固態(tài)街道照明的安裝正在全球范圍內(nèi)加速。這些燈具在全市范圍內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的好處已經(jīng)得到了很好的認可，并且期望連接的戶外照明將為進一步基于網(wǎng)絡的智能城市應用提供基礎設施，通常作為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）運動的一部分。

本文將電力線通信（PLC）作為網(wǎng)絡室外照明應用中的骨干連接技術的優(yōu)勢考慮在內(nèi)。雖然它可以（并且經(jīng)常）與無線網(wǎng)絡技術相結(jié)合，但是當路燈等節(jié)點已經(jīng)通過其自己的主電源網(wǎng)絡連接時，PLC具有明顯的優(yōu)勢。

參考最近推出的STMicroelectronics STEVAL-IHP007V1評估套件基于ST7580單芯片電力線通信和網(wǎng)絡解決方案，以及Echelon SmartServer2.0PL網(wǎng)絡，控制和管理設備。

控制和連接

重要節(jié)能和降低維護成本是全球聯(lián)網(wǎng)戶外照明設施發(fā)展的主要動力。據(jù)報道，公共照明可以消耗多達40％的市政能源預算。成本節(jié)約可能很大，估計從30％到70％不等。這些節(jié)省主要通過安裝長壽命，可調(diào)光LED技術實現(xiàn)的能源效率來實現(xiàn)，重要的是，能夠監(jiān)控和控制照明網(wǎng)絡。

< p>圖1：連通性是智能街道照明的關鍵，使控制和監(jiān)控能夠提供能源效率，更簡單的維護和安全功能的實施。資料來源：飛利浦（CityTouch）

在智能城市，連接的固態(tài)街道照明可為公用事業(yè)，城市和公眾帶來額外的好處。隨著網(wǎng)絡技術和一些傳感器的增加，路燈成為越來越多的智能城市應用的核心，從交通監(jiān)控和停車管理，環(huán)境和天氣報告，到公共安全和安全設施，甚至互聯(lián)網(wǎng)熱點。

全市范圍內(nèi)的能源效率可以為減少二氧化碳排放做出有價值的貢獻。公共安全改善在大多數(shù)城市議程中都很高，無論是為夜間駕駛提供更合適的色溫，在事故現(xiàn)場增加照明的能力，監(jiān)控污染，甚至是對槍聲的位置進行三角測量。同時，使用照明網(wǎng)絡基礎設施為公民，商業(yè)和消費者客戶提供更廣泛的寬帶通信正變得越來越可行。因此，由于LED技術，不起眼的燈柱正在成為重要的數(shù)據(jù)中心。

無論何種應用，關鍵要求都是雙向通信，可控性和連接性。市場研究公司Strategies Unlimited在其最近發(fā)布的“連通室外照明報告：2015年照明分析和預測”中表示，預計到2022年，全球收入平均每年增長40％（復合年增長率52％）。

在連接方面，已采用了一系列技術，包括以太網(wǎng)骨干網(wǎng)和低功率無線網(wǎng)狀網(wǎng)本地網(wǎng)絡協(xié)議，如IP6LoWPAN和ZigBee。最近，Wi-Fi正在成為競爭者。然而，在我們?nèi)找嬖鲩L的無線世界中，還有另一個經(jīng)常被忽視的解決方案：電力線通信（PLC）。

市場報告強調(diào)連接技術，指出雖然無線通信被廣泛使用，但有線通信技術將繼續(xù)成為一系列戶外應用的更合適的選擇，特別是在隧道和遠程道路中。然而，一個突出的問題，無論是有線還是無線，都需要各種網(wǎng)絡協(xié)議之間的互操作性和兼容性，這將促進更具競爭力的市場并促進更快速的增長。

PLC的好處

PLC是一個不容忽視的城市轉(zhuǎn)換為LED路燈的解決方案。在物聯(lián)網(wǎng)領域，它已經(jīng)成為智能電網(wǎng)和智能電表應用的熱門途徑。 PLC已經(jīng)被用于連接街道照明網(wǎng)絡，但尚未使用固態(tài)燈具進行更新。重點是;該技術已經(jīng)過許多供應商的驗證和證明。

利用現(xiàn)有的電力線基礎設施進行通信可以節(jié)省安裝時間和成本。它可以與RF無線網(wǎng)絡結(jié)合使用，以充分利用這兩種方法的優(yōu)勢。 PLC在無線系統(tǒng)上的優(yōu)勢包括：免受天氣影響，固有的安全性，因為它是基于電纜的，不受其他網(wǎng)絡的干擾。此外，信號傳輸不能被樹木或建筑物等障礙物阻擋;事實上，通過PLC，通過隧道將通信保持在地下。

本質(zhì)上，PLC在同時用于電力傳輸?shù)膶w上傳輸數(shù)據(jù)。它通過向布線系統(tǒng)添加調(diào)制載波信號來工作。無需額外的數(shù)據(jù)布線。 PLC模塊可以很容易地安裝在燈柱上，也可以安裝在燈柱底部而不是燈具本身。

