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LoRa让智能电网更聪明

2018-06-01
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在当前节能减排趋势下,人们除了一方面减少能源的消耗之外,也可以同时利用新科技来提升能源的利用效率。智能电网则是提升能源利用效率重要的技术应用,而Lora技术则可以协助智能电网的成功推广。


智能电网从智能电表基础建设开始
智能电网其目标便是在传统电网上建设高速通信网路,通过感测、分析、预测、决策、控制等技术,提供稳定高效率的电力供应,传统电网分为发电、输电、配电三大领域,先进读表系统则是让传统电网更智能的基础建设。


智能电网包含了一个智能电表基础建设(advanced metering infrastructure,AMI),用于记录系统所有电能的流动。通过智能电表(smart meter),它会随时监测电力使用的状况。智能电网也包括超导传输线以减少电能的传输损耗,还具有集成整合新能源,如风能、太阳能等的能力。


通过智能电表,使用者可以在电能价格便宜时,再来开启某些较为耗电的家用电器,工厂也可以选择在这些时段启动某些较为耗电的设备,相反地,在电能需求的高峰期,它可以关闭一些非必要的用电装置来降低需求。


其他的智能型电网发展方向,还包括电网的故障侦测、判断、自动试送电等。智能电网的基础建设在于把电网上的装置由人工在实地监测,演化到遥测、遥控,再演化到自动判断调整控制。


由于电厂、配电系统、用户的所在区域极为广阔,因此需要大范围地将所有智能电表串联在一起,便需要覆盖范围广、联机数量多的网络通信技术。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),正是智能电网的理想选择,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年首先向业界发布了超长距离低功耗数据传输技术(Long Range,简称LoRa)的芯片,并于2015年3月宣布成立LoRa联盟,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,也支持应用数据的双向传输。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),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),那么在建筑密集的城市环境中LoRa也可以覆盖半径2公里左右,而在密度较低的郊区,覆盖范围可增加到10公里,这种大范围连接距离相当适合智能电网应用。


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),尺寸仅为12.5 x 11.6 x 1.76 mm,采用金属屏蔽封装,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模块内的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。它还可以通过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。


村田CMWX1ZZABZ模块的正常输出功率为+14 dBm,使用者可以选择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,该模块并可由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模块的典型应用除了智能电网应用之外,还包括工业控制、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模块可为开发者加快LoRa网络系统的开发速度,让智能电网应用的相关产品开发更为简易,将是有意投入智能电网相关产品应用厂商的最佳选择。


文章来源:艾睿电子(https://www.arrow.com/zh-cn/research-and-events/articles/lora-makes-the-grid-smart )


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