智慧路燈系統(tǒng)中無線技術(shù)和電力線載波技術(shù)的比較48927

1、智慧路燈系統(tǒng)中無線技術(shù)和電力線載波技術(shù)的比較核心提示：在智能路燈解決方案中，有兩種都不需要專門的通信線，相比其它需要專門通信線方案比較有 技術(shù)優(yōu)勢(shì)的方案即電力線載波方案和無線方案，文章從兩種方案實(shí)施的成本、技術(shù)特點(diǎn)、穩(wěn)定性、抗干擾能力等方面，進(jìn)行簡(jiǎn)單比較，分析了兩種解決方案的優(yōu)、缺 點(diǎn)，并給出相應(yīng)的參考意見。關(guān)鍵詞 智能單燈控制路燈系統(tǒng) 電力線載波技術(shù) 路燈區(qū)域控制器 GB/Z20177協(xié)議 無線路燈系統(tǒng)1 前言智能路燈中的單個(gè)路燈控制功能的解決方案，是目前路燈應(yīng)用系統(tǒng)中最佳解決方案。只有進(jìn)行單個(gè)路燈的控制，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)路燈系統(tǒng)的最佳節(jié)能和最低維護(hù)成本的目標(biāo)。單個(gè)路燈控制解決方案有很多種實(shí)現(xiàn)方

2、法，根據(jù)是否需要額外的通信布線，可以劃分為需要布線和不需要布線兩種，其中不需要專門通信布線的方案比需要專門通信布線的方案在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施、安裝、維護(hù)等方面有較大優(yōu)勢(shì)，因此在此不對(duì)需要通信布線的方案進(jìn)行討論。本文重點(diǎn)探討不需要專門的通信線的兩種解決方案：基于電力載波的方案和基于無線通信的方案。2 兩種方案的簡(jiǎn)單介紹（1）基于電力線載波技術(shù)的智能單燈路燈解決方案電力線載波技術(shù)利用現(xiàn)有的路燈中的傳輸電力的線路作為通信介質(zhì)來傳輸數(shù)字信號(hào)，即路燈之間僅僅使用現(xiàn)有的電力線基礎(chǔ)架構(gòu)，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，不需要任何的重新布線和修改，對(duì)輸電線沒有任何特殊的要求。（2）基于無線技術(shù)的智能單燈路燈解決方案單個(gè)路燈之

3、間利用電磁波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)通信，每一個(gè)路燈桿需要安裝一個(gè)專用無線通信天線，電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播，不需要物理連接線。根據(jù)上述描述，兩種方案的基本傳輸性能的比較如表1.3 兩種實(shí)施方案的詳細(xì)分析兩種解決方案如圖1所示，都可以按照三級(jí)結(jié)構(gòu)來劃分：（1）在燈具鎮(zhèn)流器中嵌入通信控制模塊，使得燈具鎮(zhèn)流器成為智能的、有數(shù)字通信能力的鎮(zhèn)流器，（2）在一個(gè)路燈控制箱控制的范圍內(nèi)，使用前面選定的通信模式進(jìn)行通信，路燈控制箱中安裝一個(gè)相應(yīng)通信模式的網(wǎng)關(guān)，或者采用標(biāo)準(zhǔn)的、專門為路燈應(yīng)用研制的區(qū)域控制器，連接到各種形式的廣域網(wǎng)。（3）在路燈控制中心，通過網(wǎng)絡(luò)連接到每一個(gè)網(wǎng)關(guān)或者使用多種廣域網(wǎng)連接方式與每一個(gè)

4、路燈區(qū)域控制器通信，中心控制服務(wù)器運(yùn)行客戶開發(fā)的應(yīng)用軟件，或運(yùn)行第三方公司專門的路燈控制軟件。目前，上海順舟電子科技有限公司是可以提供基于zigbee無線單燈控制系統(tǒng)，提供包括：?jiǎn)螣艨刂破鳌⒓泄芾砥?、軟件系統(tǒng)的一攬子方案。無線的解決方案，有基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的方案，也有使用單個(gè)公司、廠商定義的無線通信系統(tǒng)的方式，其中單廠商系統(tǒng)使用的無線規(guī)范沒有形成標(biāo)準(zhǔn)，僅在特定的廠商產(chǎn)品中才出現(xiàn)。對(duì)于電力線載波技術(shù)來說，國(guó)內(nèi)和國(guó)外有很多家的公司，提供電力載波的芯片，本文作為樣例分析的是一套路燈完整解決方案：使用美國(guó)埃施朗公司電力載波技術(shù)、法國(guó)公司路燈系統(tǒng)管理軟件和國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的基于電力載波技術(shù)的智能鎮(zhèn)流器而組成。

