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传感器+无线通信=?发挥你的想象力!

2019-11-24 09:26 来源:互联网   
核心摘要:目前市场上近距离无线通信产品层出不穷,广泛应用的还是蓝牙(Bluetooth),红外(IrDA)和无线局域网 802.11(WIFI)。同时还有

目前市场上近距离无线通信产品层出不穷,广泛应用的还是蓝牙(Bluetooth),红外(IrDA)和无线局域网 802.11(WIFI)。同时还有一些非常具有发展潜力的近距离无线技术标准,它们分别是:zigbee、超宽频(UltraWideBand)、短距离通信(NFC),LORA 等。它们都有各自立足的特点、或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求,随着 5G 时代的到来,无线通信技术必将大放异彩。

 

工业发达国家和新兴崛起国家为提高其产品在全球市场的竞争力,都力求在提高生产率的同时,降低包括能源消耗、原材料消耗和劳务成本。对于发达国家来讲,其劳务成本远远高于新兴崛起国家,因此特别重视促进创新和技术进步,采用新的技术手段来进一步提高生产效率。在这场竞争日益激烈的比赛中,无线通信技术在工业中的推广应用受到了特殊的重视。

 

另一方面,在工业环境下任何地点均能安装使用的智能无线传感器及其网络,具有足够的可靠性和自治处理能力,将为各种生产装置配备实施共享的数据采集能力,从而为提高生产率,改善产品质量,降低成本发挥重要作用。

 

下面我们列举 3 个应用场景,为大家介绍在融合了无线通讯技术后,为传统行业带来了哪些改变?

 

1、电池监控

在大型集群式的 UPS 系统中,往往需要对系统内电池的工作状况进行监测,如工作电压、电流、温度、电池内阻等参数。一般 UPS 电池会预留 RS485 通信接口,将各电池的节点状态上传至上位机软件。当电池状态正常时记录工作信息,当电池状态异常时触发报警。

 

这种通讯方式带来一些问题,便捷性问题和安全性问题。485 总线必须走线,系统越庞大走线工作越繁琐。此外,如果走线不规范,还将为机房带来安全性隐患。基于以上原因,部分 UPS 或者电池 PACK 厂商开始采用无线通信的方案替代有线通信。

 

图 1

 

Zigbee 是一种低速局域网数据传输协议,它具有低功耗、低成本、高可靠、多节点、灵活拓扑等特点,特别适合局域网内多节点自由组网的场合。如图 2 所示,通过在每个电池包上安装 ZigBee 模块,完成自组网络,就能够将电池包的工作状态实时上报到网关服务器。

 

图 2

 

有了无线网络,UPS 电池包现场安装就方便了许多,工程师只需要考虑电源回路的搭建,通信部分让 ZigBee 自组网即可。

 

2、智能温室大棚

需要放置于温室大棚内栽种的植物,对生长环境都有着较为苛刻的要求,温度、湿度、二氧化碳浓度等指标都需要维持在一个稳定的范围内。早期的温室大棚,通过布置各种传感器,人工定时去查看,并对大棚内的温控器、加湿器等设备进行调整。但随着温室大棚数量越来越多、单个大棚内需要的传感器也越来越多,传感器之间的通讯线缆布线变得非常困难,通过人工去管理大棚也变得原来越难。

 

图 3

 

网关与各种传感器之间通过 LoRa 技术进行无线连接。在取电不方便的大棚内,传感器节点均需要通过电池供电,这就需要应用 LoRa 技术的超低功耗。采用休眠+定时唤醒的上传的工作模式,能够极大降低传感器节点的耗电量,一节干电池可以使用 2-3 年。

 

出于成本考虑,一般情况下多个大棚会共用一个网关,这样大棚内的相关控制设备,也需要通过无线通讯来控制。同样,使用 Lora 也是一种不错的选择。Lora 的传输距离足够远,可介入节点数上千个,足以满足大棚内节点数需求。

 

图 4

 

3、无线智能灯光

传统的城市道路照明系统存在一系列弊端。能源利用率低、照明系统设计不完善、不方便反馈信息等问题,浪费大量的人力和物力。所以说,从节约能源、提高城市照明系统管理水平的角度去建设和完善城市照明系统,已经成为了市政建设的一个必然的趋势。

 

当前城市照明控制系统的技术发展趋势是:数据传输方式由原先的电力载波改造为 GPRS/NB-IoT 等无线公网传输或 ZigBee/LoRa 等局域网传输;控制技术由原先的只控制开关改造为光照度控制;功能方面可实现遥控控制。

 

图 5

 

通常采用低功耗微处理器来处理灯光的控制指令,通过 GPRS、NB-IoT、ZigBee、LoRa 等无线网络技术实现灯与控制柜之间的数据通信。

 

控制柜和监控中心主站之间距离较远,甚至跨越城区,所以采用不受距离限制的 4G 无线通信方式与监控中心相连;而现场的灯和控制柜之间则采用距离适中、成本较低的 ZigBee 网络或 LoRa 网络来通信。如图 6 所示,各盏路灯采用 ZigBee 无线网络来控制。

 

图 6

   

上面简单的介绍了无线技术在我们当前生活中的三个应用,相信随着时间的推移,愈发成熟的无线通讯技术将更大程度地改变我们的生活,让我们一起见证吧!

(责任编辑:小编)
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