Sensornetzwerk steuert LED-Beleuchtung Wie ein drahtloses Netzwerk für eine effektive Straßenbeleuchtung sorgt

Straßenbeleuchtungen mit LEDs lassen sich mit drahtlosen Netzwerken über große Entfernungen steuern. Wir zeigen Sensorik und Netzwerk- Architektur, um solch ein Netz aufzubauen.

Einer der Vorteile für die LED in der Beleuchtung ist die einfache und lineare Steuerung der Lichtausbeute von nahezu 0 Prozent bis zu maximaler Helligkeit. Mit Hilfe einer durchdaten Steuerung der Lichtinstallation lässt sich zusätzlich Energie einsparen. So kann beispielsweise eine LED-Straßenbeleuchtung auf die Intensität des Umgebungslichts reagieren und das natürliche Licht ergänzen, um die gewünschten Lichtausstrahlung [lux] zu erzielen.

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Verwendet man zusätzlich noch Bewegungsmelder, lassen sich das Licht noch dimmen, wenn sich niemand im beleuchteten Bereich aufhält. Moderne LED-Treiber regulieren die Einschaltdauer einer LED-Lampe durch unterschiedliche Vorgehensweisen. Dazu zählen beispielsweise ein Mikrocontroller-PWM-Signal oder das analoge Gleichspannungssignal 0-10V oder 1-10V.

Eine auf das Umgebungslicht reagierende Dimm-Regelung hilft bei aktuellen Beleuchtungslösungen, Energie zu sparen. Wir erklären wie sich eine Installation mit geeigneter Sensorik und Architektur steuern lässt. Eine Möglichkeit besteht darin, nicht miteinander verbundene Beleuchtungskörper vollkommen autonom jeweils mit eigenem Umgebungslichtsensor (Photometer), Annäherungssensor und eigener Schaltung auszustatten. Allerdings geht eine solche Architektur mit zwei Nachteilen einher. Für jede Beleuchtungseinheit fallen Kosten für Sensorkomponenten an und darüber hinaus werden zentrale Steuerungs- und Diagnosefunktionen nicht unterstützt.

LED-Straßenbeleuchtung an ein Netzwerk anzubinden

In der Realität ist es vorteilhaft, eine Straßenbeleuchtung an ein Steuerungsnetzwerk anzubinden. Der Betreiber erkennt, wenn eine Leuchte defekt ist und kann durch schnelle Reparatur längere Ausfallzeiten vermeiden. Darüber hinaus lässt sich durch ein Netzwerk die gesamte Beleuchtungsanlage zentral regulieren. So kann beispielsweise eine Gemeinde die normale, durch Umgebungs-/Näherungssensoren gesteuerte Beleuchtung zu besonderen Zeiten überschreiben, wenn kulturelle oder sportliche Großereignisse anstehen.

In der Vergangenheit verwendeten Netzwerke für die Außenbeleuchtung ein dediziertes Netzwerkkabel, was ein RS-485-Link sein kann. Allerdings ist die Option eines zusätzlichen Signalkabels neben der Stromverkabelung aufgrund der anfallenden Kosten für Beschaffung und Installation unattraktiv. Mit der Power Line Communication (PLC) können Steuerungssignale durch das gleiche Kupferkabel wie der Strom übertragen werden. Rauschen und Interferenzen mindern allerdings die Zuverlässigkeit der PLC-Systeme über herkömmliche Stromleitungen. Im Gegensatz dazu ermöglicht der Einsatz von drahtloser HF-Kommunikation Kosten und Zeitaufwand für die Datenverkabelung. Zudem hilft das Channel-Hopping, dass Störungen gar nicht erst auftreten.

Auf dem lizenzfreien ISM-Band übertragen

Allerdings sind die notwendigen Netze für eine LED-Straßenbeleuchtung durch große Entfernungen gekennzeichnet. Die große Ausdehnung eines Beleuchtungsnetzes lässt die Gesamtstrecke von der zentralen Kontrollstation zum am weitesten entfernten Knoten stark anwachsen. Aus Kostengründen sollte die Übertragung von HF-Signalen auf dem lizenzfreien ISM-Band erfolgen.

Mobilfunknetze garantieren zwar ebenfalls die WAN-Abdeckung, aber die Kosten für Ausstattung und monatliche Datentarife schließen diesen Lösungsansatz für den Einsatzbereich von kostensensitiven Beleuchtungsanwendungen aus. Das ISM-Funkband hat in der Regel eine maximale Reichweite von 2 km. Der Einsatz einer Wide-Area-Lösung erfordert daher ein Kommunikationsprotokoll, das Multipath-Routing der Datenpakete unterstützt. In einem solchen Modell leiten Zwischenknoten die Daten an Knoten am Rande des Netzes weiter und gleichzeitig lassen sich Übertragungsfehler durch Kollisionen zwischen den Paketen vermeiden.

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