5、1）無線路燈解決方案智能鎮(zhèn)流器首先看一下無線方案。一個(gè)基于的智能路燈系統(tǒng)中的智能鎮(zhèn)流器構(gòu)成如下：在一個(gè)路燈段內(nèi)每一個(gè)路燈桿上的路燈鎮(zhèn)流器中都內(nèi)置一個(gè)的無線通信模塊，路燈之間通過實(shí)現(xiàn)無線通信，構(gòu)成一個(gè)無線通信子網(wǎng)。將通信功能加入到路燈鎮(zhèn)流器中，有兩種方法：一是使用芯片完全自主設(shè)計(jì)，另外一種是使用第三方公司提供的通信 模塊，兩種方法的區(qū)別在于，客戶開發(fā)的成本投入和產(chǎn)品的成本不同，客戶自主研發(fā)的鎮(zhèn)流器相比使用現(xiàn)成模塊的鎮(zhèn)流器具有成本低的優(yōu) 點(diǎn)，但是客戶開發(fā)的投入成本較高。支持通信功能的路燈鎮(zhèn)流器如圖2所示。無線路燈方案中另一種是采用某個(gè)廠商特定的無線通信技術(shù)，這種方案的特點(diǎn)是使用公共的無線通信頻率，

6、由廠商自己定義無線通信規(guī)范，廠商提供無線通信 模塊給鎮(zhèn)流器廠商，鎮(zhèn)流器廠商將無線通信模塊嵌入到鎮(zhèn)流器中，路燈之間使用該無線技術(shù)交換數(shù)據(jù)。圖3為一個(gè)廠商提供的一種無線通信模塊?？梢裕簝?nèi)置的應(yīng)用程序，包括時(shí)序調(diào)度、報(bào)警處理、數(shù)據(jù)記錄、脈沖表計(jì)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)集成，它們可以有效簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的集成。例如數(shù)據(jù)記錄功能能夠收集路燈、 電表或者傳感器（光照、雨量、天氣、交通流量、霧等）的數(shù)據(jù)來優(yōu)化路燈的運(yùn)營(yíng)時(shí)間。即使區(qū)域控制器與管理中心的網(wǎng)絡(luò)連接斷開，這些內(nèi)置的功能模塊，仍然能 夠?qū)λ芾淼穆窡魧?shí)施有效的調(diào)度控制，所有路燈的運(yùn)行數(shù)據(jù)也可以被采集并存儲(chǔ)在區(qū)域控制器的存儲(chǔ)器中，一旦網(wǎng)絡(luò)連接恢復(fù)，記錄的所有數(shù)據(jù)均可以 發(fā)

7、送到路燈控制中心。區(qū)域控制器管理路燈的另一個(gè)重要的功能是根據(jù)設(shè)置的經(jīng)緯度的信息以及內(nèi)部的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，自動(dòng)計(jì)算當(dāng)天的日出、日落的時(shí)間，這樣可以依據(jù) 這兩個(gè)時(shí)間來控制路燈的打開和關(guān)閉的時(shí)間。區(qū)域控制器上的硬件/，可以很容易的將傳統(tǒng)的、非智能的裝置轉(zhuǎn)變成智能的、網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備。例如一個(gè)數(shù)字輸入接口可以連接報(bào)警門禁，用來監(jiān)測(cè) 路燈控制箱是否被非法開啟；另外一個(gè)數(shù)字輸入接口還可以連接水浸探頭，來監(jiān)測(cè)控制箱是否進(jìn)水，還可以連接天氣探測(cè)器、霧傳感器等。連接到廣域網(wǎng)在無線路燈解決方案中，一個(gè)路燈區(qū)段的路燈使用無線進(jìn)行通信，在路燈區(qū)域控制箱中，需要安裝一個(gè)無線到的網(wǎng)關(guān)，圖4為前面提到的廠商提供的 無線到的通信模塊，

