1. Радіолокатор, що працює в діапазоні 24 ГГц
2. Інтелектуальне вуличне освітлення
3. Огляд технологій інтелектуального освітлення
4. Можливість підключення додаткових датчиків
5. контролер освітлення
6. висновок

16 червня 2017

Компанії Infineon, Intel і eluminocity анонсують спільний проект зі створення безпечних міських вулиць, об'єднаних в глобальну мережу.

Зі зростанням чисельності населення великих міст органи державної влади в різних країнах світу шукають способи зробити міста, їх інфраструктуру та енергетичні системи більш інтелектуальними, безпечними і енергоефективними. Поряд з цим підключення транспортних засобів до глобальної мережі надає міським службам більше можливостей взаємодії з водіями для комфортного і ефективного управління транспортними потоками. Однак, у міру того як все більше число систем управління переходить до використання хмарних технологій, формуючи тим самим Інтернет речей (IoT), з'являється більше можливостей для несанкціонованого доступу до конфіденційних даних.

В даній статті наведено огляд деяких фундаментальних технологій, створених у співпраці компаніями I nfineon, eluminocity і Intel, які дозволяють зробити міста майбутнього більш інтелектуальними, а також - інноваційних рішень для систем освітлення, які можуть стати важливою складовою частиною розумних міст, об'єднаних в глобальну мережу .

Прискорення процесів урбанізації і доступ до нових технологій підвищує вимоги споживачів до того, наскільки їх життя буде комфортною в найближчому майбутньому. До недавнього часу основна увага приділялася вдосконаленню мобільних пристроїв і пов'язаних з ними продуктів, однак в даний час стає очевидним, що поліпшення інфраструктури відіграє важливу роль у технологічній еволюції світу, в якому ми живемо. Розробники міської інфраструктури стикаються з усе більш складними проблемами і вимогами, які часто суперечать один одному. З одного боку вони швидко впроваджують нові технології, щоб додати більше функціональності атрибутам повсякденному житті, наприклад, звичайного вуличного освітлення, а з іншого - намагаються звести до мінімуму споживання енергії зважаючи на постійне зростання вартості енергоносіїв.

У новому, більш досконалому, світі вуличний ліхтар - це вже не просто джерело світла, а багатофункціональний комунікаційний портал, який є основою інтелектуальної міської інфраструктури. Для того щоб забезпечити необхідну функціональність і можливість доступу до мережевих ресурсів, розробники систем освітлення використовують технології стільникового зв'язку, різноманітні типи датчиків, - як активних, так і пасивних, - а також сучасні рішення в області захисту інформації.

Радіолокатор, що працює в діапазоні 24 ГГц

Радіолокаційний спосіб виявлення об'єктів заснований на використанні відбитих електромагнітних хвиль, за допомогою яких можна визначити відстань до об'єкта, кут і швидкість його руху. Типові радіолокаційні системи (радари) включають в себе передавач, що генерує електромагнітні імпульси або безперервне випромінювання в радіочастотному або мікрохвильовому діапазоні частот, роздільні передавальну і приймальну антени і приймач, який здійснює прийом і обробку сигналів.

Імпульсний радар вимірює відстань до нерухомих або рухомих об'єктів, генеруючи короткий потужний імпульс і приймаючи відгук, відбитий від об'єкта. Час між посланим імпульсом і прийнятою відгуком прямо пропорційно відстані від радіолокаційної системи до об'єкта.

Радари з безперервним випромінюванням постійно генерують електромагнітні хвилі з частотною модуляцією, реалізованої одним з двох способів (рисунок 1). Радар з безперервним частотно-модульованим випромінюванням (FMCW) здатний виявляти як стаціонарні, так і рухомі об'єкти, передаючи сигнал з лінійною частотною модуляцією, який змішується в приймальнику з прийнятим сигналом. Низькочастотний вихідний сигнал приймача містить інформацію про відстань до об'єкту і його швидкості. Модуляція стрибкоподібним зміною частоти, звана також частотної маніпуляцією (FSK), може використовуватися для визначення відстані лише для рухомих об'єктів. При даному способі модуляції передавач послідовно посилає сигнали на двох різних частотах, і відстань визначається по допплерівського зсуву фаз прийнятих сигналів.

Рис. 1. Радар з безперервним випромінюванням може виявляти місце розташування як нерухомих, так і рухомих об'єктів

Оскільки виявлення об'єктів стає все більш затребуваним для інтелектуальних систем і пристроїв, радіолокаційна техніка діапазону 24 ГГц застосовується в різних додатках Інтернету речей, включаючи Мультикоптер / дрони, інтелектуальні дверні замки, системи побутовій та виробничій автоматизації, вимірювачі швидкості, робототехніку та ін.

