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傳感器+無線通信=? 發(fā)揮你的想象力!

http://www.debgrams.com 2020-12-20 16:31 來源:北京柏艾斯科技有限公司

目前市場上近距離無線通信產品層出不窮,廣泛應用的還是藍牙(Bluetooth),紅外(IrDA)和無線局域網802.11(WIFI)。同時還有一些非常具有發(fā)展?jié)摿Φ慕嚯x無線技術標準,它們分別是:zigbee、超寬頻(UltraWideBand)、短距離通信(NFC),LORA等。它們都有各自立足的特點、或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求,隨著5G時代的到來,無線通信技術必將大放異彩。

工業(yè)發(fā)達國家和新興崛起國家為提高其產品在全球市場的競爭力,都力求在提高生產率的同時,降低包括能源消耗、原材料消耗和勞務成本。對于發(fā)達國家來講,其勞務成本遠遠高于新興崛起國家,因此特別重視促進創(chuàng)新和技術進步,采用新的技術手段來進一步提高生產效率。在這場競爭日益激烈的比賽中,無線通信技術在工業(yè)中的推廣應用受到了特殊的重視。

另一方面,在工業(yè)環(huán)境下任何地點均能安裝使用的智能無線傳感器及其網絡,具有足夠的可靠性和自治處理能力,將為各種生產裝置配備實施共享的數據采集能力,從而為提高生產率,改善產品質量,降低成本發(fā)揮重要作用。下面我們列舉3個應用場景,為大家介紹在融合了無線通訊技術后,為傳統(tǒng)行業(yè)帶來了哪些改變?

1、電池監(jiān)控

在大型集群式的UPS系統(tǒng)中,往往需要對系統(tǒng)內電池的工作狀況進行監(jiān)測,如工作電壓、電流、溫度、電池內阻等參數。一般UPS電池會預留RS485通信接口,將各電池的節(jié)點狀態(tài)上傳至上位機軟件。當電池狀態(tài)正常時記錄工作信息,當電池狀態(tài)異常時觸發(fā)報警。

這種通訊方式帶來一些問題,便捷性問題和安全性問題。485總線必須走線,系統(tǒng)越龐大走線工作越繁瑣。此外,如果走線不規(guī)范,還將為機房帶來安全性隱患。基于以上原因,部分UPS或者電池PACK廠商開始采用無線通信的方案替代有線通信。

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Zigbee是一種低速局域網數據傳輸協議,它具有低功耗、低成本、高可靠、多節(jié)點、靈活拓撲等特點,特別適合局域網內多節(jié)點自由組網的場合。如圖2所示,通過在每個電池包上安裝ZigBee模塊,完成自組網絡,就能夠將電池包的工作狀態(tài)實時上報到網關服務器。

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有了無線網絡,UPS電池包現場安裝就方便了許多,工程師只需要考慮電源回路的搭建,通信部分讓ZigBee自組網即可。

2、智能溫室大棚

需要放置于溫室大棚內栽種的植物,對生長環(huán)境都有著較為苛刻的要求,溫度、濕度、二氧化碳濃度等指標都需要維持在一個穩(wěn)定的范圍內。早期的溫室大棚,通過布置各種傳感器,人工定時去查看,并對大棚內的溫控器、加濕器等設備進行調整。但隨著溫室大棚數量越來越多、單個大棚內需要的傳感器也越來越多,傳感器之間的通訊線纜布線變得非常困難,通過人工去管理大棚也變得原來越難。

網關與各種傳感器之間通過LoRa技術進行無線連接。在取電不方便的大棚內,傳感器節(jié)點均需要通過電池供電,這就需要應用LoRa技術的超低功耗。采用休眠+定時喚醒的上傳的工作模式,能夠極大降低傳感器節(jié)點的耗電量,一節(jié)干電池可以使用2-3年。

出于成本考慮,一般情況下多個大棚會共用一個網關,這樣大棚內的相關控制設備,也需要通過無線通訊來控制。同樣,使用Lora也是一種不錯的選擇。Lora的傳輸距離足夠遠,可介入節(jié)點數上千個,足以滿足大棚內節(jié)點數需求。

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3、無線智能燈光

傳統(tǒng)的城市道路照明系統(tǒng)存在一系列弊端。能源利用率低、照明系統(tǒng)設計不完善、不方便反饋信息等問題,浪費大量的人力和物力。所以說,從節(jié)約能源、提高城市照明系統(tǒng)管理水平的角度去建設和完善城市照明系統(tǒng),已經成為了市政建設的一個必然的趨勢。

當前城市照明控制系統(tǒng)的技術發(fā)展趨勢是:數據傳輸方式由原先的電力載波改造為GPRS/NB-IoT等無線公網傳輸或ZigBee/LoRa等局域網傳輸;控制技術由原先的只控制開關改造為光照度控制;功能方面可實現遙控控制。

通常采用低功耗微處理器來處理燈光的控制指令,通過GPRS、NB-IoT、ZigBee、LoRa 等無線網絡技術實現燈與控制柜之間的數據通信。

控制柜和監(jiān)控中心主站之間距離較遠,甚至跨越城區(qū),所以采用不受距離限制的4G無線通信方式與監(jiān)控中心相連;而現場的燈和控制柜之間則采用距離適中、成本較低的 ZigBee網絡或LoRa網絡來通信。如圖6所示,各盞路燈采用ZigBee無線網絡來控制。

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上面簡單的介紹了無線技術在我們當前生活中的三個應用,相信隨著時間的推移,愈發(fā)成熟的無線通訊技術將更大程度地改變我們的生活,讓我們一起見證吧!

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