Comment construire un système d’éclairage public sans fil

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Comment construire un système d’éclairage public sans fil


Les lampadaires peuvent représenter jusqu’à 40% du coût énergétique d’une ville. La commande d’éclairage public sans fil peut réduire ce coût de moitié et la surveillance à distance peut détecter instantanément les lampes cassées afin qu’une équipe de réparation puisse être envoyée avant la tombée de la nuit. C’est pourquoi les villes du monde entier investissent des milliards de dollars dans ce marché.

L’éclairage public intelligent présente plusieurs avantages:

  • Consommation d’énergie réduite grâce à la gradation intelligente
  • Détection automatique des pannes
  • Gradation automatisée
  • Gradation manuelle, lors d’événements spécifiques

Aujourd’hui, nous envisageons de construire un réseau d’éclairage public intelligent avec du matériel prêt à l’emploi et la plate-forme Thingsquare, prêt à être intégré dans l’existant. LED lampadaires. Le premier prototype de preuve de concept est construit avec du matériel standard.

Télécommande de plate-forme de réverbère Thingsquare IoT



Chaque lampadaire dispose d’une connexion sans fil qui leur permet d’être surveillés et contrôlés à distance.

Lampadaires intelligents connectés avec gradation à distance



La vue de la carte lors d’un test de contrôle manuel de notre système d’éclairage public intelligent montre que les lampes s’éteignent et se rallument – d’abord une section, puis le reste.

Éclairage public intelligent vs éclairage public de la vieille école

Intelligent LED l’éclairage public présente plusieurs avantages par rapport aux lampadaires non LED de la vieille école:

  • Faible consommation d’énergie. Intelligent LED les lampes peuvent être automatiquement atténuées lorsqu’il n’y a personne autour, ce qui permet d’économiser 50% ou plus de la consommation d’énergie.

  • Détection des pannes. Grâce à la surveillance à distance, une panne de lampe peut être détectée instantanément et une équipe de réparation peut être envoyée au bon endroit avant la tombée de la nuit.

  • Contrôle automatique. Avec la commande sans fil, la gradation peut être adaptée aux heures de pointe, à la lumière du soleil et aux conditions météorologiques, économisant de l’énergie et augmentant la durée de vie de la lampe.

  • Contrôle manuel. Les lampes peuvent être allumées par exemple pour améliorer les conditions d’éclairage d’événements publics ou pour aider aux opérations d’urgence.

Intelligent LED l’éclairage public présente plusieurs avantages par rapport aux lampadaires de la vieille école sans LED

Pourquoi un réseau maillé IPv6 sub-GHz?

Nous utilisons un réseau maillé IPv6 sur la bande inférieure à 1 GHz pour notre système d’éclairage public. Cela présente plusieurs avantages par rapport aux autres approches:

  • Aucune infrastructure nécessaire. Contrairement aux technologies comme la 3G, LoRa, Sigfox, NB-IoT et autres, le maillage IPv6 ne repose sur aucune infrastructure réseau extérieure, car il forme sa propre infrastructure.
  • Longue portée. Les transmissions sub-GHz peuvent atteindre plusieurs kilomètres dans de bonnes conditions – bien plus longtemps que les technologies 2,4 GHz comme le WiFi. Ceci est important car les lampadaires peuvent être distants de plusieurs centaines de mètres.
  • Grande échelle. Le maillage intégré signifie que le réseau peut s’étendre pour couvrir des zones de plusieurs kilomètres carrés.
  • Auto-guérison. Si quelque chose se produit, comme une panne de courant de l’une des lampes, le réseau se réachemine autour de la zone problématique.
  • Télécommande. Contrairement aux technologies comme LoRa et Sigfox, qui sont principalement conçues pour la collecte de données à faible débit, le maillage IPv6 nous permet d’envoyer des commandes aux lampes – à la fois à un groupe de lampes ou directement à des lampes individuelles.
  • Mises à jour post-installation. En raison de la communication bidirectionnelle fournie par le maillage IPv6, nous pouvons mettre à jour à distance le micrologiciel à l’intérieur du réseau. (En savoir plus sur les mises à jour du micrologiciel ici.)

Comment LED-Travaux de réverbères électriques

Le principe derrière LED les lampadaires sont simples: un tableau de LED est connecté à un pilote de LED haute puissance – un petit boîtier avec de l’électronique qui peut alimenter suffisamment de courant dans les LED pour qu’elles brillent d’une lumière vive.

