Aplicação do medidor de comunicação LoRa na gestão e monitoramento do consumo de energia em edifícios inteligentes

1. Introdução à tecnologia LoRa

LoRa, o nome completo de Long Range, é uma das tecnologias de comunicação de rede de longa distância de baixa potência (LPWAN, Low Power Wide Area Network). Ela utiliza tecnologia avançada de modulação de espectro espalhado e esquema de codec para aumentar o orçamento do link e melhorar o desempenho anti-interferência. O orçamento do link LoRa de até 157 dB permite que a distância de comunicação alcance mais de 15 km (dependendo do ambiente). Ela não apenas mantém as mesmas características de baixo consumo de energia da modulação FSK, mas também aumenta significativamente a distância de comunicação, melhorando a eficiência da rede e eliminando a interferência, ou seja, terminais com diferentes sequências de espalhamento não interferem entre si, mesmo que usem a mesma frequência para transmitir ao mesmo tempo, e têm melhor estabilidade contra desvanecimento profundo da comunicação e desvio de frequência Doppler.

Atualmente, o LoRa opera principalmente em bandas de frequência livres ao redor do mundo, incluindo 433, 868,

915 MHz etc. Este artigo utiliza o módulo LoRa na faixa de frequência de 433 MHz, com espaçamento de canal de 2 MHz, half-duplex e transmissão criptografada transparente para garantir a segurança da transmissão de dados. Possui características de longa distância, baixo consumo de energia, multinós e baixo custo, sendo adequado para a construção de equipamentos amplamente distribuídos e separados. Rede de comunicação com longa distância, capacidade antiparasitária e baixo consumo de energia. Esta faixa de frequência pertence à faixa de frequência isenta de licença ISM, não havendo necessidade de pagamento de taxas à operadora. Há menos interferência nesta faixa de frequência e o LoRa pode suportar bem as comunicações nesta faixa de frequência.

2. Projeto de rede de transmissão de dados de edifícios inteligentes baseado em LoRa

O edifício possui uma grande área em um único andar, uma estrutura complexa de cada zona funcional, um grande número de divisões de cômodos e diversos tipos de consumo de energia. Se o método tradicional de cabeamento integrado for utilizado, haverá problemas como grande volume de construção, alto custo de fibra óptica para equipamentos de cabeamento, longo prazo de instalação e dificuldade de manutenção e substituição subsequentes. Além disso, a construção de um sistema inteligente de gestão do consumo de energia em edifícios é uma reforma em estágio avançado.

Devido à influência da localização dos poços de cabos nas fases iniciais da construção, é provável que seja necessária uma grande área de fiação repetida. Isso, por si só, representa um desperdício de energia. Além disso, prejudicará o funcionamento normal do hospital durante a reforma e é extremamente ineficiente. Portanto, levando em consideração a situação real do hospital que está sendo colocado em operação, optou-se pela transmissão de dados sem fio para agilizar ao máximo o processo de construção, economizar recursos e, ao mesmo tempo, minimizar o impacto nas operações.

De acordo com as características do sistema inteligente de gestão do consumo de energia e a situação real do edifício, o sistema é dividido em quatro camadas: equipamentos de coleta no local, gateway, equipamentos de processamento de dados do terminal e nuvem. O uso da tecnologia LoRa para transmissão de dados sem fio elimina o custo de cabos de fiação integrados, reduz a dificuldade da construção, encurta significativamente o tempo de construção e simplifica o processo de manutenção posterior, facilitando a manutenção de cada equipamento nodo. Realize reparos e substituições.

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