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LoRa技术谱写工业控制与电力应用新篇章

2018-06-08
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工业4.0的概念是这些年最热门的话题之一,其中工业控制结合物联网技术,将是工业4.0能否成功的关键。LoRa远距离无线传输技术将可解决工业控制联网的难题,本文将为您介绍LoRa技术在工业控制与电力应用的新发展。


易于建设和部署的低功耗广域物联技术
通过网络来协助工业控制与电力(如智能电表、智能电网等)相关应用,已经是明确的发展方向,但是,该采用哪一种网络通信技术呢?由于工厂、电厂的厂区范围通常极为广阔,有时设备还需要跨越不同的建筑物来进行互联,因此需要覆盖范围广、联机数量多的网络技术。专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网),正是工业控制与电力应用的理想选择,LoRa则是其中的典型代表,也是最有发展前景的低功耗广域网通信技术。


Semtech公司于2013年向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术(Long Range,简称LoRa)的芯片。其接收灵敏度达到了惊人的-148dbm,与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收灵敏度提高了20db以上,这确保了网络连接可靠性。


2015年3月LoRa联盟宣布成立,这是一个开放的、非盈利性组织,其目的在于将LoRa推向全球,实现LoRa技术的商用。LoRa的产业链中(包括终端硬件厂商、芯片厂商、模块网关厂商、软件厂商、系统集成商、网络运营商)的每一环均有大量的企业,构成了LoRa的完整生态系统,促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。


LoRa主要在全球免费频段运行(即非授权频段),包括433、868、915 MHz等。LoRa网络主要由终端(内置LoRa模块)、网关(或称基站)、服务器和云四部分组成,应用数据可双向传输。


LoRa网络高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关)。其接收电流仅10mA,超低睡眠电流,这大大延长了电池的使用寿命。基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理,系统容量大。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置,发射功率20dBm(100mW),那么在建筑密集的那么在建筑密集的城市环境中也可以覆盖2公里左右,而在密度较低的郊区,覆盖范围可达10公里,这种连接距离相当适合大厂区的工业控制与电力应用。


由村田公司推出的ABZ型LoRa模块,是一种新型、紧凑、低成本、低功耗的广域网(LPWAN)无线模块,支持LoRaWAN远程无线协议。这款新的独立模块尺寸仅为12.5 x 11.6 x 1.76 mm,采用金属屏蔽封装,内置Semtech SX1276超长距离扩频无线收发器和STMicro公司的STM32L0系列ARM Cortex-M0+ 32位微控制器(MCU)。具有强大的低漂移热特性的集成TCXO,为射频收发器提供了精确的时钟源。


村田的ABZ型LoRa模块可以通过UART、SPI或I2C外设接口与模块进行通信,具备ADC和多达18个GPIO为连接传感器、开关和状态LED提供了灵活性,该模块可由2.2至3.6 VDC电源供电。村田CMWX1ZZABZ模块在世界大多数地理区域的工业、科学和医疗(ISM)的868和915 MHz频谱范围内,都有经过预先认证的无线电监管批准。


村田CMWX1ZZABZ模块的正常输出功率为+14 dBm,但可以选择PA升压功能,将远端应用或者在室内信号位置不佳的情况下,将射频输出增加到+20dBm。该MCU内置192 kB闪存和20 kB RAM,并具有足够的内存来嵌入客户应用程序,并托管其他调制堆栈。此外,还可以将可选的STSAFE安全组件并入MCU中,以增强网络安全功能。该模块的典型应用除了工业控制与电力应用之外,还包括智能测量、可穿戴设备、跟踪、M2M和物联网(IoT)边缘节点,可适应各种温度范围,模块可于-40至+85℃之间工作。


采用村田的ABZ型LoRa模块可以加快LoRa网络系统的开发速度,让开发厂商把精力集中在与自身专业相关的核心竞争力上,加快产品的上市时间,值得开发工业控制与电力应用的厂商采用。


本文转载自:艾睿电子(https://www.arrow.com/zh-cn/research-and-events/articles/lora-opens-a-new-chapter)


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