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基于NB-IoT和物联网技术的地下停车库节能照明系统

作者:周震宇 蔡杨时间:2017-09-27来源:电子产品世界
编者按:地下停车场节能照明系统从实际需求出发,采用基于蜂窝的窄带物联网NB-IoT技术和 ZigBee无线网络技术,将微波感应器的物联网技术和智能节能灯具结合,实现了智能绿色照明。采用该系统后,可使照明系统工作在全自动状态,系统将按预先设置切换若干工作状态,根据预先设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。通过NB-IoT与云平台数据交互,实现云平台集中管理控制微波感应器和智能节能灯具,同时云平台实现设备故障监控和节能数据分析。

作者/ 周震宇1 蔡杨2  1.浙江利尔达技术有限公司(浙江 杭州 310011) 2.浙江水利水电学校(浙江 杭州 310011)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201709/364880.htm

  周震宇(1978-),男,硕士,中级工程师,研究方向:机械设计及理论;蔡杨,女,硕士,讲师,研究方向:机械电子工程。

摘要:地下停车场节能照明系统从实际需求出发,采用基于蜂窝的窄带技术和 无线网络技术,将微波感应器的技术和智能节能灯具结合,实现了智能绿色照明。采用该系统后,可使照明系统工作在全自动状态,系统将按预先设置切换若干工作状态,根据预先设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。通过数据交互,实现集中管理控制微波感应器和智能节能灯具,同时实现设备故障监控和节能数据分析。

引言

  目前很多在建和已建各类建筑大部分都有配套的地下停车场,这些停车场一般都有多个人员出入口和多个车辆出入口,由于这些停车场面积大、光线差,需要大量的照明设备长期照明。如采用通常的控制方法则需要较长的线路,且回路复杂。由于各出人口与行车路线之间不是简单的一一对应关系,因此很难用简单的强电控制方式实现停车场内部照明的自动控制,通常只能采用连续照明方式。有的地方虽然采用红外或声控开关来控制照明,但只能实现小区域内的照明效果,无法给行人和司机提供良好的前端视野。

  地下车库作为停放车辆的场所,必须保持良好的照明效果,而现实生活中,车库的使用也就车辆进出和人员走动的时间需要提供照明,大多数时间的照明都属于“无效照明”。而这些无效照明造成大量的电能浪费,增加了物业公司的经济负担,还浪费了大量的社会公共资源。所以,在地下车库中实行“按需照明”,“节能照明”是社会发展的必然趋势。采用LED“按需照明”兼顾“照明体验”的控制方式是未来地下车库照明的发展趋势,同时也是积极响应国家推行新能源,提倡低碳环保的政策。采用LED“按需照明”的节能照明模式大幅度减少用电量,减少对社会公共资源的浪费。

  基于和物联网技术的地下停车库节能照明系统采用智能化控制的方法改变灯光环境,延长光源使用寿命,节约人力资源和能源,降低人力工作强度,减少人力工作疏忽,增强控制的灵活性和可靠性。

1 系统架构

  地下停车库节能照明系统以智能网关为核心,网关与云平台的数据交互采用NB-IoT通信技术,实现低成本大容量的数据接入,使工程的安装实施大大简化,也为长期的运维带来很大的便利,如图1。

  网关与智能节能灯具和微波感应器之间采用的通信技术,将微波感应器的物联网技术和节能灯具结合,实现了智能绿色照明。采用该系统后,可使照明系统工作在全自动状态,系统将按预先设置切换若干工作状态,根据预先设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。例如,上下班时间,此时车库的车流量最大,可以打开所有区域的灯光,以方便人员进出;白天的时候,车库车流量小,室外照度充足,就可以关闭车库内车位照明,车道照明保持1/2或1/3照度,以节约能源;等到深夜后,此时车库车流量最小,可以关闭车库内所有照明,只保留指示照明,以保证最基本的照度。另外还可以通过后台管理系统,根据特殊情况,随时切换不同场景,以适应各种情况下对灯光的要求。

  结合以上的系统架构和地下停车库的实际需求,智能网关具备特性如表1。

2 基于蜂窝的窄带物联网NB-IoT的设计

  基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180kHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

2.1 NB-IoT的主要特性

  NB-IoT与移动网络运营商通信基础设施设备使用广播协议(3GPP NB-IoT Rel-13 ),关键特性如表2。嵌入到应用电路中的NB-IoT系统框图如图2。

2.2 NB-IoT供电时序设计

  NB-IoT供电范围为3.1 V至4.2 V,要确保输入电压不会低于3.1V。如果电源电压低于3.1 V,将会出现异常。NB-IoT性能的好坏很大程度上取决于电源,所以电源模块的设计是非常重要的,其中电源提供的电流至少0.5A。为更好的提高性能,需要在在VBAT附近放一个100uF的钽电容和三个陶瓷电容器100 nf 、100 pf和22 pf 。电源设计如图3。

  上电模式:该模块可以通过给VBAT引脚供电而自动开始工作,时序图如图4。

  掉电模式:该模块可以通过断开VBAT引脚的电而自动停止工作,时序图如图5。

2.3 USIM卡接口



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