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智能路灯行业如何选择无线通信方式?

未知 2019-10-19 09:59

随着城市路网建设的不断发展,路灯数量增多。而提高路灯智能化管理和功能多样性,已成为城市照明系统建设的当务之急。在智能路灯中可以使用哪些无线控制方案呢?

近年国家政策一直力推智慧城市,而智慧路灯照明作为智慧城市建设中最基础的公共设施之一,自然备受关注。而根据《“十三五”城市绿色照明规划纲要》目标来看,中国将以46%的增速新建1200万盏LED灯,并改造50%的已有路灯,总规模达到290亿元。庞大的市场自然吸引到了不少企业的目光。

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前段时间雄安新区和武汉市首批智慧路灯亮相着实吸引力不少眼球,除了造型有特点,在功能上还增添了视频、电子显示屏、环境监控、5G、充电桩等多项功能。

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与普通路灯只在灯顶发光不一样,智慧路灯可全身发光。LED光带能调出多种颜色,如同霓虹闪烁。在节日或特殊时点,灯光可以“起舞”,变成五颜六色,还可随着交通流量的密度变化变色,起到示警作用。

工程负责人说,LED灯光柔,炫光少,光效高,每盏路灯上有单灯控制器,可搜集技术参数信息,与人流量、车流量联动调整功率,达到更好的节能效果。

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同时灯杆上可搭载公安、交管的监控探头对道路公共安全进行视频监测。灯杆背侧的超大LED显示屏能滚屏播出天气预报等公共信息,也能监测当前的PM2.5数值进行屏显。要道路口的部分灯杆基座上设置触控屏,路人可以通过上面的触控屏直接查询地理、景点旅游、商业购物等信息,政府发布的新闻、示警、公益广告等也可以通过触控屏显示出来。

有些灯杆还集成广播功能。在游人较多时,路灯作用能发挥得更加明显。

一边监控道路车流、行人安全、城市管理,一边提示天气、人流、违章等信息,还可以播放广播营造城市氛围、制止违章行为。人流多时,显示屏会进行预警提示,路灯亮度也会相应增强。

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单个路灯控制解决方案有很多种实现方法,目前主要根据是否需要额外的通信布线,可以划分为有线方案和无线方案两种。有线目前主流的是电力线载波通信技术,无线主要由LoRa、ZigBee等技术为主。

一、电力载波

1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用,所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送;

2、 三相电力线间有很大信号损失(10 dB -30dB)。通讯距离很近时,电力载波芯片不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输;

3、不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同,藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比,电力载波信号少损失十几dB,但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用;

4、电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和60HZ,其周期为20ms和16.7ms,在每一交流周期中,出现两次峰值,两次峰值会带来两次脉冲干扰,即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰,干扰时间约2ms,因此干扰必须加以处理;

5、电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时,线路阻抗可达1欧姆以下,造成对载波信号的高削减。实际应用中,当电力线空载时,点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时,只能传输几十米。

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二、LoRa短频通信

LoRa能够以较低功耗远距离通信,可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电;较低的数据速率也延长了电池寿命和增加了网络的容量。LoRa信号对障碍物的绕射能力也很强,十分适合于低成本大规模的物联网部署。

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图 6 致远电子LoRa透传模块

三、NB-IoT窄带通信技术

随着NB-IoT技术的出现,业内对于NB-IoT将成为物联网主流无线控制技术的呼声越来越高。除了低功耗、低成本和高稳定性等优点之外,NB-IoT最大的特点是只要信号能够覆盖到的地方,无需网关即可快速布网。

而且一个基站预计可带20多万个终端,这意味着管理每一盏路灯都变得轻松简单,目前国内已经有不少智能路灯项目使用了NB-IoT技术。

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图 7 致远电子NB-IOT物联网模块

四、ZigBee通信技术

ZigBee技术由于诞生于应用环境复杂的工业场所,也因此具有极高的安全性、可靠性、低功耗、自组网能力强等优点,对于环境复杂多变的智能照明路灯来说,自然更加可靠。

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图 8 致远电子ZM32高性能ZigBee模块

ZM32是一款基于Silicon Labs EFR32MG1系列芯片设计的高性能ZigBee透传模块,具有五大特点:

ü极致硬件性能,通信距离最大化:

单芯片即可达到19dBm的发射功率,配合-99dBm的接收灵敏度,可提供超过3.3km的视距通信距离,在穿墙能力和邻道抑制性能上也有显著提升

ü强大的Mesh组网能力:

强大的组网能力,可一键自动组建Mesh网络,支持最高200个节点的非轮询Mesh组网100台设备自组网时间不超过100秒

ü多种通信方式动态可切换:

支持三种通信方式:短地址通信、可修改的MAC地址通信以及指定数据帧内的某一部分作为地址通信,三种通信方式可通过AT指令动态切换

ü数据加密,保障传输安全:

支持AES128通信加密和新设备登录加密,采用非法设备从空中抓包也无法获取数据,保障数据传输安全

ü丰富的AT指令集:

内置丰富AT指令,支持动态修改通信方式、修改MAC地址、读取信号强度、读取子节点状态等常用AT指令,使用更简单。

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