傳感器+無線通信=？發(fā)揮你的想象力！

在無線通訊技術(shù)日趨成熟的今天，越來越多的行業(yè)開始在應(yīng)用中嘗試無線化。通訊線纜的減少帶來的不僅僅是便捷性的提升，還激發(fā)了各式各樣新興應(yīng)用的市場(chǎng)需求。

目前市場(chǎng)上近距離無線通信產(chǎn)品層出不窮，廣泛應(yīng)用的還是藍(lán)牙（Bluetooth），紅外（IrDA）和無線局域網(wǎng)802.11（WIFI）。同時(shí)還有一些非常具有發(fā)展?jié)摿Φ慕嚯x無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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5G時(shí)代的到來，無線通信技術(shù)必將大放異彩。

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和新興崛起國(guó)家為提高其產(chǎn)品在全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家來講，其勞務(wù)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新興崛起國(guó)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)手段來進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的比賽中，無線通信技術(shù)在工業(yè)中的推廣應(yīng)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線傳感器及其網(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(shù)據(jù)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(yīng)用場(chǎng)景，為大家介紹在融合了無線通訊技術(shù)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)電池的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如工作電壓、電流、溫度、電池內(nèi)阻等參數(shù)。一般UPS電池會(huì)預(yù)留RS485通信接口，將各電池的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)上傳至上位機(jī)軟件。當(dāng)電池狀態(tài)正常時(shí)記錄工作信息，當(dāng)電池狀態(tài)異常時(shí)觸發(fā)報(bào)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(jī)房帶來安全性隱患?；谝陨显?，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。

圖1

Zigbee是一種低速局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它具有低功耗、低成本、高可靠、多節(jié)點(diǎn)、靈活拓?fù)涞忍攸c(diǎn)，特別適合局域網(wǎng)內(nèi)多節(jié)點(diǎn)自由組網(wǎng)的場(chǎng)合。如圖2所示，通過在每個(gè)電池包上安裝ZigBee模塊，完成自組網(wǎng)絡(luò)，就能夠?qū)㈦姵匕墓ぷ鳡顟B(tài)實(shí)時(shí)上報(bào)到網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。

圖2

有了無線網(wǎng)絡(luò)，UPS電池包現(xiàn)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(nèi)栽種的植物，對(duì)生長(zhǎng)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(biāo)都需要維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。早期的溫室大棚，通過布置各種傳感器，人工定時(shí)去查看，并對(duì)大棚內(nèi)的溫控器、加濕器等設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。但隨著溫室大棚數(shù)量越來越多、單個(gè)大棚內(nèi)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。

圖3

網(wǎng)關(guān)與各種傳感器之間通過LoRa技術(shù)進(jìn)行無線連接。在取電不方便的大棚內(nèi)，傳感器節(jié)點(diǎn)均需要通過電池供電，這就需要應(yīng)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(jié)點(diǎn)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(gè)大棚會(huì)共用一個(gè)網(wǎng)關(guān)，這樣大棚內(nèi)的相關(guān)控制設(shè)備，也需要通過無線通訊來控制。同樣，使用Lora也是一種不錯(cuò)的選擇。Lora的傳輸距離足夠遠(yuǎn)，可介入節(jié)點(diǎn)數(shù)上千個(gè)，足以滿足大棚內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)需求。

圖4

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(shè)計(jì)不完善、不方便反饋信息等問題，浪費(fèi)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(shè)和完善城市照明系統(tǒng)，已經(jīng)成為了市政建設(shè)的一個(gè)必然的趨勢(shì)。

當(dāng)前城市照明控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是：數(shù)據(jù)傳輸方式由原先的電力載波改造為GPRS/NB-IoT等無線公網(wǎng)傳輸或ZigBee/LoRa等局域網(wǎng)傳輸；控制技術(shù)由原先的只控制開關(guān)改造為光照度控制；功能方面可實(shí)現(xiàn)遙控控制。

圖5

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(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈與控制柜之間的數(shù)據(jù)通信。

控制柜和監(jiān)控中心主站之間距離較遠(yuǎn)，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(xiàn)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)來通信。如圖6所示，各盞路燈采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)來控制。

圖6

上面簡(jiǎn)單的介紹了無線技術(shù)在我們當(dāng)前生活中的三個(gè)應(yīng)用，相信隨著時(shí)間的推移，愈發(fā)成熟的無線通訊技術(shù)將更大程度地改變我們的生活，讓我們一起見證吧！