Інтелектуальне вуличне освітлення

Рис. 2. В «розумних містах» майбутнього інтелектуальна система вуличного освітлення є лише однією з функцій інтелектуальних концентраторів

Анонсований нещодавно спільний проект компаній Infineon, eluminocity і Intel спрямований на створення розумних міст майбутнього, об'єднаних в глобальну мережу. Поєднавши свої ноу-хау і передові технології, три компанії розробили вдосконалене високоефективне світлодіодне вуличне освітлення, яке включає в себе також прецизійні датчики і захищену систему передачі даних. Спільний проект по створенню системи освітлення розумних міст заснований на вуличних світильниках компанії eluminocity, які є також мережевими концентраторами для інтелектуальних додатків (малюнок 2). Електронні системи базуються на технологіях Infineon і включають в себе радар діапазону 24 ГГц, силові напівпровідникові прилади (П / П), мікроконтролери (МК) серії XMC ™ та високоефективні пристрої захисту інформації серії OPTIGA ™. Технологія Intel дозволяє підключатися до мережі за допомогою модему з малим енергоспоживанням і великою зоною покриття, що підтримує роботу з мережами стільникового зв'язку, які використовують стандарти LTE Cat.1, LTE Cat.M1, Cat.NM1, LTE-NB і 5G-IoT.

У поєднанні з технологією OPTIGA ™ компанії Infineon стільниковий зв'язок, заснована на стандартних протоколах, являє собою відкриту систему, яка є масштабованої і повністю незалежною від існуючої інфраструктури, і забезпечує при цьому високий рівень захисту інформації.

Рис. 3. Зовнішній вигляд інтелектуального вуличного світильника eluminocity

В цьому випадку оператору систем вуличного освітлення (як правило - органу державного управління) необхідно всього лише підключити концентратори вуличного освітлення до вже наявної інфраструктури.

На додаток до того, що вуличні світильники, виконані на мікросхемах управління живленням і силових ключах Infineon, самі по собі мають високу енергоефективністю, застосування радара діапазону 24 ГГц дозволяє виявляти присутність об'єктів і збільшувати яскравість світла тільки там, де це необхідно, що забезпечує більш ефективне рішення в порівнянні з більшістю постійно включених світильників.

Однак інтелектуальні світильники eluminocity - це не тільки системи освітлення з високою енергоефективністю (рисунок 3). Вбудовані в них безконтактні детектори дозволяють виявляти прилеглі вільні паркувальні місця, що в поєднанні з мережевими технологіями Intel надає водіям, які перебувають поблизу, інформацію про доступне кількості паркувальних місць.

Ця функція характеризує світильники eluminocity як один з елементів повнофункціональної системи інтелектуального керування транспортним трафіком.

Завдяки моніторингу локальних умов дорожнього руху фахівці з міського планування і власники навколишніх магазинів отримують корисні відомості, що дозволяють орієнтувати водіїв транспортних засобів в зонах їх скупчення або за допомогою сигналів чи знаків дорожнього руху, або шляхом надання актуальної на даний момент інформації бортовим супутникових навігаційних систем.

Сучасні інтелектуальні вуличні світильники можуть також оснащуватися вбудованими зарядними пристроями для електричних транспортних засобів.

Оскільки такі зарядні пристрої не вимагають виділення під них додаткових площ, це є ключовим фактором, що сприяє успішному розвитку міського електротранспорту.

Огляд технологій інтелектуального освітлення

Забезпечення безпеки даних в концентраторах OPTIGA ™

Великі можливості щодо формування мережевої структури інтелектуальних міст на основі концентраторів вуличного освітлення та переваги, які реалізуються за допомогою відкритого доступу до цієї структури з боку користувачів, створюють потенційну проблему уразливості мережі. Для усунення загрози несанкціонованого доступу і забезпечення безпеки мереж, на яких базуються розумні міста, в концентраторах вуличного освітлення реалізована технологія надійного захисту інформації з використанням пристроїв сімейства OPTIGA ™ виробництва компанії Infineon. Вбудовані функції безпеки OPTIGA ™ включають в себе перевірку цілісності системи і даних, аутентифікацію і захищені від несанкціонованого доступу передачу і зберігання даних, а також безпечне оновлення програмного забезпечення.

У сімейство пристроїв OPTIGA ™ входить сучасний 16-розрядний контролер з функцією захисту даних, який можна легко інтегрувати в широку номенклатуру пристроїв Інтернету речей. Для забезпечення повної гнучкості, необхідної системним розробникам, сімейство пристроїв OPTIGA ™ підтримує роботу з операційними системами Microsoft Windows, Linux і їх похідними, а також надає інтеграційну підтримку для фірмових операційних систем. Сімейство OPTIGA ™ містить також кріптопроцессор TPM з підтримкою останньої версії стандарту TPM 2.0 консорціуму TCG, що дозволяє розробнику використовувати найбільш сучасні протоколи безпеки.

