傳感器+無(wú)線(xiàn)通信=？發(fā)揮你的想象力！

在無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)日趨成熟的今天，越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始在應用中嘗試無(wú)線(xiàn)化。通訊線(xiàn)纜的減少帶來(lái)的不僅僅是便捷性的提升，還激發(fā)了各式各樣新興應用的市場(chǎng)需求。

目前市場(chǎng)上近距離無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品層出不窮，廣泛應用的還是藍牙（Bluetooth），紅外（IrDA）和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)802.11（WIFI）。同時(shí)還有一些非常具有發(fā)展潛力的近距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)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(diǎn)、或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求，隨著(zhù)5G時(shí)代的到來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)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(chǎn)品在全球市場(chǎng)的競爭力，都力求在提高生產(chǎn)率的同時(shí)，降低包括能源消耗、原材料消耗和勞務(wù)成本。對于發(fā)達國家來(lái)講，其勞務(wù)成本遠遠高于新興崛起國家，因此特別重視促進(jìn)創(chuàng )新和技術(shù)進(jìn)步，采用新的技術(shù)手段來(lái)進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。在這場(chǎng)競爭日益激烈的比賽中，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)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(diǎn)均能安裝使用的智能無(wú)線(xiàn)傳感器及其網(wǎng)絡(luò )，具有足夠的可靠性和自治處理能力，將為各種生產(chǎn)裝置配備實(shí)施共享的數據采集能力，從而為提高生產(chǎn)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本發(fā)揮重要作用。

下面我們列舉3個(gè)應用場(chǎng)景，為大家介紹在融合了無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)后，為傳統行業(yè)帶來(lái)了哪些改變？

1、電池監控

在大型集群式的UPS系統中，往往需要對系統內電池的工作狀況進(jìn)行監測，如工作電壓、電流、溫度、電池內阻等參數。一般UPS電池會(huì )預留RS485通信接口，將各電池的節點(diǎn)狀態(tài)上傳至上位機軟件。當電池狀態(tài)正常時(shí)記錄工作信息，當電池狀態(tài)異常時(shí)觸發(fā)報警。

這種通訊方式帶來(lái)一些問(wèn)題，便捷性問(wèn)題和安全性問(wèn)題。485總線(xiàn)必須走線(xiàn)，系統越龐大走線(xiàn)工作越繁瑣。此外，如果走線(xiàn)不規范，還將為機房帶來(lái)安全性隱患?；谝陨显?，部分UPS或者電池PACK廠(chǎng)商開(kāi)始采用無(wú)線(xiàn)通信的方案替代有線(xiàn)通信。

圖1

Zigbee是一種低速局域網(wǎng)數據傳輸協(xié)議，它具有低功耗、低成本、高可靠、多節點(diǎn)、靈活拓撲等特點(diǎn)，特別適合局域網(wǎng)內多節點(diǎn)自由組網(wǎng)的場(chǎng)合。如圖2所示，通過(guò)在每個(gè)電池包上安裝ZigBee模塊，完成自組網(wǎng)絡(luò )，就能夠將電池包的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)上報到網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。

圖2

有了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，UPS電池包現場(chǎng)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(wǎng)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(cháng)環(huán)境都有著(zhù)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(gè)穩定的范圍內。早期的溫室大棚，通過(guò)布置各種傳感器，人工定時(shí)去查看，并對大棚內的溫控器、加濕器等設備進(jìn)行調整。但隨著(zhù)溫室大棚數量越來(lái)越多、單個(gè)大棚內需要的傳感器也越來(lái)越多，傳感器之間的通訊線(xiàn)纜布線(xiàn)變得非常困難，通過(guò)人工去管理大棚也變得原來(lái)越難。

圖3

網(wǎng)關(guān)與各種傳感器之間通過(guò)LoRa技術(shù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接。在取電不方便的大棚內，傳感器節點(diǎn)均需要通過(guò)電池供電，這就需要應用LoRa技術(shù)的超低功耗。采用休眠+定時(shí)喚醒的上傳的工作模式，能夠極大降低傳感器節點(diǎn)的耗電量，一節干電池可以使用2-3年。

出于成本考慮，一般情況下多個(gè)大棚會(huì )共用一個(gè)網(wǎng)關(guān)，這樣大棚內的相關(guān)控制設備，也需要通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊來(lái)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，可介入節點(diǎn)數上千個(gè)，足以滿(mǎn)足大棚內節點(diǎn)數需求。

圖4

3、無(wú)線(xiàn)智能燈光

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

當前城市照明控制系統的技術(shù)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(wú)線(xiàn)公網(wǎng)傳輸或ZigBee/LoRa等局域網(wǎng)傳輸；控制技術(shù)由原先的只控制開(kāi)關(guān)改造為光照度控制；功能方面可實(shí)現遙控控制。

圖5

通常采用低功耗微處理器來(lái)處理燈光的控制指令，通過(guò)GPRS、NB-IoT、ZigBee、LoRa 等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)實(shí)現燈與控制柜之間的數據通信。

控制柜和監控中心主站之間距離較遠，甚至跨越城區，所以采用不受距離限制的4G無(wú)線(xiàn)通信方式與監控中心相連；而現場(chǎng)的燈和控制柜之間則采用距離適中、成本較低的 ZigBee網(wǎng)絡(luò )或LoRa網(wǎng)絡(luò )來(lái)通信。如圖6所示，各盞路燈采用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)控制。

圖6

上面簡(jiǎn)單的介紹了無(wú)線(xiàn)技術(shù)在我們當前生活中的三個(gè)應用，相信隨著(zhù)時(shí)間的推移，愈發(fā)成熟的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)將更大程度地改變我們的生活，讓我們一起見(jiàn)證吧！