基于电力载波技术的LED路灯监控系统设计分析

摘 要：随着城市化规模的不断扩大，人们逐渐认识到传统高压钠灯式路灯在资源浪费方面的缺陷，并有意识的将使用寿命、响应速度、功率消耗等方面具有明显优势的LED等应用于路灯建设中，为进一步提升路灯的节能性，人们尝试结合电力载波技术进行针对LED路灯的监控系统设计，在此背景下，本文针对基于电力载波技术的LED路灯监控系统设计展开分析，为提升路灯的能源利用率做出努力。

关键词：电力载波技术；LED路灯；监控系统设计

前言：现阶段的路灯监测系统在智能化方面存在一定的缺陷，使应用LED灯的路灯仍会产生一定的能源浪费，而且针对故障LED路灯的检修维护工作也难以及时的落实，所以人们尝试将现阶段城市里LED路灯已有电源线可进行有效利用的电力载波技术应用于LED路灯监控系统的设计中，在提升能源节约效果和强化路灯管理水平方面意义重大。

一、电力载波技术在LED路灯监控系统中应用的可行性分析

现阶段LED路灯由于电力线的主要功能使电能的传输而非数据传输，所以在应用电力载波技术进行LED路灯监控系统设计的过程中，信道传输要受到有色背景噪声、窄带噪声、周期性脉冲噪声、非同步脉冲噪声等方面的影响，致使数据传输信号具有明显的衰落性，甚至使通讯失效。考虑到信号的衰减程度与传输距离具有密切的关系，在监控系统中通过路由算法对收发数据进行确认对保证接受数据的有效性具有积极的作用，这为系统应用电力载波提供了可能[1]。由于采用DSDV路由协议相比按需路由在掉包率方面优势明显，而且其在节点增加的同时点到点延迟也会增加，在节点移动比较频繁、逻辑拓扑频繁变化的情况下比较适用，现阶段整体发展也较为成熟，恰好满足电力载波技术在LED路灯监控系统中应用的需要，这也说明电力载波技术在LED路灯监控系统中应用具有可行性。

二、基于电力载波技术的LED路灯监控系统设计

（一）基于电力载波技术的LED路灯监控系统架构设计

此系统的功能决定，其需要包含三部分主要结构：首先，LED路灯的控制器，其一方面对路灯的状态进行控制，一方面要收集路灯运行的相关参数并向总控制器进行传送；其次，基站控制器，其主要功能使以电力载波网为依托对路灯网络整体的运行状态进行监控，利用相应的设备与系统的总控制器数据共享；再次，总控制器，其一方面向下层结构命令，一方面对路灯网络中各路灯的运行状况进行显示。可见在此监控系统中需要传感器、数据传输设备、数据处理设备等协调工作。

（二）基于电力载波技术的LED路灯监控系统节点设计

1.路灯控制器

要发挥路灯控制器板上传感数据采集的功能，其需要包括电力载波收发模板、光照传感器、电源模块、MCU处理器等结构，为保证其数据采集的能力满足要求可选用类似STM32这种在内核、调试模式、转换、控制端口数量、定时器数量、通信接口数量、安全性等方面均较理想的MCU处理器[2]。笔者在设计的过程中除选用此款处理器外，选用MAX4080电流传感器、BH1620光照传感器、G5NB继电器等，使其硬件性能满足实际需要。在软件设计方面，考虑到路灯控制器数据采集的流程为上电后的系统初始化、AD period或接收命令、传感器进行数据采集、数据滤波、更新数据、控制路灯，所以在软件设计方面主要针对阈值指导开关灯程序、数据采集程序和电力载波调制解调驱动程序以及相关的通信软件进行。

2.基站控制器

考虑到基站控制器的主要作用使对网络整体进行管理、与总控制器进行数据共享，所以在设计的过程中，笔者结合相关硬件的性能，选择G3100GSM/GPRS通信模块、IS63LV1024L芯片共同构成其整体模块。在对其软件设计的过程中，考虑到其发送和接受的流程为上电后设定接受参数和工作模式，在设定成功的基础上进行发送数据，如果发动数据长度过长对其进行数据分段，然后进行编码。发送，如果受到数据要对数据进行解码、上传等，以GSM模块驱动协议、网络管理相关协议和电力载波通信模块驱动程序作为设计的重点软件。

（三）基于电力载波技术的LED路灯监控系统协议设计

MAC层协议、网络层协议和路由协议均是协议设计的重点，在进行MAC层协议设计的过程中，考虑到无线网络与电力载波网络的相似性，可以借用无线网络的DCF和RTS/CT协议进行介质访问控制[3]。在网络层协议设计的过程中，结合网络层协议与应用层协议的关系，可以发现其协议需要在检测系统的处理线程和输出函数阶段发挥作用，其在收到数据后，要对其进行校验，在通过的情况下，如果TTL为0则需要在路由转发的作用下根据端口号投递到应用协议中。路由协议的设计可直接利用上文阐述的电力载波的AODV协议进行。

上述设计的LED路灯监控系统，不仅可以对路灯运行的状态进行实时的掌握，而且可以结合实际需要对路灯的状态进行调整，所以节能的效果更加理想。

结论：通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到路灯节能的重要性，并在LED路灯取代高压钠灯式路灯的基础上，有意识的以电力载波技术为基础，进行监控系统的设计，这可以提升路灯节能的整体效果，而且路灯的维护工作也得到强化，现实意义突出。

参考文献

[1]廖惜春，任敬哲，杨志高. 基于电力载波的可寻址LED路灯智能监控系统设计[J]. 照明工程学报，2014，02：43-47.

[2]郭淑贞. 基于电力载波技术的路灯监控系统设计分析[J]. 通信电源技术，2013，06：73-74+77.

[3]李震. 基于Zigbee技术的大功率LED路灯监控系统的设计与实现[D].华南理工大学，2014.