Conception de lampadaire LED sans fil pour les applications haute puissance

Une haute puissance LED conception légère.

Le LED pilote est contrôlé par une technique appelée modulation de largeur d’impulsion (PWM). Le signal PWM est piloté par un système sur puce (SoC) sans fil, tel que le TI CC1350.

Dans le contexte de LED éclairage, PWM est une technique permettant de réaliser une gradation avec une sortie numérique. Le signal PWM est un signal qui alterne entre 0 et 1 où la surface totale sous le graphique correspond au niveau de gradation souhaité.

Les lampadaires LED sans fil sont contrôlés avec la modulation de largeur d'impulsion (PWM)

Comment la modulation de largeur d’impulsion (PWM) fonctionne: le signal numérique correspond à la valeur de variation souhaitée.

SoC sans fil modernes, tels que le TI CC1350, ont des capacités de génération de signal PWM intégrées sur la plupart de leurs broches de sortie numériques.

Un prototype simple

Notre prototype utilise exactement le même principe que la haute puissance LED conception ci-dessus, mais avec une seule LED au lieu d’une matrice de LED haute puissance. Lorsque nous sommes prêts avec notre prototype, nous pouvons simplement remplacer notre seule LED par un pilote de LED haute puissance et obtenir exactement les mêmes résultats, mais avec plus de lumière. Nous pouvons ensuite le conditionner dans un boîtier robuste et le monter sur un poteau d’éclairage public.

Une carte électronique prototype de lampadaire LED

Notre prototype est construit sur le même principe que le modèle haute puissance LED conception, mais nous omettons les composants haute puissance et ne pilotons qu’une seule LED avec notre signal PWM.

Nous utilisons le matériel standard suivant pour notre prototype:

Configurez le réseau sans fil avec la passerelle série et les cartes Launchpad en suivant les instructions ici.

Vous devriez maintenant avoir un réseau IPv6 sans fil opérationnel avec un Launchpad comme passerelle série et un Launchpad prêt à être utilisé pour contrôler le LED.

Une carte CC1310 / CC1350 Texas Instruments Launchpad contrôlant une LED

Connectez le LED à contrôler sur «GND» et «DIO23»

Connectez le LED accrocher DIO23 et GND sur l’appareil Launchpad. Veillez à connecter la jambe la plus longue du LED à DIO23.

Configuration de la plate-forme Thingsquare IoT pour le contrôle PWM d'une LED
Configuration de la plate-forme Thingsquare IoT pour le contrôle PWM d'une LED

Configurez l’appareil pour PWM-contrôler la broche DIO 23 dans la vue `Pin Config`.

Ouvrez l’application Thingsquare. Pour configurer votre appareil Launchpad afin de contrôler LED avec PWM, appuyez sur l’appareil Launchpad, puis ouvrez les détails de l’appareil en appuyant sur Details dans le coin inférieur droit. Puis appuyez sur Pin Config pour ouvrir la vue de configuration des broches. Sélectionner PWM output pin et sélectionnez DIO 23. Enfin, appuyez sur Apply Pin Configuration pour activer les nouveaux paramètres.

Pour tester la fonctionnalité, revenez à la vue des détails de l’appareil dans l’application et appuyez sur Identify. Vous verrez le LED fondu en entrée et en sortie deux fois. La décoloration utilise PWM en interne, donc maintenant nous savons que l’appareil a correctement configuré PWM sur DIO 23.

Répétez cette configuration pour tous LED dispositifs.

Configurer des zones

Chaque réseau d’éclairage est divisé en une ou plusieurs zones. Chaque zone peut être contrôlée individuellement et peut recevoir différents programmes de gradation.

Ajoutez une nouvelle zone d’éclairage via la vue Zone et assignez votre appareil à cette zone.

Pour ajouter une nouvelle zone d’éclairage, sous More ouvrir le Zones vue. Appuyez sur le coin inférieur droit +-button, entrez une description et une valeur numérique identifiant pour la nouvelle zone, et enfin appuyez sur Add.

Pour attribuer votre appareil à la nouvelle zone, accédez au Details onglet et appuyez sur Zone. Ensuite, choisissez votre nouvelle zone dans la liste des zones qui apparaissent.

Configurer des horaires de gradation

Étant donné que nous avons maintenant une zone définie, nous pouvons maintenant créer et ajouter un programme d’éclairage à notre zone. De cette façon, nous pouvons demander aux appareils d’atténuer automatiquement les lumières à des moments précis.

