固態路燈的安裝正在全球范圍內加快步伐。在全市范圍內將這些燈具聯網的好處已廣為人知，并且期望聯網的戶外照明將為進一步基于網絡的智能城市應用提供基礎基礎設施，通常作為物聯網 （IoT） 運動的一部分。

　　本文將電力線通信 （PLC） 作為網絡化戶外照明應用中的骨干連接技術的優勢。雖然它可以（并且經常）與無線網絡技術相結合，但當路燈等節點已經通過自己的主電源網絡連接時，PLC 具有明顯的優勢。

　　參考最近推出的意法半導體 STEVAL-IHP007V1評估套件，它基于ST7580單芯片電力線通信和網絡解決方案，加上Echelon SmartServer2.0PL網絡、控制和管理設備。

　　控制和連接

　　顯著節能和降低維護成本是全球互聯戶外照明裝置增長的主要驅動力。據廣泛報道，公共照明可以消耗多達 40% 的市政能源預算。成本節約可能是顯著的，估計從 30% 到 70% 不等。這些節省主要是通過安裝長壽命、可調光 LED 技術實現的能源效率，以及重要的是，監控照明網絡的能力。

　　圖 ：連接性是智能路燈的關鍵，它使控制和監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）

　　在智慧城市中，連接的固態路燈可以為公用事業、城市和公眾帶來額外的好處。隨著網絡技術和一些傳感器的加入，路燈成為越來越多智能城市應用的核心，從交通監控和停車管理，到環境和天氣報告，再到公共安全和安保設施，甚至是互聯網熱點。

　　全市范圍內的能源效率可以為減少 CO 2排放做出寶貴貢獻。公共安全改進是大多數城市議程的重點，無論是簡單地為夜間駕駛提供更合適的色溫、增加事故現場照明的能力、監測污染，甚至是對槍擊位置進行三角測量。同時，使用照明網絡基礎設施為公民、商業和消費者客戶提供覆蓋范圍更廣的寬帶通信正變得越來越可行。因此，由于 LED 技術，不起眼的燈柱正成為重要的數據中心。

　　無論是何種應用，關鍵要求是雙向通信、可控性和連接性。根據市場研究公司 Strategies Unlimited 在其最近發布的“互聯戶外照明報告：2015 年照明分析和預測”中，預計到 2022 年，全球收入將以年均 40% 的速度增長（復合年增長率為 52%）。

　　在連接性方面，已經采用了一系列技術，包括以太網骨干網和低功耗無線網狀局域網協議，例如 IP6LoWPAN 和 ZigBee。最近，Wi-Fi 正在成為競爭者。然而，在我們日益無線化的世界中，還有另一種經常被忽視的解決方案：電力線通信 （PLC）。

　　市場報告強調了連接技術，指出盡管無線通信被廣泛使用，但有線通信技術將繼續成為一系列戶外應用的更合適選擇，尤其是在隧道和偏遠的道路上。然而，無論是有線還是無線，一個突出的問題是各種網絡協議之間的互操作性和兼容性的需求，這將促進更具競爭力的市場并刺激更快速的增長。

　　PLC 的好處

　　PLC是轉換為LED路燈的城市不應忽視的解決方案。在物聯網領域，它已經被證明是智能電網和智能電表應用的熱門路線。PLC 已被用于連接尚未更新為固態燈具的街道照明網絡。重點是; 該技術已經過驗證，并且可以從許多供應商處獲得。

　　利用現有的電力線基礎設施進行通信可以節省安裝時間和成本。它可以與射頻無線網絡結合使用，以利用這兩種方法的優勢。PLC 相對于無線系統的優勢包括：不受天氣影響、基于電纜的固有安全性以及不受其他網絡的干擾。此外，信號傳輸不能被樹木或建筑物等障礙物阻擋；事實上，使用 PLC，通信是通過隧道在地下保持的。

　　本質上，PLC 在同時用于電力傳輸的導體上攜帶數據。它通過向布線系統添加調制載波信號來運行。不需要額外的數據電纜。PLC 模塊可以很容易地安裝在燈柱中，并且可能安裝在燈桿的底部而不是燈具本身。

