智能路燈行業(yè)如何選擇無(wú)線通信方式？

　　隨著城市路網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，路燈數(shù)量增多。而提高路燈智能化管理和功能多樣性，已成為城市照明系統(tǒng)建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。在智能路燈中可以使用哪些無(wú)線控制方案呢?

　　近年國(guó)家政策一直力推智慧城市，而智慧路燈照明作為智慧城市建設(shè)中最基礎(chǔ)的公共設(shè)施之一，自然備受關(guān)注。而根據(jù)《“十三五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》目標(biāo)來(lái)看，中國(guó)將以46%的增速新建1200萬(wàn)盞LED燈，并改造50%的已有路燈，總規(guī)模達(dá)到290億元。龐大的市場(chǎng)自然吸引到了不少企業(yè)的目光。

　　前段時(shí)間雄安新區(qū)和武漢市首批智慧路燈亮相著實(shí)吸引力不少眼球，除了造型有特點(diǎn)，在功能上還增添了視頻、電子顯示屏、環(huán)境監(jiān)控、5G、充電樁等多項(xiàng)功能。

　　與普通路燈只在燈頂發(fā)光不一樣，智慧路燈可全身發(fā)光。LED光帶能調(diào)出多種顏色，如同霓虹閃爍。在節(jié)日或特殊時(shí)點(diǎn)，燈光可以“起舞”，變成五顏六色，還可隨著交通流量的密度變化變色，起到示警作用。

　　工程負(fù)責(zé)人說(shuō)，LED燈光柔，炫光少，光效高，每盞路燈上有單燈控制器，可搜集技術(shù)參數(shù)信息，與人流量、車流量聯(lián)動(dòng)調(diào)整功率，達(dá)到更好的節(jié)能效果。

　　同時(shí)燈桿上可搭載公安、交管的監(jiān)控探頭對(duì)道路公共安全進(jìn)行視頻監(jiān)測(cè)。燈桿背側(cè)的超大LED顯示屏能滾屏播出天氣預(yù)報(bào)等公共信息，也能監(jiān)測(cè)當(dāng)前的PM2.5數(shù)值進(jìn)行屏顯。要道路口的部分燈桿基座上設(shè)置觸控屏，路人可以通過(guò)上面的觸控屏直接查詢地理、景點(diǎn)旅游、商業(yè)購(gòu)物等信息，政府發(fā)布的新聞、示警、公益廣告等也可以通過(guò)觸控屏顯示出來(lái)。

　　有些燈桿還集成廣播功能。在游人較多時(shí)，路燈作用能發(fā)揮得更加明顯。

　　一邊監(jiān)控道路車流、行人安全、城市管理，一邊提示天氣、人流、違章等信息，還可以播放廣播營(yíng)造城市氛圍、制止違章行為。人流多時(shí)，顯示屏?xí)M(jìn)行預(yù)警提示，路燈亮度也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)。

　　單個(gè)路燈控制解決方案有很多種實(shí)現(xiàn)方法,目前主要根據(jù)是否需要額外的通信布線,可以劃分為有線方案和無(wú)線方案兩種。有線目前主流的是電力線載波通信技術(shù)，無(wú)線主要由LoRa、ZigBee等技術(shù)為主。

　　一、電力載波

　　1、配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送;

　　2、 三相電力線間有很大信號(hào)損失(10 dB -30dB)。通訊距離很近時(shí)，電力載波芯片不同相間可能會(huì)收到信號(hào)。一般電力載波信號(hào)只能在單相電力線上傳輸;

　　3、不同信號(hào)藕合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同，藕合方式有線-地藕合和線-中線藕合。線-地藕合方式與線-中線藕合方式相比，電力載波信號(hào)少損失十幾dB，但線-地藕合方式不是所有地區(qū)電力系統(tǒng)都適用;