Ajoutez des horaires d’éclairage pour atténuer la luminosité à des moments précis de la journée.

Pour ajouter un nouvel événement d’éclairage planifié, accédez au More onglet et appuyez sur Schedules. Robinet Add Schedule Event. Vous pouvez ici configurer les zones qui doivent être affectées, les jours de la semaine où le programme doit être actif et à quelle heure l’événement doit se déclencher. Lorsque vous avez configuré l’événement, appuyez sur Save Event pour revenir au menu précédent.

Notez que vous pouvez créer plusieurs événements de planification. Lorsque vous avez créé autant d’événements programmés que vous le souhaitez, appuyez sur Push schedules pour transmettre le calendrier à vos appareils.

Contrôle manuel

Le niveau de luminosité des lumières peut être réglé à l’aide de la fonction de commande manuelle.

Accédez à la vue de démarrage dans l’application. Appuyez sur «Plus» dans le coin inférieur droit de l’application, puis sur «Contrôle». Cette vue vous permet de contrôler le pourcentage de gradation de tous vos appareils sans fil éclairés.

Contrôlez la valeur de variation actuelle en faisant glisser le curseur de 0% à gauche à 100% à droite. Vous verrez le LED la luminosité réagit en conséquence et instantanément.

Configuration de la plate-forme Thingsquare IoT pour le contrôle manuel de la gradation

Commande de variation manuelle du LED sur la carte prototype.

Installation et positionnement sur le terrain

Pour les systèmes d’éclairage public, la procédure d’installation sur le terrain est importante car elle implique le personnel d’installation, ce qui entraîne des frais. Rendre la procédure d’installation efficace est donc une économie mesurable.

L’installation sur le terrain implique l’identification de chaque lampe individuelle et la recherche de son emplacement physique.

Dans le système Thingsquare, nous avons trois façons d’attribuer un emplacement aux lampes:

  • Positionnement automatique avec GPS
  • Positionnement automatique avec des balises de proximité et une application pour smartphone au moment de l’installation
  • Positionnement manuel sur une carte

Positionnement automatique avec GPS nécessite que chaque éclairage individuel soit équipé d’une puce GPS connectée au SoC sans fil de la lampe ainsi que du logiciel sur puce nécessaire pour obtenir la lecture GPS. Le positionnement GPS est pratique car il ne nécessite aucune intervention manuelle au moment de l’installation, mais le coût et la complexité de la puce GPS peuvent être prohibitifs.

Le positionnement automatique avec un smartphone au moment de l’installation ne nécessite aucun supplément GPS Matériel. Tout ce dont vous avez besoin est un smartphone. Lors de l’installation, chaque lampe envoie un signal de proximité à l’aide de balises Bluetooth. Ce signal est capté par l’application pour smartphone et, si l’utilisateur est connecté avec les informations d’identification correctes, permet à l’utilisateur d’identifier la lampe. Si la lampe n’a pas encore reçu de position, l’application pour smartphone peut utiliser l’emplacement du smartphone pour positionner la lampe.

Positionnement de la plate-forme Thingsquare IoT avec des balises Bluetooth

Positionnement automatique de la lumière avec une application pour smartphone et des balises de proximité.

Le positionnement manuel sur une carte est utile même si le positionnement automatique est utilisé: parfois le positionnement automatique échoue et parfois une lampe doit être déplacée. Le positionnement manuel de la carte est un moyen rapide de fournir l’emplacement correct pour une lampe donnée.

Positionnement de la plate-forme Thingsquare IoT avec des balises Bluetooth

Positionnement manuel sur la carte.

Conclusions

L’éclairage public est un marché de plusieurs milliards de dollars qui est prêt à être perturbé grâce à de nouveaux LED technologie d’éclairage et accès sans fil. Les lampadaires intelligents à LED permettent non seulement d’économiser de l’énergie et de réduire les coûts, mais permettent également une détection des défauts beaucoup plus fine et un contrôle des groupes de lampes.

Le système Thingsquare est une solution prête à l’emploi pour l’éclairage public sans fil qui peut être déployée sur du matériel standard. Dans cet article, nous avons construit un prototype à petite échelle d’un système d’éclairage public professionnel. En tant que client, l’étape suivante consiste à connecter le prototype à un LED conducteur et placez-le dans une enceinte prête à être déployée sur des poteaux d’éclairage public.