没有实现更好的节能和降低建设成本。现研究设计了一种基于电力线载波的道路智能照明系统，通过在电力线上耦合载波信号，利用已有的电力线作为通信信道而无需架设专用通信线路，从而实现了建设成本的节省。
关键词：电力载波；智能控制；路灯
电力载波技术近年来不断发展和成熟，已经广泛应用于城市照明系统、智能楼控制系统和远程抄表等众多领域。电力载波技术具有易施工、易维护、不受安装环境限制等优点，但低压电力线上通常存在强干扰且负载变化频繁，导致电力线载波通信在应用上受到一定的限制。路灯系统所用的电力线为专线，其负载单一，线路干扰较小，采用电力载波的通信方式具有可行性。
1路灯智能控制的基本要求
随着社会文明的不断发展，路灯已不再局限于街道照明，而是发展为表现城市景观、体现城市形象的重要标志。并且，随着道路照明范围的扩大，道路照明管理部门的管理工作量也加大。想要及时发现和维修故障路灯，仅靠检修车的上路巡检是很难做到位的，而远程的实时监测就成为路灯管理的一大帮手。可以通过对路灯的电流、电压、通讯状况等参数的采集和分析，判断其是否处于正常的工作状态，也可以让路灯上的采集模块主动上报异常信息。再者，路灯在安装设计时，虽然为道路交通量较大时的照明提供保障，但在交通流量少的时候，路灯的照明往往超出了照明的需求，造成了电能的浪费。因此，路灯也需要调光、半功率工作等技术，也需要进行实时的监测和调控。
2系统总体结构
路灯远程监控系统的网络是由操作台PC集中控制系统和分别安装在各个路灯的节点控制系统组成。集中控制系统由载波集中器和PC组成，可以安置在路灯的控制室内，负责发送、收集和分析各节点的数据。节点控制系统由载波终端和单灯控制器组成。载波终端接收来自集中器的命令，控制路灯信息，并将该信息发送给单灯控制器以及接收路灯状态信息并上报该信息；单灯控制器接收载波终端的控制命令并执行，同时发送路灯状态信息给载波终端。载波集中器和载波终端可以通过上位机控制软件显示控制信息及路灯状态。基于电力载波方案的路灯远程监控系统架构。每个集中控制器控制两条线路（道路两侧各一条），此两条线路就是一个控制子网，通过电力线连接各个节点控制器，集中控制器再通过无线（如4G）或有线（如以太网）方式与远程监控中心连接。集中控制器作为本地监控主机，负责解析远程控制中心的控制命令，监测本地路灯的运行状态，发现异常及时上报给监控中心。每个单灯节点都有独立的编号，在逻辑上构成一个树形网络。
3系统硬件设计
智能照明系统硬件包括集中控制器、终端控制器、路灯终端几部分。由于经单灯控制器滤波后输出为交流电源，而LED灯是有直流电源供电。因此必须在LED灯前端选择相匹配的驱动电源来对LED灯进行供电。
3.1集中器设计
集中控制器是基于ARM的平台，主芯片选用32位的STM32F407芯片。集中控制器主要包括主模块MCU单元、电力载波模块单元、程序存储单元、串口通信模块单元、程序烧写调试模块、以太网通信模块、GPRS模块、状态指示灯以及三相电力载波接口模块组成。集中控制器可以实现对区域内的终端控制器进行管理配置功能、4G无线通信功能、GPRS通信功能等。是连接每一盏单灯与路灯管理中心服务器的中间纽带。
路灯管理中心在客户端对集中控制器和区域内的路灯相关参数进行配置，配置完成后把程序下载到集中控制器嵌入式操作系统中。集中控制器内部基于Linux操作系统的路灯组网软件对路灯通信进行自动组网并优化。以实现路灯通信和控制的最优化。
由于集中控制器的Linux的操作系统平台具有程序管理功能，从而实现了在集中控制器与网络管理中心通信中断情况下仍可实现区域内路灯的自动管理。此外，载波模块交流过零中断技术实现了三相电缺相检测，一旦发现缺相，及时报告管理中心，实现了集中器与控制终端和远程管理中心的快速、可靠通信。
3.2终端控制器设计
终端控制器也是基于ARM的平台，主芯片选用的是STM32F103芯片。终端控制器主要由从站MCU、电力载波模块、电源模块、电参数测量模块、调光模块、传感器模块、开关控制模块、指示灯模块几部分组成。
终端控制器主要实现每对每一盏路灯的管理，路灯可以是LED灯或者高压钠灯等可调光光源。终端控制器实现对路灯的开关和调光的直接管理工作，以及亮度自动调节、电量参数的计量以及与集中控制器进行通信等功能。
4系统软件设计
4.1软件系统框架设计
本系统由上位机软件系统、集中控制系统与节点控制系统（包括载波终端和单灯控制）构成，其中以上位机软件系统为核心。多个节点控制器通过电力线与上位机系统进行数据间交互传输。发送的每个数据均为十六进制代码，每次发送与接收都需要软件自行分析与编译。在每条语句的最后，都要加上两个8位CRC校验码，将低位放在前面，高位放在后面。CRC校验码的计算由Modbus的定义编写C子函数和VB子函数，每次需要进行CRC校验或计算的时候，直接调用子函数，非常方便。每次发送数据前都要重新进行CRC校验，以保证每次数据的正确性。各个分机都会接收来自电力线上所有的载波信号，但只会处理跟自己域名相同的命令。载波集中器会接收电力线上所有的载波信号，经过CRC校验后，直接发送给上位机软件系统，由上位机对各个节点控制器的状态信息进行综合分析，处理和显示等工作。
4.2上位机设计
集中控制器的上位机软件既要完成网络初始化配置，以树状图显示网络拓扑结构和人工修改路由配置或添加新节点的功能，同时可发送命令控制节点，并接受节点反馈信息做出相应的响应。
上位机主界面分成上下两个功能区，上部分为操作区，包括串口配置（COMConfig），网络初始化（NetworkingInitializing），数据传输压力测试（PollingTest），人工添加节点（AddNode），报警及关控制（Alarm，AllLight）。下部分为显示区，包括主显示区，串口发送与接收数据显示，网络拓扑图显示（NetworkTopology），自定义控制命令区。
5测试与分析
系统设计了终端控制器、集中控制器、路灯管理上位机软件。已经在实验室环境下搭建了微型实验系统进行了通信测试，系统组成由一台服务器作为路灯管理中心服务器，一台笔记本用于客户端访问服务器，其他设备包括阻波器、一台集中控制器、九个终端控制器和九盏LED灯以及功率匹配的驱动电源。实验包括调光和开关控制通信可靠性测试、电参数采集、红外检测有效性等工作。在三个月内进行了五组实验，验证了系统可以可靠实现对灯开关、调光、电参数计量等功能。
结语
该路灯智能控制系统属于比较成熟的路灯解决方案，在国外很多城市已经得到应用，可广泛应用于城市、小区、学校等公共场所的路灯控制，进而能有效地对路灯照明进行智能化控制，有效地节约电力能源，对于中国道路照明市场的应用应该有广阔的发展前景。
参考文献
[1]王海韬.城市路灯远程监控系统的研究.江苏大学，2010年.
[2]庄建.城市路灯自动化监控管理系统设计.四川大学，2006年
[3]李宏超.智能路灯远程控制系统[D].郑州：郑州大学，2010.