本文將以英飛凌(Infineon)和eluminocity以及英特爾(Intel)合作為智慧城市開發(fā)的照明解決方案為基礎，闡述建構安全互聯(lián)城市的基礎技術，以及如何實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。
 
　　隨著越來越多的人遷入城市，公共管理機構正在尋找使城市、及其基礎設施和能源系統(tǒng)更智能，更安全，更節(jié)能的途徑。除此之外，隨著車輛日益互聯(lián)，市政管理當局現(xiàn)在有更多機會與司機互動，依托智能交通管理帶來便利和效率。然而，隨著更多的系統(tǒng)連接到云，從而形成“物聯(lián)網(wǎng)”，這為惡意訪問敏感數(shù)據(jù)創(chuàng)造了更多機會。
 
　　快速發(fā)展的城市化和技術可獲得性，提高了消費者對未來生活便捷程度的期望。迄今為止，人們關注的主要是移動終端和產(chǎn)品，但顯而易見的是，增強型基礎設施在界定和發(fā)展我們所處的世界方面可以發(fā)揮重要作用。
 
　　更高的期望帶來了挑戰(zhàn)。公共管理機構必須制定移民計劃，同時考慮重大經(jīng)濟和社會問題，例如公民的隱私和安全問題。設計師面臨著日趨復雜的挑戰(zhàn)，有些要求相互沖突。一方面，他們正在快速接納新技術，為之前的應用（如簡易的路燈）增添更多的功能，另一方面，面對不斷上漲的能源成本，他們正在努力最大限度降低能源消耗。
 
　　在這個美好的新世界里，路燈不再只是照明器件，而是迅速演變?yōu)橐粋€功能強大的互聯(lián)門戶，成為智慧城市基礎設施的關鍵內(nèi)容。然而，為了確?；竟δ芎吐?lián)網(wǎng)能力，照明設計師現(xiàn)在正在運用蜂窩聯(lián)網(wǎng)、多種主動和被動傳感技術，以及安全解決方案。
 
24GHz雷達技術
 
　　雷達是一種物體檢測方法，使用無線電波來確定穿過電磁波的物體的范圍、角度或速度。典型的雷達系統(tǒng)由若干元件組成，包括生成無線電或微波頻率范圍的電磁脈沖或電磁波的發(fā)射機、發(fā)射天線、接收天線和處理接收信號的接收機。
 
　　脈沖雷達通過向物體表面發(fā)送一個可反射的強短波，測量靜態(tài)或移動物體的距離。發(fā)射脈沖與接收脈沖之間的時長，與物體距雷達系統(tǒng)的距離成正比。
 
　　連續(xù)波方法連續(xù)發(fā)射可以不同方式調(diào)制的電磁波。FMCW雷達（調(diào)頻連續(xù)波）可以通過發(fā)射與接收信號混合的“啁啾”聲，來檢測靜止物體和移動物體。低頻輸出表示距離和速度。FSK（頻移鍵控）用于檢測移動物體的距離。在這種技術中，兩個頻率被先后發(fā)送，相移多普勒信號表示距離。 
 
　　由于物體檢測對于許多智能系統(tǒng)和設備變得愈加重要，24GHz雷達技術被用于多種應用，包括多旋翼無人機/無人機、智能開門器、家庭和工廠自動化、速度計、機器人，以及其它許多基于物聯(lián)網(wǎng)的應用。
 
智能路燈
 
　　由英飛凌、eluminocity和英特爾共同開展一個項目目標在支持未來的全球互聯(lián)智慧城市。結合三家公司技術和專業(yè)知識開發(fā)出的高效LED路燈應用，具備精確的傳感和安全數(shù)據(jù)傳輸能力。這款聯(lián)合開發(fā)的智能路燈解決方案基于eluminocity的路燈概念——可作為智能應用中心。英飛凌負責提供解決方案中電子系統(tǒng)的核心，包括24GHz雷達、半導體元器件、XMC單片機及OPTIGA系列安全解決方案。
 
　　英特爾則提供了實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器結合依托LTE Cat.1 / LTE Cat.M1 / Cat.NM1 / LTE-NB / 5G-IoT模塊支持低功耗、大覆蓋的蜂窩網(wǎng)絡技術。結合英飛凌OPTIGA技術，標準化蜂窩網(wǎng)絡技術提供一個開放式系統(tǒng)，該系統(tǒng)可靈活擴展，完全獨立于現(xiàn)有基礎設施，同時具備高度安全性。街道照明管理機構（通常是公共管理機構）只需要確保將路燈連接到現(xiàn)有的基礎設施。
 
　　由于采用了先進的電源管理和開關器件，提升了路燈本身的效率；另一方面，24GHz雷達系統(tǒng)檢測物體存在的能力，能夠讓街燈僅僅在需要時增加照度，從而成為一種比“恒亮”路燈更加高效的照明解決方案。 
　　不過，eluminocity的智能路燈概念不僅僅是高效的照明解決方案。接近檢測功能允許他們檢測附近的空車位。由于具備聯(lián)網(wǎng)能力，它可以立即告訴附近的司機哪里有空閑車位——這是真正智能交通管理的一個要素。通過監(jiān)測當?shù)亟煌顩r，系統(tǒng)可向城市規(guī)劃機構和周邊的店主提供有價值的數(shù)據(jù)。通過交通信號燈和交通標志控制，或通過向車載衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于引導司機繞過擁堵路段。
 