　　顯然，電源線可能是嘈雜的環境，設計人員需要注意應對可能的干擾。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來自網絡上其他設備（例如開關模式電源和逆變器）的噪聲干擾。但是，PLC 經常獨占使用從 50 到 50 kHz 的整個 PLC 頻譜。解決可能干擾的技術包括使用 OFDM（正交頻分復用）技術，該技術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射輸出功率和節點之間的載波頻率。

　　在典型安裝中，本地集中器/網關收發器提供多個節點之間的雙向通信，通常使用網狀網絡拓撲，距離為 2 到 5 公里，具體取決于設備規格。數據通常使用 3G/GSM/手機網絡傳輸到安全的服務器和管理系統或控制中心（圖 2）。一些最近推出的智慧城市基礎設施平臺現在正在將 PLC 與 IPv6/6lowPAN 網絡相結合，無縫結合有線和無線技術。

　　圖 ：基于電力線通信的典型自動化路燈網絡拓撲。資料來源：Maxim Integrated。

　　雙向通信很重要，因此可以將傳感器數據和燈狀態傳輸到控制中心，并將開/關和調光命令發送到每個燈驅動器。雖然 PLC 主要用于網關和燈具之間的數據傳輸，但可以根據需要在燈具內部和燈具之間使用輔助射頻網絡（ZigBee 很流行）。

　　照明領域的主要參與者，包括億光、歐司朗和飛利浦照明，正與思科、埃施朗和 Paradox Engineering 等跨國系統公司合作，為全市范圍內的 LED 街道照明方案建造和安裝燈具、驅動器和控制中心。可編程邏輯控制器。在半導體陣營中，包括 STMicroelectronics 和 Maxim Integrated 在內的公司已經開發了關鍵組件，例如基于微控制器內核的收發器，專門針對 PLC 和街道照明應用進行了優化。

　　集成 SoC 縮短了設計時間

　　例如，意法半導體的ST7580是一款高度集成且靈活的電力線網絡片上系統 （SoC）。該器件結合了高性能 PHY 處理器內核、協議控制器和完全集成的用于線路驅動的模擬前端和功率放大器，是一種有效的單芯片窄帶電力線通信解決方案。作為一個完全集成的 SoC，它可以節省設計時間以及空間和組件成本。

　　就在最近，ST 推出了STEVAL-IHP007V1評估板，該評估板被描述為具有管理街道照明網絡應用功能的電力線通信模塊。它基于 ST7580，還集成了 STM32F ARM ? Cortex ? -M3 微控制器。該模塊適用于 EN50065、FCC 第 15 部分和 ARIB 兼容應用，支持 B-FSK、B-PSK、Q-PSK 和 8-PSK 調制，并具有雙通道操作模式、卷積 ECC 和信噪比估計。它還包含一個 128 位 AES 加密塊，用于安全通信。安全正成為一個主要問題，因為恐怖分子越來越多地利用通信網絡進行破壞性通信或破壞活動。

　　ST 的集成功率放大器可提供高達 1 A RMS的輸出電流，并簡化了線路耦合網絡以實現低成本 BOM。UART 主機接口可用于與外部主機通信，從而實現對設備及其協議棧的遠程配置和控制。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動板和鎮流器控制器集成。由于其固有的可擴展性和標準接口，ST 的智能路燈系統提供了網絡配置和管理的靈活性。

　　開放標準

　　在系統解決方案層次結構中上移一級是 Echelon 的SmartServer 2.0PL PROF SR2網絡控制和管理設備。該服務器具有本地和遠程控制功能，既可以獨立使用，也可以與第三方控制系統集成使用。它具有適用于一系列行業標準協議的內置驅動程序，并帶有用于設置、監控和數據管理功能的內置網頁。

　　圖 ：Echelon 的 SmartServer 連接照明方法，結合了電力線和射頻通信技術。

　　SmartServer 2.0PL PROF SR2是內置路燈段控制的 PLC 版本，還支持使用電力線和射頻段的路燈控制器的網格重復。通過內部 10/100BaseT 以太網或外部 GSM/GPRS 或 3G 調制解調器進行連接。Echelon 基于 PLC 和 RF 的戶外照明開放標準方法已在全球城市部署

　　結論

　　電力線通信為創建連接的路燈網絡提供了一個明顯的起點。憑借性能和安全優勢以及（通常）比 RF 網絡更容易安裝，作為系統主干安裝的基于 PLC 的網絡可以與無線技術結合使用，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慧城市中的互聯街道照明提供高效、可擴展且具有成本效益的解決方案。