Poste de luz inteligente usando LoRa: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

As luzes das ruas de uma cidade fornecem condições de tráfego mais seguras, um ambiente mais seguro para pedestres e podem representar uma grande melhoria para a produção arquitetônica, turística e comercial da cidade.

Este projeto visa o desenvolvimento de um protótipo de luz de rua inteligente que fornece gerenciamento de nível de lâmpada e feedback sobre o desempenho para o usuário.

Este protótipo funciona na configuração mestre-escravo, onde cada poste de luz atua como escravo e o LoRa Gateway atua como mestre. Como o gateway Lora tem maior alcance em comparação com outros serviços de comunicação como wi-fi, Bluetooth, NFC etc. Embora GSM tenha maior alcance, inclui taxas de assinatura que não existem, há LoRa (gratuito) e também LoRa consome muito menos quantidade de energia durante a operação. O Master está conectado à internet para que o usuário possa monitorar remotamente as luzes da rua. Portanto, um grande número de luzes da rua pode ser conectado e controlado a partir do gateway Master.

Etapa 1: COMPONENTES NECESSÁRIOS

• Bateria de íon-lítio
• Luz LED e driver LED
• Sensor ultrasônico
• Nodemcu (ESP8266 12E)
• Arduino UNO (ATMEGA 328P)
• SX 1728 Lora transceptor

Etapa 2: Descrição dos componentes

Nodemcu:

ESP8266, integra GPIO, PWM, I2C, SPI e ADC em uma placa. Este microcontrolador tem WiFi embutido, o que nos ajuda a conectar nosso projeto à internet. Todos os pinos GPIO do Nodemcu podem ser usados como pinos PWM, além disso possui 1 pino analógico.

Drivers de LED:

AN30888A e AN30888B são controladores DC-DC ideais para acionar LEDs de alta luminância para iluminação LED. Eles são equipados com 2 modos de ajuste de iluminação (controle PWM e controle de tensão de referência), e podem ser compatíveis com a tensão de impulso, buck ou buck-boost, alterando os componentes externos

Módulo LORA:

O módulo LoRa (rádio de longo alcance) levará seus projetos de IoT a distância com comunicação em um amplo espectro de longo alcance. Essa forma de comunicação sem fio resulta em uma largura de banda maior, aumentando a resistência à interferência, minimizando o consumo de corrente e aumentando a segurança.

Este módulo usa SX1278 IC e funciona em uma frequência de 433MHz. O salto de frequência - que dá a você aquele doce equilíbrio de transmissão de sinal de qualidade - cobrirá uma faixa de 420-450MHz. Esta capacidade sem fio de longo alcance é embalada em um pacote pequeno (17 x 16 mm) e entregue através de uma antena de mola.

Com o LoRa Ra-01, você não precisa comprometer o equilíbrio de alcance, imunidade a interferências ou consumo de energia. A tecnologia por trás deste IC significa que ele é perfeito para aqueles projetos que exigem alcance e força.

Recursos:

• Comunicação de espectro alargado LoRaTM
• Comunicação SPI half-duplex
• A taxa de bits programável pode chegar a 300 kbps
• Faixa de onda RSSI de 127dB.

Especificações:

• Padrão sem fio: 433 MHz
• Faixa de frequência: 420 - 450 MHz
• Porta: SPI / GPIO
• Tensão operacional: 1,8 - 3,7 V, padrão 3,3 V
• Corrente de trabalho, recepção: menos de 10,8mA (LnaBoost fechado, Banda 1)
• Transmitir: menos de 120mA (+ 20dBm),
• Modelo de sono: 0,2uA

Etapa 3: esquema de mestre e escravo

Forneça as conexões conforme o esquema.

O Master atuará como um gateway e conectado à internet. Cada escravo é conectado a luzes de rua individuais e controla o brilho da luz.

O SX1728 e o sensor ultrassônico são conectados ao Arduino uno conforme o esquema. O pino de disparo e o pino de eco são conectados aos pinos digitais do Arduino UNO. O módulo SX1728 LoRa é conectado ao Arduino por comunicação SPI.

SX1728 atua em 433Mhz. cada país tem largura de banda respectiva para LoRa. Na Índia, banda livre em 866-868 MHz. Para o modelo de protótipo, o módulo 433MHz é usado aqui.

Etapa 4: Operação

Quando um obstáculo cruza o poste de luz (SLAVE), o sensor ultrassônico detecta o obstáculo e aumenta o brilho daquele poste em particular. E isso também envia mensagens para os próximos semáforos como pacotes RF. Assim, a cadeia de luzes da rua aumentará seu brilho de forma constante. Em seguida, ele voltará ao modo normal. Além disso, cada luz de rua pode ser controlada individualmente a partir do mestre, enviando mensagens para o escravo específico.

Usei bateria de íon de lítio de 3,2 V e driver de LED no modo boost para fornecer ao LED a tensão necessária

O Slave aqui irá operar em 3 Modos, que podem ser configurados no software

• Modo "1" Brilho total sempre (dias chuvosos e dias de emergência)
• Brilho alternativo do modo "2" (horários noturnos - horários de pouca luz)
• Modo "3" Controle total com ultrassom (meia-noite e horários de baixo uso)

O Mestre transmitirá a mensagem com um endereço específico. O escravo com o endereço correspondente apenas aceitará a mensagem e agirá de acordo.

Para o controle de brilho do LED, o driver do LED pode ser usado como AN30888A / B. Eu obtive um de uma lâmpada de emergência antiga e fiz a engenharia reversa.

Etapa 5: Códigos

Apresento aqui os códigos usados para o Master e Slave, Datasheet do driver de LED que usei.

github.com/sandeepmistry/arduino-LoRa - aqui você pode baixar a biblioteca para LoRa.