　　4、電力線存在本身固有的脈沖干擾。目前使用的交流電有50HZ和60HZ，其周期為20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出現(xiàn)兩次峰值，兩次峰值會(huì)帶來(lái)兩次脈沖干擾，即電力線上有固定的100HZ或120HZ脈沖干擾，干擾時(shí)間約2ms，因此干擾必須加以處理;

　　5、電力線對(duì)載波信號(hào)造成高削減。當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，線路阻抗可達(dá)1歐姆以下，造成對(duì)載波信號(hào)的高削減。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)電力線空載時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波信號(hào)可傳輸?shù)綆坠?。但?dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，只能傳輸幾十米。

　　二、LoRa短頻通信

　　LoRa能夠以較低功耗遠(yuǎn)距離通信，可以使用電池供電或者其他能量收集的方式供電;較低的數(shù)據(jù)速率也延長(zhǎng)了電池壽命和增加了網(wǎng)絡(luò)的容量。LoRa信號(hào)對(duì)障礙物的繞射能力也很強(qiáng)，十分適合于低成本大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)部署。

　　圖 6 致遠(yuǎn)電子LoRa透?jìng)髂K

　　三、NB-IoT窄帶通信技術(shù)

　　隨著NB-IoT技術(shù)的出現(xiàn)，業(yè)內(nèi)對(duì)于NB-IoT將成為物聯(lián)網(wǎng)主流無(wú)線控制技術(shù)的呼聲越來(lái)越高。除了低功耗、低成本和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)之外，NB-IoT最大的特點(diǎn)是只要信號(hào)能夠覆蓋到的地方，無(wú)需網(wǎng)關(guān)即可快速布網(wǎng)。

　　而且一個(gè)基站預(yù)計(jì)可帶20多萬(wàn)個(gè)終端，這意味著管理每一盞路燈都變得輕松簡(jiǎn)單，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有不少智能路燈項(xiàng)目使用了NB-IoT技術(shù)。

　　圖 7 致遠(yuǎn)電子NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)模塊

　　四、ZigBee通信技術(shù)

　　ZigBee技術(shù)由于誕生于應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)場(chǎng)所，也因此具有極高的安全性、可靠性、低功耗、自組網(wǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于環(huán)境復(fù)雜多變的智能照明路燈來(lái)說(shuō)，自然更加可靠。

　　圖 8 致遠(yuǎn)電子ZM32高性能ZigBee模塊

　　ZM32是一款基于Silicon Labs EFR32MG1系列芯片設(shè)計(jì)的高性能ZigBee透?jìng)髂K，具有五大特點(diǎn)：

　　?極致硬件性能，通信距離最大化：

　　單芯片即可達(dá)到19dBm的發(fā)射功率，配合-99dBm的接收靈敏度，可提供超過(guò)3.3km的視距通信距離，在穿墻能力和鄰道抑制性能上也有顯著提升

　　?強(qiáng)大的Mesh組網(wǎng)能力：

　　強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，可一鍵自動(dòng)組建Mesh網(wǎng)絡(luò)，支持最高200個(gè)節(jié)點(diǎn)的非輪詢Mesh組網(wǎng)100臺(tái)設(shè)備自組網(wǎng)時(shí)間不超過(guò)100秒

　　?多種通信方式動(dòng)態(tài)可切換：

　　支持三種通信方式：短地址通信、可修改的MAC地址通信以及指定數(shù)據(jù)幀內(nèi)的某一部分作為地址通信，三種通信方式可通過(guò)AT指令動(dòng)態(tài)

　　切換

　　?數(shù)據(jù)加密，保障傳輸安全：

　　支持AES128通信加密和新設(shè)備登錄加密，采用非法設(shè)備從空中抓包也無(wú)法獲取數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)傳輸安全

　　?豐富的AT指令集：

　　內(nèi)置豐富AT指令，支持動(dòng)態(tài)修改通信方式、修改MAC地址、讀取信號(hào)強(qiáng)度、讀取子節(jié)點(diǎn)狀態(tài)等常用AT指令，使用更簡(jiǎn)單。