基于LoRa的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李飛

摘 要：LoRa是由Semtech公司提供的超長(zhǎng)距離、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。文章給出了由若干組單燈控制器（內(nèi)置LoRa通信模塊）、LoRa網(wǎng)絡(luò)單元、智能網(wǎng)關(guān)單元、環(huán)境參數(shù)采集單元、云平臺(tái)以及遠(yuǎn)程通信單元組成的智能照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能照明監(jiān)控及單燈節(jié)能控制等功能。最后，文章對(duì)方案的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行了相應(yīng)的闡述。

關(guān)鍵詞：LoRa;單燈控制;網(wǎng)絡(luò)單元;智能網(wǎng)關(guān)

中圖分類號(hào)：TM923.5?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?收稿日期：2018-10-25

基金項(xiàng)目：山東英才學(xué)院校級(jí)科研課題“基于LoRa的智能路燈控制系統(tǒng)研究”（16YCYBZR07）。

作者簡(jiǎn)介：李 飛（1986—），女，山東德州人，山東英才學(xué)院講師，主要從事電子專業(yè)教學(xué)與研究工作。

路燈分布廣泛，自然或者人為損壞時(shí)常發(fā)生，“上路巡查”，反應(yīng)遲緩，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢，對(duì)于故障的發(fā)現(xiàn)和排除更是極為不便，很難保持高“亮燈率”，而“全夜燈恒照度”模式能源利用率極低。以上種種，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化道路照明需要。采用LoRa協(xié)議的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)智能照明監(jiān)控及單燈節(jié)能控制[1]。文章對(duì)智能照明系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了闡述。

一、基于LoRa的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（1）LoRa網(wǎng)絡(luò)單元負(fù)責(zé)組建LoRa網(wǎng)絡(luò)，其把每一個(gè)路燈都加入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行統(tǒng)一管理，由智能網(wǎng)關(guān)發(fā)出指令。LoRa網(wǎng)絡(luò)單元建立網(wǎng)絡(luò)，其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋所有的路燈。

（2）智能網(wǎng)關(guān)單元由路燈控制器和顯示存儲(chǔ)單元組成。它主要負(fù)責(zé)分析和執(zhí)行監(jiān)測(cè)中心命令，并根據(jù)已定程序自動(dòng)對(duì)路燈進(jìn)行控制，同時(shí)也負(fù)責(zé)顯示、存儲(chǔ)各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)，另外還包括間接地對(duì)LoRa網(wǎng)絡(luò)和GPRS遠(yuǎn)程命令、數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制。

（3）環(huán)境參數(shù)采集單元負(fù)責(zé)通過(guò)各類傳感器采集周圍環(huán)境參數(shù)，包括溫度、濕度、光照、霧霾等環(huán)境信息，同時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)顯示和存儲(chǔ)。

（4）遠(yuǎn)程通信單元：智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)遠(yuǎn)程通信單元的GPRS與監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行雙向通信，將監(jiān)測(cè)中心發(fā)出的控制指令以及采集到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行傳輸。

（5）監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器負(fù)責(zé)整個(gè)路燈控制系統(tǒng)的工作模式的選擇，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制路燈，對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析處理。

二、主要功能

采用LoRa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信、各類智能傳感以及單燈控制等相關(guān)技術(shù)，可以建立精細(xì)到每一盞路燈的智能網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)道路實(shí)際情況，相關(guān)部門可設(shè)定“隔盞亮燈”“輔道關(guān)燈”“智能調(diào)光”（LED路燈）等節(jié)能方案，從而實(shí)現(xiàn)路燈狀態(tài)的自主感知、節(jié)能控制和周期自動(dòng)巡測(cè)等功能。

三、方案優(yōu)勢(shì)與不足

LoRa是由Semtech公司提供的超長(zhǎng)距離、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。采用LoRa協(xié)議的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)其覆蓋、功耗和成本等方面進(jìn)行關(guān)注[2]。

（1）LoRa支持?jǐn)U頻技術(shù)，不同的擴(kuò)頻因子可滿足不同的靈敏度要求。但LoRa系統(tǒng)為非授權(quán)頻段技術(shù)，使用時(shí)需要根據(jù)當(dāng)?shù)仡l率情況，和當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理委員會(huì)溝通，獲取專用頻率資源。

（2）當(dāng)處于接收狀態(tài)時(shí)，LoRa的電流為12mA;當(dāng)發(fā)射功率為14d Bm左右時(shí)，電流大約是32mA;而當(dāng)進(jìn)入Sleep狀態(tài)時(shí)，電流消耗更是小于1μA。據(jù)推算，LoRa應(yīng)用于智能路燈控制時(shí)，電池可用10年之久。

（3）LoRa的成本基本滿足業(yè)界對(duì)LPWA技術(shù)的要求，目前的芯片成本約為1美金，模塊成本約為5美金。

參考文獻(xiàn)：

[1]張 堃.基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2015.

[2]劉 琛，邵 震，夏瑩瑩.低功耗廣域LoRa技術(shù)分析與應(yīng)用建議[J].電信技術(shù)，2016（5）.