路燈照明系統(tǒng)的自動化程度對一個城市的建設(shè)有著深遠(yuǎn)的影響，因此設(shè)計高可靠性的路燈監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為重要。傳統(tǒng)的路燈控制只能通過人工詢線的方式對其開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，因此無法對路燈進(jìn)行實時的控制；如果某段路燈出現(xiàn)故障或者需要控制某一部分路燈的開關(guān)狀態(tài)，傳統(tǒng)的路燈控制方式就顯得無能為力。近幾年來，隨著電力線載波技術(shù)的發(fā)展，將電力線載波技術(shù)應(yīng)用在路燈監(jiān)控系統(tǒng)中，不僅能控制城市路燈在不同時段的開關(guān)狀態(tài)，通過對路燈電流和電壓的測量，及時地監(jiān)測路燈的短路故障和開路故障，從而及時地對故障進(jìn)行處理；而且通過對載波信息的實時查詢與解析，可以維護(hù)路燈電纜，防止路燈電纜被盜，使城市路燈得到及時、有效、可靠的管理。本文利用Intellon公司的SSC P300模塊作為載波芯片，設(shè)計出電力線載波模塊，并分別在裝有電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器的路燈上進(jìn)行了測試，收到了良好的效果。
1? 路燈監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理
　　路燈監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、路段控制器和裝有載波模塊的路燈節(jié)點組成，其原理框圖如圖1所示。監(jiān)控中心主要由計算機(jī)、主控制器、自動化監(jiān)控軟件、GPRS通信模塊以及計算機(jī)外圍設(shè)備組成，主要負(fù)責(zé)對路段控制器和路燈節(jié)點的控制以及對接收到的信息進(jìn)行處理，完成對路燈的開關(guān)控制和故障的監(jiān)測。路段控制器、路燈節(jié)點是由SSC P300模塊和單片機(jī)以及外圍電路組成的控制模塊和載波模塊，實現(xiàn)對路燈信息和主控中心信息的雙向傳輸，以及根據(jù)不同的時段對路燈進(jìn)行開關(guān)控制。

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　　監(jiān)控中心通過GPRS模塊與路段控制器和路燈節(jié)點進(jìn)行通信，將要執(zhí)行的指令通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)給路段控制器和路燈節(jié)點；路段控制器通過對數(shù)據(jù)的解析來識別監(jiān)控中心所要執(zhí)行的指令，并將指令通過電力線發(fā)到SSC P300載波模塊；SSC P300載波模塊通過判斷地址和指令要求來實現(xiàn)對指定路燈的開關(guān)操作以及對路燈狀態(tài)的查詢，從而實現(xiàn)對路燈節(jié)點的控制；若監(jiān)控中心需要信息返回， SSC P300載波模塊通過電力線將信息傳到路段控制器，通過路段控制器上的GPRS模塊以短信息的形式傳給監(jiān)控中心。因此，通過監(jiān)控中心就可以完成對路燈狀態(tài)的查詢和故障情況的處理，利用自動化監(jiān)控軟件和電子地圖就可以確定某個路燈節(jié)點的狀態(tài)或者故障位置；路段控制器中裝載了萬年歷，通過對時間的設(shè)定實現(xiàn)對路燈每天開關(guān)的自動化管理，有效地節(jié)省了人力、物力，并且可以對突發(fā)事件及時地進(jìn)行處理。
2? SSC P300載波模塊設(shè)計
　　在PLC載波模塊中采用Motorola單片機(jī)M68HC908LJ12與Intellon公司的SSC P300載波芯片進(jìn)行通信，電路框圖如圖2所示。SSC P300是基于擴(kuò)頻載波技術(shù)中的線性調(diào)頻方式進(jìn)行信號調(diào)制的，利用掃描頻率的Chirps進(jìn)行載波，這種擴(kuò)頻通信方式的頻帶寬度為100kHz～400kHz，并且總是以200kHz～400kHz的頻率開始，以100kHz～200kHz的頻率結(jié)束。由于這種調(diào)頻信號占用的頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息的帶寬，因而可以獲得較大的處理增益，克服了窄帶通信方式的抗干擾能力弱、傳輸距離" title="傳輸距離">傳輸距離短等缺點，在干擾比較多的電力線上使數(shù)據(jù)高速、可靠地傳輸。
　　單片機(jī)與SSC P300之間的通信通過單片機(jī)的SPI接口來實現(xiàn)，單片機(jī)的晶振由SSC P300的4MHz時鐘輸出提供。在接收模式下，模擬信號" title="模擬信號">模擬信號通過電力線耦合，經(jīng)過輸入帶通濾波將信號傳輸?shù)絊SC P300，SSC P300則通過調(diào)制將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號儲存在緩沖器中，單片機(jī)通過讀命令將數(shù)據(jù)接收并按照數(shù)據(jù)的要求執(zhí)行相應(yīng)的操作；在發(fā)送模式下，單片機(jī)將所要發(fā)送的數(shù)字信號通過寫命令將數(shù)據(jù)寫入SSC P300，在下一個時鐘脈沖到來時，SSC P300輸出信號，并將數(shù)字信號解調(diào)為模擬信號以Chirp波的形式輸出，通過信號放大電路將信號幅值放大，再通過輸出帶通濾波將干擾濾除后，耦合到電力線上。
　　為了盡可能長地增加傳輸距離，對于調(diào)制出的Chirp波形必需進(jìn)行有效的濾波和放大，因此輸入、輸出濾波電路和信號放大電路的設(shè)計效果對于信號傳輸距離和抗干擾能力會產(chǎn)生很大影響。輸入濾波電路的設(shè)計及仿真結(jié)果如圖3所示。輸入濾波器是一個6極點的LC帶通濾波器，頻帶寬度為100kHz～400kHz，可以使頻帶以外的干擾信號得到有效的衰減，增強(qiáng)了載波信號的抗干擾性，防止了信號的誤碼。增加傳輸距離的另外一個措施是提高輸出信號的發(fā)射功率。經(jīng)過測試，在相同的條件下運算放大器采用OPA561比采用Intellon公司提供的P111放大效果更明顯。圖4給出了運算放大器分別采用OPA561和P111時的輸出波形。

