【導讀】所謂的智能路燈實(shí)際上就是使用LED作為光源，再借助傳感器和先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，以可控的方式實(shí)現城市的公共智能照明需求，從而達到降低能源成本，提高安全性和生活質(zhì)量的目標。憑借較高的能源效率，智能路燈將徹底改變城市照明的方式。
通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和實(shí)時(shí)數據連接等先進(jìn)技術(shù)，城市可以變得更加高效、可持續和宜居，其中一個(gè)例子就是智能路燈。
所謂的智能路燈實(shí)際上就是使用LED作為光源，再借助傳感器和先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，以可控的方式實(shí)現城市的公共智能照明需求，從而達到降低能源成本，提高安全性和生活質(zhì)量的目標。憑借較高的能源效率，智能路燈將徹底改變城市照明的方式。
Berg Insight公司在調查了智能路燈市場(chǎng)的新發(fā)展后給出了這樣一組數據：截至2022年底，全球獨立控制智能路燈的安裝量以22.7%的復合年增長(cháng)率高速增長(cháng)，達到了2,300萬(wàn)盞；到2027年，預計這一數字將達到6,380萬(wàn)盞。歐洲是智能路燈方案的積極推動(dòng)者，目前約占全球安裝基數的35%。
在實(shí)際運作中，成本優(yōu)化只是公共管理部門(mén)在轉向智能路燈時(shí)必須考慮的因素之一，遍布全市主要街道的那些智能互聯(lián)的路燈資源在智慧城市管理中還將衍生出更多創(chuàng )新應用。這些配備了傳感器、無(wú)線(xiàn)連接模塊的照明設備，可以實(shí)時(shí)監測空氣質(zhì)量、噪音水平以及交通流量等諸多信息。有了這些數據，城市管理者可以做出明智的決定，以提高城市的整體效率和宜居性。
智能路燈：智慧城市的寶貴資產(chǎn)
智能路燈通常與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）集成，可與其他設備和系統進(jìn)行通信，從而創(chuàng )建一個(gè)相互連接的基礎設施網(wǎng)絡(luò )。這種連接性使它們能夠動(dòng)態(tài)響應不斷變化的外部環(huán)境，例如根據行人或車(chē)輛的多少以及天氣變化等情況確定亮燈時(shí)間并調整亮度，以此達到優(yōu)化能耗，提高整體安全性的目的。
智能照明為每盞燈提供了單獨控制和監控的能力，這意味著(zhù)不再需要夜間檢查。此外，安裝在每盞燈上的智能控制器允許根據一天中的時(shí)間或交通情況進(jìn)行連續感知和動(dòng)態(tài)開(kāi)/關(guān)/調光控制，所有這些都將轉化為能源及運營(yíng)成本的降低。此外，因為燈中的故障可以很容易地檢測和修復，智能照明系統還能大幅降低維護成本。市場(chǎng)數據表明，智能照明可使能源成本降低35%，運營(yíng)成本降低42%。
街道照明是各地智慧城市建設的基礎設施，智能路燈與智慧城市基礎設施的整合還能帶來(lái)更多的附加價(jià)值。與大型項目相比，在路燈桿上安裝傳感器不那么復雜和具有破壞性，更容易在整個(gè)城市進(jìn)行集成。
智能路燈網(wǎng)絡(luò )即使在白天也會(huì )持續供電，這意味著(zhù)有大量其他傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設備可以從智能街道照明電網(wǎng)獲取電能。由于每根燈桿都可以連接到更廣泛的網(wǎng)絡(luò )，因而每盞燈都可以轉變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)的安裝平臺。所有這一切意味著(zhù)，發(fā)展智慧城市所需的三個(gè)基本要素智能街道照明都可以提供——即物理安裝基礎設施、通信基礎設施和永久電源。
通過(guò)在路燈上安裝額外的傳感器，可以解決城市目前面臨的常見(jiàn)問(wèn)題。比如在智能燈桿上輔助安裝智能停車(chē)和交通傳感器、環(huán)境傳感器、閉路電視攝像頭或麥克風(fēng)等。有實(shí)驗表明，即使是電動(dòng)汽車(chē)充電插頭也可以直接連接到路燈桿上，而無(wú)需任何土建工程。
智能路燈中的通信技術(shù)
智能路燈有許多節點(diǎn)或傳感器用來(lái)檢測各種數據，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )共享這些數據，并與遠程中央控制系統共享。通信技術(shù)被認為是其中的“神經(jīng)系統”，它將智能系統的所有元素集成到一個(gè)平臺中，確保了硬件和軟件之間的信息傳輸，充當了設備和軟件的粘合劑。
