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【摘 要】 本文介绍了单灯控制系统的基本组成架构，并对控制系统所采用的两种主要通信方式进行了分析和比较。
【关键词】 城市照明；单灯控制；电力载波；Zigbee
1、论文背景，现状
随着社会进步、经济发展，近10年来我国照明用电量增幅巨大。统计数据显示，2010年全国全社会用电量41923亿千瓦时，照明用电全国全社会用电量的比例为13%，而城市道路照明用电量约占照明用电总量的30%，因此探讨城市照明节能是很有必要的。
目前，国内照明系统大多是通过控制路灯箱变对整条线路进行管理，能够达到针对单盏路灯进行控制的系统较少。住建部《“十二五”城市绿色照明规划纲要》（建城[2011]178号）及《城市照明管理规定》（国家住建部[2010]第4号令）提出要将提升城市照明品质作为城市照明工作核心。城市照明维护单位应当建立和完善分区、分时、分级的照明节能控制措施，积极采用先进的灯控方式。单灯监控系统正是结合了计算机技术、网络通讯技术、自动控制技术、微电子技术等多学科技术。它能够实现单盏路灯故障检测，多策略节能方式运行，数据采集分析等多种功能并最终达到最佳控制效果。
2、控制技术的发展现状与比较
单灯控制系统通信方式的选择和设计，是单灯控制系统研究的重点，其通信方式可以分为有线有线传输方式和无线传输方式两大类。目前比较流行的方式有低压电力载波通信（PLC）技术和Zigbee无线通信技术两种方式。
2.1电力载波
电力载波通信即PLC，是英文Power line Communication的简称。电力载波是利用电力网作为传输媒介，将载有信息的高频信号加载到电力线上，通过电力线传输数据，并通过调制解调器把高频信号从电力线上分离出来，传送到监控终端设备。电力载波通信因其投资小，见效快而受到广泛关注。选择低压电力载波作为信息传输通道的技术优势在于：
（1）电力线本身由于供电可靠性的要求，具有很强的抗拒自然灾害及外力破坏的能力。
（2）电力线路作为电能输送的通道，以金属良导体材料连接，线路截面大，导电性好。在它们上面载以高频信号传输数据，无需另外挖掘电缆沟，无需敷设电缆，即可构成几乎所有点之间的通信，覆盖范围广。
（3）电力线的建设投资和运行费用，皆在电力生产成本中开支，投资少，不论新旧道路，无需改造线路，只需增加载波设备配合通信协议即可实现。
2.2 Zigbee无线通信
Zigbee作为一种无线通信技术采用IEEE802.15.4标准，利用全球共有的2.4GHz公共频率，通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。应用于监控网络时，具有非常显著的技术优势：
（1）数据传输速率低：10KB-250KB/秒，适用于低速率传输的应用。
（2）低功耗：由于传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。
（3）网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。
（4）时延短：典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。
（5）可靠：采取了碰撞避免策略，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
（6）安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。
2.3应用方式介绍
无论采用哪种通信方式，单灯控制系统一般采用三级网络组成，由监控中心，集中单元和控制单元组成，三者分别安装在中心机房，路灯箱变及路灯杆内。
控制单元与监控中心的通信通过集中单元进行转发，控制单元可以采用PLC或者Zigbee实现集中单元与控制单元的通信，集中单元通过GPRS等通信方式实现与监控中心的远程联网，从而实现监控中心对控制单元的通信。
3、试用情况介绍
福州市政工程管理处路灯管理所近年来一直致力于节能新技术的应用和推广。2014年初，结合本市路灯的实际情况，分别选择了B厂家和L厂家的单灯控制系统在闽江大道（主干道）进行试用。本次试用重点考察系统的单灯监控，数据采集，故障分析等功能。其中，B厂家采用的是Zigbee无线通信技术，而L厂家采用的是电力载波通信（PLC）技术。
两种系统在试用阶段的表现基本相当，都能够实时监控设备数据信息、告警上报、故障分析和统计功能。以下是两个厂家监控系统的对比截图：
单灯详细列表（B厂家）
按条件筛选的单灯详细列表（B厂家）
单站单灯详细信息（B厂家）
报表管理功能（B厂家）
从上表可以看出，PLC和Zigbee通信方式各有千秋，争论的焦点在于系统造价和通信可靠性问题。一般来说应当根据不同地区，不同情况区别对待。城市道路分为主次干道和支路街巷有的地方还要兼顾景观照明和小区照明。在主次干道上，由于障碍物较少，两种方式都可以考虑使用。而在背街小巷，由于环境复杂、空间狭小可以考虑采用电力载波方式。
另外，由于多数城市的路灯管理部门已经广泛使用了集中式的路灯监控系统，而新建的单灯控制系统是否能够和原有的系统兼容，从建设成本方面考虑也是一个重要问题。
4、总结与展望
单灯控制技术是提升城市照明品质的重要手段，无论采用哪种通信方式，都可以大大提升城市路灯现代化管理水平。在保证功能性或景观性照明的前提下，实现节能减排，彻底告别人工巡视、被动修灯，减少劳动强度和维护费用，提高维护的及时性、准确性，带来良好的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]张春燕，朱小本，熊吉骆.ZigBee无线路灯监控系统.浙江电力.2013，1.
[2]吕然.ZigBee标准及其进展.移动通信.2013，9.
[3]解凯源.电力载波通讯技术的路灯单灯控制系统.城市照明，2013，3.
[4]许宝玉.电力载波通信未来应用方向研究.中国新通信，2013，16.
