Aplicación del medidor de comunicación LoRa en la gestión y monitorización del consumo energético de edificios inteligentes

1. Introducción a la tecnología LoRa

LoRa, nombre completo de Long Range, es una tecnología de comunicación de red de área extensa de baja potencia (LPWAN, Low Power Wide Area Network). Utiliza tecnología avanzada de modulación de espectro ensanchado y un esquema de códecs para aumentar el presupuesto de enlace y mejorar el rendimiento antiinterferente. El presupuesto de enlace de LoRa, de hasta 157 dB, permite una distancia de comunicación de más de 15 km (dependiendo del entorno). No solo mantiene las mismas características de bajo consumo de energía que la modulación FSK, sino que también aumenta significativamente la distancia de comunicación, a la vez que mejora la eficiencia de la red y elimina las interferencias. Es decir, los terminales con diferentes secuencias de ensanchamiento no interfieren entre sí, incluso si utilizan la misma frecuencia para transmitir simultáneamente, y tienen una mejor estabilidad frente al desvanecimiento profundo de la comunicación y el desplazamiento de frecuencia Doppler.

Actualmente, LoRa opera principalmente en bandas de frecuencia libres en todo el mundo, incluidas 433, 868,

915 MHz, etc. Este artículo utiliza el módulo LoRa en la banda de frecuencia de 433 MHz, con una separación de canales de 2 MHz, semidúplex y transmisión cifrada transparente para garantizar la seguridad de la transmisión de datos. Se caracteriza por su larga distancia, bajo consumo de energía, multinodo y bajo costo, y es ideal para la construcción de equipos ampliamente distribuidos y separados. Red de comunicación de larga distancia, antiinterferencias y bajo consumo de energía. Esta banda de frecuencia pertenece a la banda libre de licencia ISM, por lo que no requiere el pago de tarifas al operador. Presenta menor interferencia, lo que permite a LoRa soportar comunicaciones en esta banda.

2. Diseño de red de transmisión de datos de edificios inteligentes basada en LoRa

El edificio cuenta con una amplia superficie en una sola planta, una estructura compleja para cada zona funcional, numerosas particiones y diversos tipos de consumo energético. Si se utiliza el método tradicional de cableado integrado, surgirán problemas como el gran volumen de construcción, el alto coste de la fibra para los equipos de cableado, la larga vida útil y la dificultad para el mantenimiento y la sustitución posteriores. Además, la construcción de un sistema inteligente de gestión del consumo energético en edificios es una reforma en fase avanzada.

Debido a la influencia de la ubicación de los pozos de cableado en las primeras etapas de la construcción, es probable que se requiera una gran superficie de cableado repetido. Esto, en sí mismo, supone un desperdicio de energía. Además, dificultará el funcionamiento normal del hospital durante la renovación y es extremadamente ineficiente. Por lo tanto, considerando la situación actual del hospital que se ha puesto en funcionamiento, se optó por la transmisión inalámbrica de datos para agilizar al máximo el proceso de construcción, ahorrar recursos y, al mismo tiempo, minimizar el impacto en las operaciones.

Según las características del sistema inteligente de gestión del consumo energético y la situación real del edificio, el sistema se divide en cuatro capas: equipo de recolección in situ, puerta de enlace, equipo terminal de procesamiento de datos y nube. El uso de la tecnología LoRa para la transmisión inalámbrica de datos elimina el coste del cableado integrado, reduce la complejidad de la construcción, acorta considerablemente el tiempo de construcción y simplifica el mantenimiento posterior, facilitando el mantenimiento de cada equipo del nodo. Se realizan reparaciones y reemplazos.

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