在通信技術(shù)的選擇上，有公共網(wǎng)絡(luò )和專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò )之分，二者具有不同的安全性和可靠性，成本也有較大不同。選擇的重點(diǎn)首先要看哪種方案能夠滿(mǎn)足城市和其他現有智能系統的具體需求，再就是要分析公共或專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )哪一種更容易在當地部署。
公共網(wǎng)絡(luò )如NB-IoT、4G或5G，由電信運營(yíng)商安裝和維護，可以包括無(wú)限數量的設備，更適合實(shí)時(shí)通信。在網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的責任下，他們采取措施確保網(wǎng)絡(luò )的安全和正常運行。這種類(lèi)型的通信具有更高的安全性和可靠性。NB-IoT是一種專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)應用設計的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，智能路燈可以利用NB-IoT連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò )并長(cháng)距離傳輸數據，使它們能夠與其他設備和系統（如交通管理系統或緊急服務(wù)）可靠有效地通信。
專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )由市政當局或智能照明提供商直接運營(yíng)，采用的技術(shù)主要有LoRaWAN和Wi-SUN，也有一些項目采用了電力線(xiàn)通信（PLC）技術(shù)。PLC技術(shù)利用現有的電力線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸，調制電力線(xiàn)上的電信號允許這些燈在沒(méi)有額外通信基礎設施的情況下發(fā)送和接收數據。也算是一種高效且經(jīng)濟的解決方案，但該技術(shù)方案往往會(huì )受到信號干擾的限制。LoRaWAN和Wi-SUN通常在遠程和低功耗下運行，可以將多達5,000臺設備連接到單個(gè)網(wǎng)關(guān)，適合機器對機器（M2M）通信的特定需求，并且可以讓物聯(lián)網(wǎng)設備在單個(gè)電池上可靠運行長(cháng)達10年。
很多項目中，專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )是解決方案提供商在設計物聯(lián)網(wǎng)或智慧城市系統時(shí)的首選。在這些網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)絡(luò )規劃、安裝、維護和安全，這些都必須由照明提供商執行。此外，安裝成本可能相對較高，用戶(hù)需要自己進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )維護，但同時(shí)節省了向運營(yíng)商支付網(wǎng)絡(luò )費用的成本。
LoRaWAN在智能路燈中的應用
雖然基于蜂窩的解決方案提供了廣泛的覆蓋范圍和高數據傳輸速度，但它們也帶來(lái)了更高的功耗和基礎設施成本。LoRaWAN因其遠程連接、低功耗和經(jīng)濟高效的部署在智能路燈方案中脫穎而出。它以極低的基礎設施要求提供廣泛的覆蓋范圍，是大型智能路燈項目的有效解決方案。
LoRaWAN系統遵循星形拓撲，網(wǎng)關(guān)充當終端設備和云服務(wù)器之間的中介。這些系統易于配置，成本效益高，使用壽命長(cháng)，可以輕松地與交通信號燈、停車(chē)場(chǎng)和廢物管理等其他智能城市設備集成。在智能街道照明解決方案中使用LoRaWAN可以獲得以下一些優(yōu)勢：
? LoRaWAN使街道照明設備以極少的電力消耗實(shí)現遠距離通信。
? LoRaWAN能為街道照明設備提供集中控制和實(shí)時(shí)監控功能。管理員可以遠程調整照明參數、安排開(kāi)/關(guān)時(shí)間和監控性能，確保高效運行和更好的可見(jiàn)性。
? 使用LoRaWAN可以連續監測街道照明系統的故障或出現的異常情況，實(shí)現主動(dòng)維護、快速識別問(wèn)題并及時(shí)維修，極大限度地減少停機時(shí)間并確?？煽窟\行。
? LoRaWAN在智能街道照明解決方案中實(shí)現了能源管理的智能化。根據需要遠程控制照明水平，可極大限度地減少不必要的能源消耗。
? 實(shí)施基于LoRaWAN的智能街道照明解決方案相對簡(jiǎn)單且經(jīng)濟高效。該技術(shù)的無(wú)線(xiàn)特性消除了對復雜布線(xiàn)的需求，減少了安裝時(shí)間和成本。
? LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )具有可擴展性，可以隨著(zhù)照明基礎設施的增長(cháng)或需要覆蓋新的區域而輕松擴展。
