伍東亮 李志敏

摘?要：隨著我國城市現(xiàn)代化建設的高速發(fā)展，路燈照明需求越來越多，線路越來越長，道路兩側鋪設了大量的路燈照明電纜，而路燈電纜因為布置分散、輸送電壓低、內部含銅高，經常被人破壞和盜竊。近年來不斷發(fā)生的電纜偷盜活動讓路燈電纜防盜監(jiān)控問題也成了人們關注的焦點。本項目設計了一種基于OFDM技術的城市路燈電纜防盜監(jiān)控管理系統(tǒng)，路燈監(jiān)控防盜主機與電纜檢測末端通過電力載波進行防盜通信檢測，電纜末端以一定時間周期向監(jiān)控的路燈電纜上發(fā)送載波檢測信號，如果電纜一旦斷開，末端監(jiān)控信號傳輸失敗，防盜監(jiān)控主機檢測到通信異常后自動報警，起到防盜報警的作用。

關鍵詞：電纜防盜;電力載波;OFDM;防盜監(jiān)控

隨著我國城市建設的高速發(fā)展，路燈照明需求范圍也飛速的增長。城市道路鋪設了大量的路燈照明電纜，而路燈電纜因為布置分散、輸送電壓低、電纜含銅高，經常被人破壞和盜竊，城市路燈設施的管理問題變得越來越突出。近年來不斷發(fā)生的電纜偷盜活動讓路燈電纜防盜監(jiān)控問題也成了人們關注的焦點。

一、現(xiàn)有線纜防盜監(jiān)控方法介紹

針對以上問題，路燈管理部門就路燈電纜防盜做了一些保護措施，如增加人員線路巡查頻率，在容易盜竊點進行蹲點值守或視頻監(jiān)控;在路燈電纜施工時，將電纜進行直埋、深埋，混凝土封堵電纜井井蓋等土建措施進行防盜。此類方法雖然能在一定程度上減少線纜被盜次數(shù)，但是由于方法比較落后，耗費大量人力物力，而且不能及時有效地發(fā)現(xiàn)問題。

隨著檢測技術的不斷發(fā)展，先后研究出多種路燈電纜防盜檢測技術，如電壓電流檢測法、電容探測法、微波探測法、漏電流檢測法、電纜線路載波檢測法等。這些方法在一定條件下可以對電纜防盜進行監(jiān)控，但是受路燈供電時間限制、電纜線路老化及干擾等問題，實際應用時檢測設備初期投入成本過高，后期維護成本高、錯報、漏報率高，防盜效果不佳。

針對以上問題，本項目設計了基于OFDM技術的電力載波路燈電纜防盜監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)載波信號的可靠傳輸，減少錯報漏報情況發(fā)生。

二、防盜監(jiān)控控制系統(tǒng)功能需求

電力載波通訊法是目前應用十分廣泛的一種防盜手段，路燈監(jiān)控防盜主機與電纜檢測末端通過電力載波進行防盜通信檢測，電纜末端以一定時間周期向監(jiān)控的路燈電纜上發(fā)送載波檢測信號，如果電纜一旦斷開，末端監(jiān)控信號傳輸失敗，防盜監(jiān)控主機檢測到通信異常后自動報警，起到防盜報警的作用。

防盜監(jiān)控系統(tǒng)由防盜監(jiān)控中心、監(jiān)控末端、防盜主機、現(xiàn)場報警裝置、路燈電力電纜、無線通信網絡組成。控制系統(tǒng)要想實現(xiàn)防盜報警，其系統(tǒng)功能需求如下：

（1）檢測方式：電纜監(jiān)控末端與防盜主機采用定時發(fā)送心跳包方式進行線路防盜檢測，當被測電纜開路（被盜或故障）時，系統(tǒng)檢測不到心跳包信號，電纜防盜主機報警，然后由系統(tǒng)主動通過GPRS信道向監(jiān)控中心報警，由監(jiān)控中心聯(lián)動報警到相關用戶。

（2）全天候監(jiān)測功能：檢測設備在白天關燈和晚上開燈情況下都能正常工作。

（3）非法開門報警：電纜防盜終端檢測箱通過門鎖開關監(jiān)測非法開門，并向上一級報警。正常檢修時可以識別。

（4）電池欠壓報警：電纜防盜終端檢測箱采用可充電大容量電池，CPU自動檢測電池電壓，當發(fā)現(xiàn)電池欠壓時即向上級報警，確保電池得到及時更換。

三、防盜監(jiān)控控制器硬件設計

電纜防盜監(jiān)控的核心是載波通信模塊，載波的調制和解調成功率對整個系統(tǒng)的運行有著非常重要的作用?，F(xiàn)在載波系統(tǒng)的調制解調所使用的調制解調技術有：移相鍵控調制技術、振幅鍵控技術、擴頻通信技術和正交頻分復用（OFDM）技術等。目前國內外已有多家公司針對電力線載波通信技術進行了大量的研究，并研發(fā)出多款基于不同調制技術的電力載波芯片和電力載波通信系統(tǒng)設備，這些設備和芯片已成功應用到工程項目中。

