Inteligentne oświetlenie uliczne przy użyciu LoRa: 5 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Oświetlenie uliczne w mieście zapewnia bezpieczniejsze warunki ruchu, bezpieczniejsze środowisko dla pieszych i może stanowić znaczną poprawę wyników architektonicznych, turystycznych i handlowych miasta.

Ten projekt ma na celu opracowanie prototypu inteligentnego oświetlenia ulicznego, które zapewnia zarządzanie poziomem lamp i informacje zwrotne na temat wydajności dla użytkownika.

Ten prototyp działa w konfiguracji Master-Slave, gdzie każde oświetlenie uliczne działa jako Slave, a LoRa Gateway działa jako Master. Ponieważ bramka Lora ma większy zasięg w porównaniu do innych usług komunikacyjnych, takich jak Wi-Fi, Bluetooth, NFC itp. Chociaż GSM ma większy zasięg, obejmuje opłaty za subskrypcję, których nie ma LoRa (bezpłatnie), a także LoRa zużywa znacznie mniej energii podczas operacji. Master jest podłączony do Internetu, dzięki czemu użytkownik może zdalnie monitorować oświetlenie uliczne. Dzięki bramie Master można podłączyć i sterować dużą liczbą lamp ulicznych.

Krok 1: POTRZEBNE KOMPONENTY

• Bateria litowo-jonowa
• Światło LED i sterownik LED
• Czujnik ultradźwiękowy
• Nodemcu (ESP8266 12E)
• Arduino UNO (ATMEGA 328P)
• Nadajnik-odbiornik SX 1728 Lora

Krok 2: Opis komponentów

Nodemcu:

ESP8266, integruje GPIO, PWM, I2C, SPI i ADC na jednej płycie. Ten mikrokontroler ma wbudowane WiFi, co pomaga nam połączyć nasz projekt z internetem. Wszystkie piny GPIO Nodemcu mogą być używane jako piny PWM, dodatkowo ma też 1 pin analogowy.

Sterowniki LED:

AN30888A i AN30888B to sterowniki DC-DC idealne do zasilania diod LED o wysokiej luminancji do oświetlenia LED. Są wyposażone w 2 tryby regulacji oświetlenia (sterowanie PWM i sterowanie napięciem odniesienia) i mogą być kompatybilne z napięciem boost, buck lub buck-boost poprzez zmianę komponentów zewnętrznych

Moduł LORA:

Moduł LoRa (Long-range Radio) zabierze Twoje projekty IoT na odległość z komunikacją w szerokim spektrum rozproszonym. Ta forma komunikacji bezprzewodowej skutkuje większą przepustowością, zwiększoną odpornością na zakłócenia, minimalizacją poboru prądu i zwiększeniem bezpieczeństwa.

Ten moduł wykorzystuje układ scalony SX1278 i działa na częstotliwości 433 MHz. Przeskakiwanie częstotliwości - które zapewnia idealną równowagę jakości transmisji sygnału - obejmie zakres 420-450 MHz. Ta funkcja łączności bezprzewodowej o dużym zasięgu jest zapakowana w mały (17 x 16 mm) pakiet i dostarczana przez antenę sprężynową.

Dzięki LoRa Ra-01 nie musisz iść na kompromis w zakresie równowagi zasięgu, odporności na zakłócenia lub zużycia energii. Technologia stojąca za tym układem scalonym oznacza, że jest idealny do projektów wymagających zasięgu i siły.

Cechy:

• Komunikacja w zakresie widma rozproszonego LoRaTM
• Komunikacja SPI w trybie half-duplex
• Programowalna szybkość transmisji może osiągnąć 300 kb/s
• Zakres fal RSSI 127dB.

Dane techniczne:

• Standard bezprzewodowy: 433 MHz
• Zakres częstotliwości: 420 - 450 MHz
• Port: SPI/GPIO
• Napięcie robocze: 1,8 - 3,7 V, domyślnie 3,3 V
• Prąd roboczy, odbiór: mniej niż 10,8 mA (zamknięty LnaBoost, zespół 1)
• Transmisja: mniej niż 120mA (+20dBm),
• Model uśpienia: 0,2uA

Krok 3: Schemat Master i Slave

Podaj połączenia zgodnie ze schematem.

Master będzie działał jako brama i będzie podłączony do Internetu. Każdy slave jest podłączony do indywidualnych lamp ulicznych i kontroluje jasność światła.

SX1728 i czujnik ultradźwiękowy są podłączone do Arduino uno zgodnie ze schematem. Pin Trig i Echo pin są połączone z cyfrowymi pinami Arduino UNO. Moduł SX1728 LoRa jest połączony z Arduino za pomocą komunikacji SPI.

SX1728 działa w 433 MHz. każdy kraj ma odpowiednią przepustowość dla LoRa. W Indiach wolne pasmo 866-868 MHz. W przypadku modelu prototypowego zastosowano tutaj moduł 433MHz.

Krok 4: Operacja

Gdy przeszkoda przecina światło uliczne (SLAVE), czujnik ultradźwiękowy wykryje przeszkodę i zwiększy jasność tego konkretnego światła ulicznego. A to również wysyła wiadomości do nadchodzących latarni ulicznych jako pakiety RF. W ten sposób łańcuch lamp ulicznych będzie stale zwiększał swoją jasność. Następnie wróci do normalnego trybu. Ponadto każdą lampą uliczną można sterować indywidualnie z urządzenia nadrzędnego, wysyłając wiadomości do konkretnego urządzenia podrzędnego.

Użyłem baterii litowo-jonowej 3,2 V i sterownika LED w trybie boost, aby zapewnić LED niezbędne napięcie

Slave będzie działać w 3 trybach, które można skonfigurować w oprogramowaniu;

• Tryb „1” Zawsze pełna jasność (dni deszczowe i dni awaryjne)
• Tryb „2” naprzemienna jasność (pory wieczorne - czasy słabego oświetlenia)
• Tryb „3” Pełna kontrola za pomocą ultradźwięków (czasy o północy i niskie zużycie)

Master wyśle wiadomość z określonym adresem. Slave z odpowiednim adresem zaakceptuje tylko wiadomość i podejmie odpowiednie działania.

Do kontroli jasności LED można użyć sterownika LED, takiego jak AN30888A/B. Uzyskałem taki ze starej lampy awaryjnej i poddałem go inżynierii wstecznej.

Krok 5: Kody

Tutaj przedstawiam kody użyte dla Master i Slave, Datasheet dla sterownika LED, którego użyłem.

github.com/sandeepmistry/arduino-LoRa - tutaj możesz pobrać bibliotekę dla LoRa.