公共照明是城市的“神經(jīng)系統”，是連接數億盞路燈的關(guān)鍵基礎設施。在智能路燈領(lǐng)域，LoRaWAN已經(jīng)成為游戲規則的改變者。Semtech的LoRa技術(shù)和基于LoRaWAN協(xié)議的低功耗廣域網(wǎng)提供了一個(gè)智能傳感和控制基礎設施，使城市能夠以簡(jiǎn)化的方式收集和分析來(lái)自數千個(gè)連接設備的數據，以便對他們需要提供的服務(wù)做出智能決策。
早在2022年，Semtech就宣布與智慧城市智能照明解決方案供應商CITiLIGHT合作，共同打造VELOCITi LMS照明管理系統。超過(guò)100萬(wàn)盞路燈已經(jīng)通過(guò)智能照明解決方案實(shí)現了自動(dòng)化，在100多個(gè)城市節省了12.9億千瓦時(shí)（kWh）的能源。
Semtech的LoRa和LoRaWAN產(chǎn)品組合非常完善，其中的LoRa Connect傳感器IC產(chǎn)品組合就包括sub-GHz收發(fā)器芯片、2.4GHz芯片、雙頻芯片和參考設計，具體產(chǎn)品包括SX126x系列、SX127x系列、SX128x系列和LLCC68收發(fā)器芯片，以及芯片的參考設計。它們共同代表了Semtech LoRa Connect設備的基本功能，包括長(cháng)距離、低功耗和經(jīng)濟高效的端到端通信。
SX1261、SX1262和SX1268 Sub-GHz無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器非常適合智能路燈這種長(cháng)距離無(wú)線(xiàn)應用，三款器件均專(zhuān)為實(shí)現長(cháng)電池壽命而設計，僅4.2mA的有源接收會(huì )消耗電量。SX1261的傳輸功率高達+15dBm，而SX1262和SX1268可以通過(guò)高效集成功率放大器實(shí)現高達+22dBm的傳輸功率。這些器件均支持LPWAN用例的LoRa和長(cháng)距離FHSS調制以及傳統用例的(G)FSK調制，具有高度可配置性。射頻前端器件中的SX1250屬于Sub-GHz器件，適合搭配Semtech的SX1302基帶引擎，以打造出利用LoRa或LoRaWAN的高性能網(wǎng)關(guān)，覆蓋1GHz以下的任何頻段，非常適合支持當今物聯(lián)網(wǎng)用例中使用的任何免授權頻段。
LoRaWAN技術(shù)憑借其遠程連接、低能耗和成本效益，正在徹底改變智能街道照明控制。通過(guò)利用LoRaWAN技術(shù)，城市可以通過(guò)智能街道照明控制實(shí)現能源效率、成本節約和宜居性的提高。
圖2：SX126X系統框圖（圖源：Semtech）
Wi-SUN技術(shù)在智能路燈中的應用
近年來(lái)，LPWA（低功耗廣域）等無(wú)線(xiàn)技術(shù)越來(lái)越多地被應用于社會(huì )基礎設施應用中，以配置大規模區域室外網(wǎng)絡(luò )。然而，傳統的LPWA協(xié)議如LoRaWAN、NB-IoT容易受到周?chē)h(huán)境變化（即新建筑開(kāi)發(fā)）的影響，包括通信速度降低和通信故障等。
Wi-SUN聯(lián)盟是一個(gè)全球性的行業(yè)聯(lián)盟，它推動(dòng)了可互操作的無(wú)線(xiàn)解決方案的普及，該技術(shù)正在使日常智慧城市的應用更加高效。無(wú)線(xiàn)智能泛在網(wǎng)絡(luò )（Wi-SUN）是一種基于IEEE 802.15.4g標準的新興技術(shù)，適用于智慧城市和物聯(lián)網(wǎng)應用。Wi-SUN技術(shù)網(wǎng)絡(luò )支持星形、網(wǎng)狀拓撲和嵌入網(wǎng)狀拓撲中的混合星形/網(wǎng)狀部署，其中每個(gè)節點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò )數據以提供網(wǎng)絡(luò )連接。Wi-SUN技術(shù)網(wǎng)絡(luò )可用于高功率和電池供電的設備。
圖3：Wi-SUN與其他物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)標準的比較（圖源：ROHM） 從上圖可以看出，Wi-SUN的特點(diǎn)是通信距離比Wi-Fi長(cháng)，速度比LoRaWAN和Sigfox快。這些平衡的特性具有不依賴(lài)于基站的適中傳輸速率，使其成為物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的極佳無(wú)線(xiàn)協(xié)議。這使其能夠與預計將在不久的將來(lái)推出的5G共存，從而實(shí)現與5G的互補使用。
Wi-SUN FAN（Field Area Network）是一種可互操作的低功耗無(wú)線(xiàn)通信標準，也是新的Wi-SUN標準，它將IEEE802.15.4g低功耗無(wú)線(xiàn)傳輸與IPv6多級技術(shù)相結合，具有三大技術(shù)特征：