[5]王震，杜常州，王正浩.城市智能照明单灯节能控制系统的设计与应用.软件导刊.2012，1
【关键词】 城市照明；单灯控制；电力载波；Zigbee
1、论文背景，现状
随着社会进步、经济发展，近10年来我国照明用电量增幅巨大。统计数据显示，2010年全国全社会用电量41923亿千瓦时，照明用电全国全社会用电量的比例为13%，而城市道路照明用电量约占照明用电总量的30%，因此探讨城市照明节能是很有必要的。
目前，国内照明系统大多是通过控制路灯箱变对整条线路进行管理，能够达到针对单盏路灯进行控制的系统较少。住建部《“十二五”城市绿色照明规划纲要》（建城[2011]178号）及《城市照明管理规定》（国家住建部[2010]第4号令）提出要将提升城市照明品质作为城市照明工作核心。城市照明维护单位应当建立和完善分区、分时、分级的照明节能控制措施，积极采用先进的灯控方式。单灯监控系统正是结合了计算机技术、网络通讯技术、自动控制技术、微电子技术等多学科技术。它能够实现单盏路灯故障检测，多策略节能方式运行，数据采集分析等多种功能并最终达到最佳控制效果。
2、控制技术的发展现状与比较
单灯控制系统通信方式的选择和设计，是单灯控制系统研究的重点，其通信方式可以分为有线有线传输方式和无线传输方式两大类。目前比较流行的方式有低压电力载波通信（PLC）技术和Zigbee无线通信技术两种方式。
2.1电力载波
电力载波通信即PLC，是英文Power line Communication的简称。电力载波是利用电力网作为传输媒介，将载有信息的高频信号加载到电力线上，通过电力线传输数据，并通过调制解调器把高频信号从电力线上分离出来，传送到监控终端设备。电力载波通信因其投资小，见效快而受到广泛关注。选择低压电力载波作为信息传输通道的技术优势在于：
（1）电力线本身由于供电可靠性的要求，具有很强的抗拒自然灾害及外力破坏的能力。
（2）电力线路作为电能输送的通道，以金属良导体材料连接，线路截面大，导电性好。在它们上面载以高频信号传输数据，无需另外挖掘电缆沟，无需敷设电缆，即可构成几乎所有点之间的通信，覆盖范围广。
（3）电力线的建设投资和运行费用，皆在电力生产成本中开支，投资少，不论新旧道路，无需改造线路，只需增加载波设备配合通信协议即可实现。
2.2 Zigbee无线通信
Zigbee作为一种无线通信技术采用IEEE802.15.4标准，利用全球共有的2.4GHz公共频率，通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。应用于监控网络时，具有非常显著的技术优势：
（1）数据传输速率低：10KB-250KB/秒，适用于低速率传输的应用。
（2）低功耗：由于传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。
（3）网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。
（4）时延短：典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。
（5）可靠：采取了碰撞避免策略，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
（6）安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。
2.3应用方式介绍
无论采用哪种通信方式，单灯控制系统一般采用三级网络组成，由监控中心，集中单元和控制单元组成，三者分别安装在中心机房，路灯箱变及路灯杆内。
控制单元与监控中心的通信通过集中单元进行转发，控制单元可以采用PLC或者Zigbee实现集中单元与控制单元的通信，集中单元通过GPRS等通信方式实现与监控中心的远程联网，从而实现监控中心对控制单元的通信。
3、试用情况介绍
福州市政工程管理处路灯管理所近年来一直致力于节能新技术的应用和推广。2014年初，结合本市路灯的实际情况，分别选择了B厂家和L厂家的单灯控制系统在闽江大道（主干道）进行试用。本次试用重点考察系统的单灯监控，数据采集，故障分析等功能。其中，B厂家采用的是Zigbee无线通信技术，而L厂家采用的是电力载波通信（PLC）技术。
两种系统在试用阶段的表现基本相当，都能够实时监控设备数据信息、告警上报、故障分析和统计功能。以下是两个厂家监控系统的对比截图：
单灯详细列表（B厂家）
按条件筛选的单灯详细列表（B厂家）
单站单灯详细信息（B厂家）
报表管理功能（B厂家）
从上表可以看出，PLC和Zigbee通信方式各有千秋，争论的焦点在于系统造价和通信可靠性问题。一般来说应当根据不同地区，不同情况区别对待。城市道路分为主次干道和支路街巷有的地方还要兼顾景观照明和小区照明。在主次干道上，由于障碍物较少，两种方式都可以考虑使用。而在背街小巷，由于环境复杂、空间狭小可以考虑采用电力载波方式。
另外，由于多数城市的路灯管理部门已经广泛使用了集中式的路灯监控系统，而新建的单灯控制系统是否能够和原有的系统兼容，从建设成本方面考虑也是一个重要问题。
4、总结与展望
单灯控制技术是提升城市照明品质的重要手段，无论采用哪种通信方式，都可以大大提升城市路灯现代化管理水平。在保证功能性或景观性照明的前提下，实现节能减排，彻底告别人工巡视、被动修灯，减少劳动强度和维护费用，提高维护的及时性、准确性，带来良好的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]张春燕，朱小本，熊吉骆.ZigBee无线路灯监控系统.浙江电力.2013，1.
[2]吕然.ZigBee标准及其进展.移动通信.2013，9.
[3]解凯源.电力载波通讯技术的路灯单灯控制系统.城市照明，2013，3.
[4]许宝玉.电力载波通信未来应用方向研究.中国新通信，2013，16.
[5]王震，杜常州，王正浩.城市智能照明单灯节能控制系统的设计与应用.软件导刊.2012，1