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2019年11月20日 | 传感器+无线通信=？发挥你的想象力！
2019-11-20 来源：EEWORLD
摘要：在无线通讯技术日趋成熟的今天，越来越多的行业开始在应用中尝试无线化。通讯线缆的减少带来的不仅仅是便捷性的提升，还激发了各式各样新兴应用的市场需求。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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！
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