8、使用該模塊，路燈廠商可以開發(fā)該無線通信技術(shù)到的網(wǎng)關(guān)。對(duì)于的無線方案來說，市場(chǎng)上可以買到 到的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品（如圖5所示）。監(jiān)控中軟件基于路燈單燈無線技術(shù)的方案中，路燈監(jiān)控中心的軟件可以使用順舟電子科技開發(fā)的路燈管理軟件，順舟公司也可以配合客戶開發(fā)自己的系統(tǒng)。2）電力載波通信的路燈方案智能鎮(zhèn)流器使用電力線載波技術(shù)的路燈控制系統(tǒng)中，路燈智能鎮(zhèn)流器中嵌入的是一個(gè)支持電力線載波智能收發(fā)器芯片（如圖6所示）構(gòu)成一個(gè)電力載波智能路燈鎮(zhèn)流器。連接到廣域網(wǎng)在一個(gè)路燈控制區(qū)域內(nèi)，路燈控制箱中安裝一個(gè)路燈區(qū)域控制器（如圖7所示）。該區(qū)域控制器專針對(duì)路燈應(yīng)用。區(qū)域控制器使用電力線載波技術(shù)與每一個(gè)路 燈鎮(zhèn)流器進(jìn)行雙向數(shù)字通

9、信：使用現(xiàn)有供電線路，不需要額外的通行中繼設(shè)備。對(duì)于電力線上的其他噪聲設(shè)備可以使用專用的通信濾波器進(jìn)行隔離，保證實(shí)現(xiàn)良好的 通信環(huán)境。（1）法國(guó)的路燈管理軟件法國(guó)（）公司是一家專門提供路燈監(jiān)控系統(tǒng)軟件的公司，其監(jiān)控軟件由三部分組成，分別是設(shè)計(jì)軟件，數(shù)據(jù)采集軟件和網(wǎng)頁(yè)發(fā)布軟件。1）設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)全部的配置功能，包括：配置區(qū)域控制器，配置和啟動(dòng)該區(qū)域控制器所連接的每一個(gè)電力載波智能鎮(zhèn)流器，為不同分組的智能鎮(zhèn)流器定義、配置時(shí)序調(diào)度，在設(shè)備安裝后實(shí)時(shí)對(duì)區(qū)域控制器和智能鎮(zhèn)流器進(jìn)行測(cè)試。2）數(shù)據(jù)采集軟件（），對(duì)于中心的軟件所管理的成千上萬的區(qū)域控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯集并記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。3）網(wǎng)頁(yè)發(fā)布軟

10、件（），基于采集到的數(shù)據(jù)，為最終用戶提供有意義的、專門針對(duì)路燈應(yīng)用的 網(wǎng)頁(yè)界面，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)所管理路燈系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制。根據(jù)設(shè)定的時(shí)序?qū)崿F(xiàn)對(duì)路燈的開、關(guān)和亮度調(diào)節(jié)控制，可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。網(wǎng)頁(yè)可以提供的 內(nèi)容包括單個(gè)路燈故障顯示，報(bào)警信息顯示，在地圖上顯示所有的路燈歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析能量消耗數(shù)據(jù)和所實(shí)現(xiàn)的節(jié)能數(shù)據(jù)，察看燈具使用壽命以及更 多的其他功能。此外，還能夠和用戶地理信息系統(tǒng)（）、能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)、用電需求響應(yīng)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。另外，軟件提供基于插件和應(yīng)用程序接口（），這為用戶將軟件與已有的地理信息系統(tǒng)（）或維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)軟件的集成提供了便利的手段。路燈管

11、理軟件應(yīng)該支持支持多個(gè)用戶端，可以設(shè)置不同用戶端的訪問權(quán)限，能夠訪問的區(qū)域，允許實(shí)現(xiàn)的功能等，實(shí)現(xiàn)在任何位置只要有網(wǎng)絡(luò)接入就可以訪問路燈控制系統(tǒng)。圖8為路燈管理界面，目前界面支持包括中文、英文、法文、德文等多種語(yǔ)言。（2）客戶開發(fā)的路燈管理軟件客戶使用支持協(xié)議的軟件開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)路燈監(jiān)控軟件。4 兩種方案的性能比較下文從以下幾個(gè)方面，對(duì)基于電力載波技術(shù)和無線技術(shù)的兩種路燈解決方案進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的比較如表2所示。從上面的對(duì)比項(xiàng)目可以看到，使用zigbee單燈控制的路燈方案具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）單個(gè)智能路燈鎮(zhèn)流器的成本低（2）路燈之間的通信穩(wěn)定（3）區(qū)域控制器支持多種廣域網(wǎng)連接（4）監(jiān)控中心軟件有現(xiàn)成

