路燈照明系統(tǒng)的自動(dòng)化程度對(duì)一個(gè)城市的建設(shè)有著深遠(yuǎn)的影響，因此設(shè)計(jì)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(guò)人工詢(xún)線(xiàn)的方式對(duì)其開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，因此無(wú)法對(duì)路燈進(jìn)行實(shí)時(shí)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(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳統(tǒng)的路燈控制方式就顯得無(wú)能為力。近幾年來(lái)，隨著電力線(xiàn)載波技術(shù)的發(fā)展，將電力線(xiàn)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(shí)段的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)路燈電流和電壓的測(cè)量，及時(shí)地監(jiān)測(cè)路燈的短路故障和開(kāi)路故障，從而及時(shí)地對(duì)故障進(jìn)行處理；而且通過(guò)對(duì)載波信息的實(shí)時(shí)查詢(xún)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(shí)、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(jì)出電力線(xiàn)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(cè)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(diǎn)組成，其原理框圖如圖1所示。監(jiān)控中心主要由計(jì)算機(jī)、主控制器、自動(dòng)化監(jiān)控軟件、GPRS通信模塊以及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備組成，主要負(fù)責(zé)對(duì)路段控制器和路燈節(jié)點(diǎn)的控制以及對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理，完成對(duì)路燈的開(kāi)關(guān)控制和故障的監(jiān)測(cè)。路段控制器、路燈節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)段對(duì)路燈進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。

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　　監(jiān)控中心通過(guò)GPRS模塊與路段控制器和路燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，將要執(zhí)行的指令通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)給路段控制器和路燈節(jié)點(diǎn)；路段控制器通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的解析來(lái)識(shí)別監(jiān)控中心所要執(zhí)行的指令，并將指令通過(guò)電力線(xiàn)發(fā)到SSC P300載波模塊；SSC P300載波模塊通過(guò)判斷地址和指令要求來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)指定路燈的開(kāi)關(guān)操作以及對(duì)路燈狀態(tài)的查詢(xún)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈節(jié)點(diǎn)的控制；若監(jiān)控中心需要信息返回， SSC P300載波模塊通過(guò)電力線(xiàn)將信息傳到路段控制器，通過(guò)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(guò)監(jiān)控中心就可以完成對(duì)路燈狀態(tài)的查詢(xún)和故障情況的處理，利用自動(dòng)化監(jiān)控軟件和電子地圖就可以確定某個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)或者故障位置；路段控制器中裝載了萬(wàn)年歷，通過(guò)對(duì)時(shí)間的設(shè)定實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈每天開(kāi)關(guān)的自動(dòng)化管理，有效地節(jié)省了人力、物力，并且可以對(duì)突發(fā)事件及時(shí)地進(jìn)行處理。
2? SSC P300載波模塊設(shè)計(jì)
　　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(xiàn)性調(diào)頻方式進(jìn)行信號(hào)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(kāi)始，以100kHz～200kHz的頻率結(jié)束。由于這種調(diào)頻信號(hào)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(diǎn)，在干擾比較多的電力線(xiàn)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(guò)單片機(jī)的SPI接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)的晶振由SSC P300的4MHz時(shí)鐘輸出提供。在接收模式下，模擬信號(hào)" title="模擬信號(hào)">模擬信號(hào)通過(guò)電力線(xiàn)耦合，經(jīng)過(guò)輸入帶通濾波將信號(hào)傳輸?shù)絊SC P300，SSC P300則通過(guò)調(diào)制將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存在緩沖器中，單片機(jī)通過(guò)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(hào)通過(guò)寫(xiě)命令將數(shù)據(jù)寫(xiě)入SSC P300，在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，SSC P300輸出信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)解調(diào)為模擬信號(hào)以Chirp波的形式輸出，通過(guò)信號(hào)放大電路將信號(hào)幅值放大，再通過(guò)輸出帶通濾波將干擾濾除后，耦合到電力線(xiàn)上。
　　為了盡可能長(zhǎng)地增加傳輸距離，對(duì)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(hào)放大電路的設(shè)計(jì)效果對(duì)于信號(hào)傳輸距離和抗干擾能力會(huì)產(chǎn)生很大影響。輸入濾波電路的設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果如圖3所示。輸入濾波器是一個(gè)6極點(diǎn)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(hào)得到有效的衰減，增強(qiáng)了載波信號(hào)的抗干擾性，防止了信號(hào)的誤碼。增加傳輸距離的另外一個(gè)措施是提高輸出信號(hào)的發(fā)射功率。經(jīng)過(guò)測(cè)試，在相同的條件下運(yùn)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(yùn)算放大器分別采用OPA561和P111時(shí)的輸出波形。

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3 中繼功能實(shí)現(xiàn)
　　上電之后，單片機(jī)實(shí)時(shí)地查詢(xún)與SSC P300的端口，及時(shí)地處理從電力線(xiàn)上傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，具體流程圖如圖5所示。
　　由于載波信號(hào)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?yàn)楝F(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(hào)的發(fā)射功率來(lái)增大傳輸距離還不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整條路燈的控制。針對(duì)這種問(wèn)題，在傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下采用中繼的方式來(lái)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(wú)效時(shí)，可以通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。由上位機(jī)通過(guò)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(mǎn)足中繼條件時(shí)，自動(dòng)作為中繼使用；當(dāng)條件不滿(mǎn)足中繼條件時(shí)，自動(dòng)作為節(jié)點(diǎn)使用。圖6給出了中繼的流程圖。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
　　在沒(méi)有外界干擾的一段路燈上實(shí)驗(yàn)時(shí)，若路燈的鎮(zhèn)流器是電感鎮(zhèn)流器，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(huì)有高頻干擾，在加入阻波器后，高頻干擾相對(duì)減小，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(duì)于國(guó)內(nèi)的路燈鋪設(shè)情況，利用電力線(xiàn)載波方式來(lái)改造路燈的自動(dòng)化程度是很容易實(shí)現(xiàn)的。
參考文獻(xiàn)
1? 吳家洲，姚 遠(yuǎn)，楊叔子.基于電力線(xiàn)載波通訊的公共路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的研究.計(jì)算機(jī)測(cè)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