本路燈防盜監(jiān)控系統(tǒng)研究的重點不是調制解調模塊的設計，而是挑選抗干擾能力強、通信速率快、運行穩(wěn)定的載波模塊進行路燈防盜監(jiān)控系統(tǒng)設計。本項目采用的是上海云間半導體科技有限格式研發(fā)的CR600載波通信模塊，CR600是一顆基于ARM CortexM0 CPU的高性能的寬帶載波芯片，具有高集成度與高可靠性的特性。CPU主頻125MHz，內置256K片上RAM。芯片采用OFDM調制技術，帶寬范圍為2～28MHz，該芯片還可內嵌自動中繼路由協(xié)議，最大可支持10級中繼?？蓪崿F(xiàn)音頻信號、高清視頻、以及各類數(shù)據(jù)的高質量傳輸。

電纜防盜監(jiān)控系統(tǒng)最核心的檢測設備是防盜監(jiān)控末端和防盜監(jiān)控主機。防盜監(jiān)控主從設備通過載波通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)，考慮到一個主機會監(jiān)控多條路燈線路，通信方式選擇485通信，檢測末端通過CR600載波通信模塊支持的OFDM調制技術將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過電力線進行傳輸通信。

防盜監(jiān)控末端硬件的設計如下：末端主要由CR600載波通信模塊構成，通信模塊上已設計有485通信接口，只需要在模塊外圍設計電源電路、門禁報警檢測開關即可。主要有設計框圖如下：

電源電路的設計包括路燈開燈電源設計和路燈斷電電源設計兩部分。路燈開燈時，路燈末端電纜上有交流220V，只需要設計電源轉換電路，將交流220V轉換成直流5V即可，當路燈關燈時，電纜上交流電消失，此時需要轉換到備用電池供電。備用電池在路燈供電時進行充電，在路燈斷電時進行供電。

防盜監(jiān)控主機通常是和路燈監(jiān)控系統(tǒng)一起放在路燈開關柜中，市面上許多的產品把路燈監(jiān)控和路燈防盜做成一個系統(tǒng)，稱為路燈監(jiān)控防盜主機。路燈監(jiān)控防盜主機向下通過電力載波通信采集路燈線防盜狀態(tài)數(shù)據(jù)，向上通過GPRS無線通信網絡實時向監(jiān)控中心發(fā)送檢測數(shù)據(jù)，其硬件框圖如圖3所示。路燈防盜監(jiān)控主機控制器主要包括以下幾個部分：電源模塊、GPRS通信模塊、電力載波收發(fā)模塊、MCU處理器模塊、光照傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、繼電器模塊、防盜監(jiān)控模塊。

四、防盜系統(tǒng)安裝

安裝注意事項：

（1）設備安裝時要進行地面平整處理，設備垂直面的傾斜度不超過5度。

（2）設備安裝地點應避開有劇烈震動、沖擊和腐蝕的場所。

（3）防護等級IP45，適應于室外（底部安裝）。

五、結語

總之，基于電力載波技術的智能化路燈控制系統(tǒng)能夠彌補當前路燈控制器的不足，該方法是優(yōu)勢是利用已有的路燈電纜線就可以進行數(shù)據(jù)的傳輸，不需要對路燈管理系統(tǒng)重新架設控制線路，這在很大程度上降低了基礎建設和維護的成本，提高城市路燈的利用率，方便節(jié)能。

但是，通過不斷試驗，我們也發(fā)現(xiàn)這種方式還存在一些缺陷和不足的地方，在許多線路中不能使用，存在下列幾點局限性：不適合公用變壓器的路燈線路，只能在單個配電臺區(qū)，單條線路?？垢蓴_能力弱，受通信距離影響大，測試后發(fā)現(xiàn)有效通信范圍在300—500米;發(fā)送頻繁，功率大，元件壽命短。

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基金項目：湖南省教育廳教育科學研究項目：基于OFDM技術的電力載波路燈電纜防盜系統(tǒng)研究（項目編號：17C0579）