使用Wi-SUN FAN作為底層網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，將智能路燈網(wǎng)絡(luò )作為互連的天幕，可以為智慧城市中的各種應用提供安全的無(wú)線(xiàn)連接，越來(lái)越多的后續應用可以從而連接到同一通信網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行管理，如智慧停車(chē)、污染監測、交通流管理、智慧標牌等。
2019年，由ROHM與日本日新系統株式會(huì )社和京都大學(xué)信息學(xué)研究生院原田浩史教授領(lǐng)導的研究小組，共同開(kāi)發(fā)了Wi-SUN FAN兼容無(wú)線(xiàn)設備，這是業(yè)界第一個(gè)通過(guò)測試并獲得認證的設備，并于次年投產(chǎn)并推向市場(chǎng)。
ROHM公司新推出的Wi-SUN FAN模塊解決方案BP35C5是一種超小型（15.0mm×19.0mm尺寸）Wi-SUN FAN無(wú)線(xiàn)通信模塊，通過(guò)在網(wǎng)關(guān)MCU中為大規模系統安裝Wi-SUN FAN堆棧，至多可以連接1,000個(gè)設備（例如交通信號和路燈），從而能夠配置覆蓋整個(gè)城市的遠程無(wú)線(xiàn)管理系統。此外，BP35C5還包括必要的安全功能，用于在不需要復雜控制的情況下進(jìn)行安全通信。
圖4：超小型Wi-SUN FAN無(wú)線(xiàn)通信模塊BP35C5（圖源：貿澤電子）
智能城市對互聯(lián)和智能技術(shù)的采用越來(lái)越多，對優(yōu)化能源使用的需求越來(lái)越大，對改善客戶(hù)體驗的需求激增，這些都直接影響了智能路燈Wi-SUN技術(shù)市場(chǎng)的增長(cháng)。在2021年至2028年的預測期內，智能路燈Wi-SUN技術(shù)市場(chǎng)預計將以29.20%的復合年增長(cháng)率增長(cháng)。
STMicroelectronics公司的高性能超低功耗S2-LP射頻收發(fā)器原生支持IEEE802.15.4g數據包格式，可隨時(shí)用于Wi-SUN應用。S2-LP是一款高性能的超低功耗RF收發(fā)器，適用于sub-1 GHz頻段的RF無(wú)線(xiàn)應用。該器件設計為在免許可的ISM和SRD（433、512、868和920MHz）頻帶上均可運行，但也可以對其進(jìn)行編程，以便在其他額外頻率下運行。S2-LP支持多種不同的調制方案，包括2(G)FSK、4(G)FSK、OOK和ASK。還可以對無(wú)線(xiàn)數據傳輸速率進(jìn)行編程，范圍從0.1到500kbps。
圖5：S2-LP簡(jiǎn)化系統框圖（圖源：STMicroelectronics）
本文小結
根據Mordor Intelligence的一項研究，2023年智能照明市場(chǎng)估計價(jià)值超過(guò)190億美元，預計到2028年將達到近500億美元，相當于預測期（2023-2028）的復合年增長(cháng)率超過(guò)20%。
正如數據所表明的那樣，城市管理者已經(jīng)開(kāi)始認識到，在一個(gè)依賴(lài)于永久電力和連通性的世界里，街道照明網(wǎng)絡(luò )是一項寶貴的資產(chǎn)。智能路燈為城市環(huán)境走向更加互聯(lián)和可持續的未來(lái)鋪平了道路。
智能街道照明系統不僅提供更好的照明，還收集交通、空氣質(zhì)量和噪音水平的數據，這些系統可以遠程監控和控制，以便進(jìn)行主動(dòng)維護和快速響應。通過(guò)利用智能街道照明網(wǎng)絡(luò )在城市周?chē)惭b額外的智能應用，長(cháng)期成本將大大降低，新服務(wù)還能以更快的速度部署。智能路燈這項技術(shù)的可能性及其集成潛力數不勝數，但自動(dòng)化路燈為智能城市基礎設施提供了完美的切入點(diǎn)。它們可以擴展、集成和連接各種技術(shù)，使其成為城市或城鎮在發(fā)展過(guò)程中的寶貴資源，并據此做出更明智、數據驅動(dòng)的決策。
借助LoRaWAN技術(shù)的魔力，我們可以通過(guò)實(shí)施明亮高效的智能街道照明系統將智慧城市基礎設施提升到一個(gè)新的水平。作為一項新技術(shù)，Wi-SUN FAN有望在大規模、高可靠性的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中得到應用，使用的例子包括智能街道照明以及與電動(dòng)汽車(chē)（EV）和下一代智能電表相關(guān)的基礎設施建設。
與傳統路燈相比，智能路燈具有各種優(yōu)勢，如更好的節能、更高的運營(yíng)效率、更低的維護成本和減少碳排放等。與此同時(shí)，智能路燈也為L(cháng)oRaWAN和Wi-SUN技術(shù)提供了市場(chǎng)發(fā)展機會(huì )。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
意法半導體監事會(huì )擬在2025 年度股東大會(huì )提名新監事人選
使用德州儀器功能安全合規型降壓穩壓器為下一代 ADAS 處理器供電