顯然，電源線可能是嘈雜的環(huán)境，設計人員需要注意防范干擾。這些可能來自多種來源，包括：巨大的負載阻抗變化，選擇性PLC載波頻率的衰減，以及網(wǎng)絡上其他設備的噪聲干擾，如開關模式電源和逆變器。但是，PLC通常獨占使用50至50 kHz的整個PLC頻譜。用于解決可能的干擾的技術包括使用OFDM（正交頻分復用）技術，其使用多個載波頻率和單載波跳頻。解決負載阻抗，線路衰減和噪聲干擾的另一種方法是改變發(fā)送輸出功率和節(jié)點之間的載波頻率。

在典型安裝中，本地集中器/網(wǎng)關收發(fā)器提供雙向通信在多個節(jié)點之間，通常使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲，距離為2到5 km，具體取決于設備規(guī)格。數(shù)據(jù)通常使用3G/GSM/手機網(wǎng)絡傳輸?shù)桨踩姆掌骱凸芾硐到y(tǒng)或控制中心（圖2）。最近推出的智能城市基礎設施平臺現(xiàn)在將PLC與IPv6/6loWPAN網(wǎng)絡相結(jié)合，無縫結(jié)合了有線和無線技術。

圖2：基于電力線通信的典型自動路燈網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。來源：Maxim Integrated。

雙向通信非常重要，因此傳感器數(shù)據(jù)和燈狀態(tài)可以傳輸?shù)娇刂浦行牟⒋蜷_/關閉，并且可以將調(diào)光命令發(fā)送到每個燈驅(qū)動器。雖然PLC主要用于網(wǎng)關和燈具之間的數(shù)據(jù)傳輸，但必要時可在燈具內(nèi)部和燈具之間使用輔助RF網(wǎng)絡（ZigBee很受歡迎）。

照明領域的主要參與者，包括Everlight，歐司朗和飛利浦照明公司正在與思科，埃施朗和Paradox工程等跨國系統(tǒng)公司合作，為基于PLC的城市LED街道照明方案建造和安裝燈具，驅(qū)動器和控制中心。在半導體陣營中，包括意法半導體和Maxim Integrated在內(nèi)的公司已開發(fā)出關鍵元件，例如基于微控制器內(nèi)核的收發(fā)器，尤其適用于PLC和街道照明應用。

集成SoC縮短設計時間

<例如，意法半導體（STMicroelectronics）的ST7580是一款高度集成且靈活的電力線網(wǎng)絡片上系統(tǒng)（SoC）。通過將高性能PHY處理器內(nèi)核，協(xié)議控制器和完全集成的模擬前端和功率放大器相結(jié)合，用于線路驅(qū)動，該器件實際上是一種單芯片窄帶電力線通信解決方案。作為一個完全集成的SoC，它可以節(jié)省設計時間以及空間和元件成本。

最近，ST推出了STEVAL-IHP007V1評估板，描述為具有管理功能的電力線通信模塊街道照明網(wǎng)絡應用。基于ST7580，它還集成了STM32F ARM ? Cortex ? -M3微控制器。該模塊適用于EN50065，F(xiàn)CC第15部分和ARIB兼容應用，支持B-FSK，B-PSK，Q-PSK和8-PSK調(diào)制，具有雙通道操作模式，卷積ECC和信噪比估計功能。它還包含一個128位AES加密塊，用于安全通信。隨著***越來越多地利用通信網(wǎng)絡進行自身的顛覆性通信或破壞，安全性正成為一個主要問題。

ST的集成功率放大器可提供高達1 ARMS的輸出電流，線路耦合網(wǎng)絡簡化為低成本的BOM。 UART主機接口可用于與外部主機通信，從而可以遠程配置和控制設備及其協(xié)議棧。標準串行通信端口允許設計人員將模塊與ST和其他供應商的照明驅(qū)動板和鎮(zhèn)流器控制器集成。因此，ST的智能街道照明系統(tǒng)具有內(nèi)在的可擴展性和標準接口，可提供靈活的網(wǎng)絡配置和管理。

開放標準

在系統(tǒng)解決方案層次結(jié)構(gòu)中向上移動一步是Echelon的SmartServer 2.0PL PROF SR2網(wǎng)絡控制和管理設備。該服務器既可以本地使用，也可以遠程控制，可以單獨使用，也可以與第三方控制系統(tǒng)集成使用。它具有適用于各種行業(yè)標準協(xié)議的內(nèi)置驅(qū)動程序，并帶有用于設置，監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理功能的內(nèi)置網(wǎng)頁。

< p>圖3：Echelon的SmartServer連接照明方法，結(jié)合電力線和RF通信技術。

SmartServer 2.0PL PROF SR2是內(nèi)置路燈段控制的PLC版本，加上對網(wǎng)格的支持使用電力線和RF段重復路燈控制器。連接通過內(nèi)部10/100BaseT以太網(wǎng)或外部GSM/GPRS或3G調(diào)制解調(diào)器。 Echelon基于PLC與RF結(jié)合的戶外照明開放標準方法已在全球城市部署。

結(jié)論

電力線通信為創(chuàng)建連接路燈提供了明顯的起點網(wǎng)絡。憑借性能和安全優(yōu)勢以及（通常）比RF網(wǎng)絡更容易安裝，作為系統(tǒng)主干安裝的基于PLC的網(wǎng)絡可以與無線技術結(jié)合使用，以利用這兩種方法。本文展示了高度集成和基于開放標準的設備的組合如何為智能城市中的連接街道照明提供高效，可擴展且經(jīng)濟高效的解決方案。