12、的、經(jīng)過大量應(yīng)用案例驗(yàn)證的方案，也支持客戶自主研發(fā)（5）不占用無線頻率資源（6）有大量的成功的國(guó)內(nèi)、國(guó)外的應(yīng)用案例接下來再分析一下路燈之間無線通信的問題。但是電力線載波通訊因?yàn)橛幸韵氯秉c(diǎn)，導(dǎo)致PLC主要應(yīng)用“電力上網(wǎng)”未能大  電力載波芯片規(guī)模應(yīng)用： 1、配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送； 2、三相電力線間有很大信號(hào)損失（10 dB -30dB）。通訊距離很近時(shí)，不同相間可能會(huì)收到信號(hào)。一般電力載波信號(hào)只能在單相電力線上傳輸； 3、不同信號(hào)藕合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同，藕合方式有線-地藕合和線-中線藕合。線-地藕合方式

13、與線-中線藕合方式相比，電力載波信號(hào)少損失十幾dB，但線-地藕合方式不是所有地區(qū)電力系統(tǒng)都適用； 4、電力線存在本身固有的脈沖干擾。目前使用的交流電有50HZ和60HZ，其周期為20ms 和16.7ms，在每一交流周期中，出現(xiàn)兩次峰值，兩次峰值會(huì)帶來兩次脈沖干擾，即電力線上有固定的100HZ或120HZ脈沖干擾，干擾時(shí)間約2ms， 因此干擾必須加以處理。有一種利用波形過0點(diǎn)的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，但由于過0點(diǎn)時(shí)間短，實(shí)際應(yīng)用與交流波形同步不好控制，現(xiàn)代通訊數(shù)據(jù)幀又比較長(zhǎng)，所以難以應(yīng)用； 5、電力線對(duì)載波信號(hào)造成高削減。當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，線路阻抗可達(dá)1歐姆以下，造成對(duì)載波信號(hào)的高削減。

14、實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)電力線空載時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波信號(hào)可傳輸?shù)綆坠?。但?dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，只能傳輸幾十米?？偨Y(jié)一句話：信號(hào)質(zhì)量差，單寬窄，線路停運(yùn)時(shí)檢修時(shí)（有地線時(shí)）就不能傳送數(shù)據(jù)等不可克服的缺點(diǎn)。上述同樣的問題，在基于zigbee無線技術(shù)的路燈解決方案中根本不存在。5 結(jié)束語(yǔ)從上面的各種分析可以看到，基于zigbee技術(shù)的路燈系統(tǒng)相比使用載波技術(shù)的路燈系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)：ZIGBEE系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、不受周圍環(huán)境的影響，不干擾其它系統(tǒng)的運(yùn)行，系統(tǒng)成本低，基于開放的標(biāo)準(zhǔn)，有大量的、遍布國(guó)內(nèi)、外的成功案例，是實(shí)現(xiàn)路燈系統(tǒng)節(jié)能、降低維護(hù)費(fèi)用、滿足人們照明需求的解決方案。ZIGBEE-無線路燈控制

15、系統(tǒng)與路燈監(jiān)控中心建立全方位的實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)視，區(qū)域內(nèi)的路燈無線終端管理到每一盞燈，對(duì)電壓、電流、功率因數(shù)、亮度、亮燈率、溫度、防盜機(jī)構(gòu)等進(jìn)行監(jiān)控，采集和統(tǒng)計(jì)分時(shí)段電量、總電量。同時(shí)能夠及時(shí)將每個(gè)線路斷線、遇盜、撞擊、燈桿傾斜意外故障定位報(bào)警，信號(hào)傳送到監(jiān)控中心和就地產(chǎn)生聲光報(bào)警，有效的阻止各類盜竊路燈線路、器材的犯罪行為，減少公共財(cái)產(chǎn)的損失。系統(tǒng)特點(diǎn)：1：采用ZIGBEE無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)2：安裝方便，無需布線，自動(dòng)維護(hù)3：實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈單燈控制，具有定時(shí)，分控，故障報(bào)警，防盜等功能。4：能夠?qū)崿F(xiàn)一隔一，一隔二等多種控制方式，并可以隨時(shí)進(jìn)行變化功率操做。5：可以系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)生成故障報(bào)表，實(shí)現(xiàn)訂單式維修。6：操做方便，知能控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理