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3 中繼功能實現(xiàn)
　　上電之后，單片機(jī)實時地查詢與SSC P300的端口，及時地處理從電力線上傳輸過來的數(shù)據(jù)，具體流程圖如圖5所示。
　　由于載波信號的輸出功率是有限的，在不考慮中繼的情況下，一般的傳輸距離在500米左右，因為現(xiàn)在城市路燈的距離一般在1000米左右，因此僅靠提高載波信號的發(fā)射功率來增大傳輸距離還不能夠?qū)崿F(xiàn)對整條路燈的控制。針對這種問題，在傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下采用中繼的方式來解決，即當(dāng)主控中心收不到某一路燈的信息或?qū)δ骋宦窡艨刂茻o效時，可以通過中繼節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。由上位機(jī)通過路段控制器進(jìn)行指定和初始化，并保存在網(wǎng)關(guān)PLC中，既具備普通模塊的功能，又具備中繼功能。當(dāng)監(jiān)控指令信息滿足中繼條件時，自動作為中繼使用；當(dāng)條件不滿足中繼條件時，自動作為節(jié)點使用。圖6給出了中繼的流程圖。

4 實驗結(jié)果分析
　　在沒有外界干擾的一段路燈上實驗時，若路燈的鎮(zhèn)流器是電感鎮(zhèn)流器，點對點通信距離可以達(dá)到650米；若路燈鎮(zhèn)流器是電子鎮(zhèn)流器，由于電子鎮(zhèn)流器會有高頻干擾，在加入阻波器后，高頻干擾相對減小，點對點通信距離可以達(dá)到500米。而將中繼方案應(yīng)用于路燈管理系統(tǒng)中，1500米通信距離內(nèi)的路燈完全能夠控制，因此，對于國內(nèi)的路燈鋪設(shè)情況，利用電力線載波方式來改造路燈的自動化程度是很容易實現(xiàn)的。
參考文獻(xiàn)
1? 吳家洲，姚 遠(yuǎn)，楊叔子.基于電力線載波通訊的公共路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的研究.計算機(jī)測量與控制，2002；(10)
2 Zhang Weiqiang, Xu Dianguo, Chi-Hwan Lee. Design and performance of digital ballast for HPS lamps.IEEE Eighteenth Annual Applied Power Electronic Conference and Exposition, 2003:1205~1208