　　現(xiàn)代智能路燈還可以配備電動汽車充電站，不占用額外的空間，這是成功推行電動交通的主要前提。
 
智能照明：技術概述
 
　　這套智能路燈中采用的OPTIGA安全解決方案可確保聯(lián)網(wǎng)過程中最被關心的安全漏洞問題。盡管智能路燈具備十分先進的功能，可形成智慧城市的骨干，但是帶來這些優(yōu)勢的聯(lián)網(wǎng)，同樣會帶來潛在的安全漏洞。為應對這一威脅并確保智慧城市所依賴的網(wǎng)絡的安全性，標準化的OPTIGA安全控制器為嵌入式平臺提供廣泛的安全功能，包括系統(tǒng)和數(shù)據(jù)完整性、身份驗證、安全通信、安全數(shù)據(jù)存儲和安全更新等。所有這些對于保護未來智慧城市的完整性至關重要。
 
　　OPTIGA系列核心是16位安全控制器，可以輕松集成于各種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。為了讓設計人員獲得最大靈活性，該系列支持Microsoft Windows、Linux和衍生操作系統(tǒng)，并可支持集成專有系統(tǒng)。OPTIGATM系列還包含TPM器件，也是首款支持TCG最新TPM 2.0標準的器件，可輕松實現(xiàn)最新的安全協(xié)議。
 
　　該方案中的24GHz工業(yè)雷達芯片解決方案BGT24LTR11提供了智能接近感測功能，即智能路燈的接近檢測功能。這種多功能器件能夠測量多個參數(shù)，包括基于多普勒的物體速率/速度，基于電磁波的距離測量。附加接收信道還支持基于天線處的相位檢測來測量角度/方向。
 
　　24GHz雷達的監(jiān)測精度很高——行人達50米，車輛達150米。該技術比被動紅外（PIR）技術更加靈敏，最終將在許多應用中取代被動紅外技術，它甚至可以檢測（例如）精確到毫米的呼吸運動。24GHz雷達還能在各種天氣條件下運行，包括溫度急劇變化、高濕度和多塵環(huán)境等，在全球互聯(lián)智慧城市應用中，適合最嚴酷的戶外環(huán)境。 
　　尚不十分熟悉24GHz技術的設計人員可使用隨BGT24LTR11提供的Sense2GoL演示板。這套演示板在面積僅為25mm²的PCB上配備一枚XMC1302ARMCortexM032位工業(yè)單片機，以及用于接收和發(fā)射通道的專用貼片天線。演示板連接至一個Segger調(diào)試器中斷板，用于二次編程和評估。該綜合性套件也包括用于運動檢測的固件，用于雷達信號觀察的軟件GUI，以及便于設計快速投產(chǎn)的用戶手冊和完整的PCB示意圖和Gerber文件。
 
　　幾乎任何傳感器都可以集成于這些智能路燈。氣壓傳感器可以監(jiān)測空氣質量，音頻傳感器可以識別噪聲污染水平，具體案例可包括基于音頻的車輛事故或槍聲檢測。雖然非常簡單，照明傳感器在使路燈更加智能方面發(fā)揮非常重要的作用，通過檢測環(huán)境光，可以在天氣惡劣時打開路燈；它可以向控制器傳送光通量的實測值，確保不管路燈使用年限如何，始終達到理想的光通量；它可以向技術人員遠程提供耗損數(shù)據(jù)，以便更好地規(guī)劃維護工作，還可以故障發(fā)生之前發(fā)出報警。
 
　　這套智能路燈中采用的XDPL8220元件包含一枚數(shù)字內(nèi)核，為基于同一器件實現(xiàn)不同系統(tǒng)設計創(chuàng)造了條件。先進的控制算法為在同一電路內(nèi)實現(xiàn)恒定電流、恒定電壓和限定(部分)功率控制方案創(chuàng)造了條件，此外，通過調(diào)整不同參數(shù)集，可以將其用于不同的目標應用。
 
　　該器件可迎合現(xiàn)代電力系統(tǒng)的期望，其輸入電壓為90-305 VAC，能效率高于90%，總諧波失真度低于15%，符合IEC 61000-3-2 C類標準。能夠在較寬輸出電流范圍內(nèi)正常工作的有源PFC和諧波控制器，確保器件在各種操作條件下的功率因數(shù)大于0.9，并確保最大限度降低由無功功率和諧波引起的額外功率損耗。
 
本文小結
 
　　本文介紹的智能路燈運用了無線聯(lián)網(wǎng)、接近感測、電源管理、單片機和高效的安全芯片，將簡易的路燈改造成一個智能和安全的裝置，所有這些器件使得路燈具備廣泛的功能。未來這種開放式平臺使其他相關機構能夠利用廣泛的傳感器網(wǎng)絡，還能讓創(chuàng)新機構和人員立足這些系統(tǒng)開發(fā)新奇的應用，支持和加強未來的全球聯(lián)網(wǎng)城市。
 
 
作者：
Rosina Kreutzer，市場主管
Stephan Schoenfeldt，系統(tǒng)架構師
英飛凌科技