Виявлення наближення об'єкта в інтелектуальних концентраторах вуличного освітлення реалізовано на основі промислового радара BGT24LTR11 діапазону 24 ГГц (малюнок 4), що має мінімальний розмір корпусу в даному класі пристроїв і дозволяє вимірювати відстань до об'єкта і його швидкість з використанням ефекту Доплера. Додаткові канали прийому дозволяють також визначати за допомогою фазового детектування сигналів з різних антен кут і напрямок руху об'єкта.

Рис. 4. Структурна схема і габаритні розміри корпусу мікросхеми радара BGT24LTR11N16

Діапазон 24 ГГц забезпечує високу точність виявлення об'єктів: до 50 м для пішоходів і до 150 м для транспортних засобів. Крім того, радіолокаційні способи виявлення мають значно більшу чутливість у порівнянні з пасивними інфрачервоними (ІЧ) датчиками і здатні, наприклад, виявляти дихальне коливання в межах декількох міліметрів. Можна з упевненістю стверджувати, що радари в кінцевому підсумку замінять пасивні ІЧ-датчики в багатьох додатках. Діапазон 24 ГГц придатний для роботи при різних атмосферних впливах, включаючи суттєві зміни температури, високий рівень вологості і підвищену запиленість повітря, що дозволяє використовувати радари, які працюють в даному діапазоні, навіть в самих несприятливих умовах сучасних міст.

Розробникам, які ще недостатньо добре знайомі з радарної технологією діапазону 24 ГГц, компанія Infineon пропонує набір демонстраційних плат, наприклад, Sense2GoL . Дана повнофункціональна плата розміром 25х25 мм містить, поряд з радаром BGT24LTR11, спеціалізовані Полоскова передавальну і приймальну антени, а також 32-бітний промисловий МК XMC1302 ARM® Cortex® M0 . Демонстраційна плата радара з'єднана перфорованої перемичкою налагоджування платою Segger , За допомогою якої можна здійснювати програмування і оцінку функціональних можливостей плати радара.

Комплект поставки демонстраційної плати включає також програмне забезпечення детектора руху і програмний графічний інтерфейс користувача для спостереження за радіолокаційними сигналами, а також керівництво користувача і повний набір схем і файлів друкованих плат в форматі gerber для прискореного впровадження розробки у виробництво.

Можливість підключення додаткових датчиків

До інтелектуальних концентраторів вуличних систем освітлення можуть бути підключені практично будь-які датчики: наприклад, датчики газу можуть контролювати якість повітря, а звукові датчики - розпізнавати підвищений рівень шуму. Конкретні варіанти застосування датчиків можуть включати в себе аудіосупровід на дорозі або виявлення пострілу з вогнепальної зброї. Датчики освітленості, незважаючи на свою простоту, грають важливу роль в підвищенні «інтелекту» вуличного освітлення: вимірюючи рівень природного освітлення, вони зможуть включати вуличне освітлення під час посмурной погоди. Крім того, контролюючи фактичний рівень освітленості, вони здатні передавати сигнал зворотного зв'язку контролера для забезпечення нормативного рівня освітленості при будь-яких умовах експлуатації незалежно від виробленого ресурсу вуличних світильників. При цьому дані про знос устаткування можуть бути дистанційно передані технічного персоналу для більш якісного планування регламентних робіт і попередження передчасного відмови обладнання.

контролер освітлення

контролер освітлення XDPL8220 містить цифрове ядро, яке дозволяє на базі одного пристрою реалізувати різні схеми управління освітленням - з харчуванням постійним струмом, постійною напругою або постійною потужністю, а також здатне адаптуватися до цільових програм за допомогою налаштування параметрів.

У відповідності до високих вимог, що пред'являються до сучасних систем електроживлення стандартом IEC 61000-3-2, клас С, пристрій управління освітленням працює в діапазоні вхідної напруги 90 ... 305 В AC, забезпечує ККД більше 90% і коефіцієнт нелінійних спотворень менше 15%. Активний коректор коефіцієнта потужності (КП) і контроль гармонійних складових, здійснюваний в широкому діапазоні струмів навантаження, забезпечують КМ більше 0,9 у всіх режимах роботи і мінімізують додаткові втрати, зумовлені реактивною потужністю і гармонійними складовими споживаного струму.

висновок

Об'єднавши свої інноваційні технології, компанії Infineon, eluminocity і Intel перетворили простий вуличний світильник в інтелектуальний і безпечний концентратор, який став основою інфраструктури розумного міста. Спільно розроблене комплексне рішення включає в себе вуличні світильники компанії eluminocity, системи зв'язку виробництва Intel і широку номенклатуру пристроїв Infineon, що включає в себе радарні датчики діапазону 24 ГГц, силові п / п-прилади, МК і контролери захисту інформації, що в сукупності робить концентратори вуличних світильників універсальними пристроями.

Відкрита платформа дозволяє іншим зацікавленим сторонам використовувати розгалужені мережі датчиків, а розробникам - створювати інноваційні програми для розвитку і вдосконалення міст майбутнього, пов'язаних в глобальну мережу.

•••