基于NB-IOT窄带物联网智能路灯云端控制系统的设计与实现

随着经济和 社会 的发展，城市公共照明已经成为城市现代化水平的重要标志之一，城市照明设施规模日益增大，用电量节节攀升， 社会 各方对城市公共照明的要求和希望越来越高。而目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，主要表现在以下几个方面：

监控管理方式相对粗放。传统“三遥”系统只能实现回路级别的采集和控制，对单灯运行情况无法实时、准确监控，不能实现智能化监控和精细化管理；部分城市仍停留在“时控”时代，缺少基本的信息化管理手段。

运行维护效率低、成本高。现有的照明设施故障发现机制主要采用人工巡查模式，工作量巨大，需要投入大量的人力物力，并且还可能留有盲区，运维效率低、成本高，难以实现主动服务、保障服务质量。

照明能耗偏大。缺少灵活有效的节能控制手段，过度照明和照明不足的矛盾难以调和，无法实现按需照明，从而在保障照明质量的前提下有效降低照明能耗设施安全难以保障。缺少实时监管措施，设施被盗时有发生，给照明管理部门造成直接的经济损失，严重影响城市照明的正常运行，同时带来安全隐患。

1 设计与实现

本系统由3大部分组成：NB-IoT通信模块、云端控制系统、手机端APP。

图1

11 NB-IoT通信模块

基于高通MDM9206平台高性能、低功耗的CAT-M1/CAT-NB1/GSM三模无线通信模块，支持全球各主流定位系统GNSS，不仅支持当前运营商的主流物联网频段，对未来可能会部署的频段也最大可能性的支持 ，其尺寸仅 为 225mm265mm27mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，

通过该模块实现路灯信息传输、调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明节约电能，真正实现节能、环保、安全、舒适的照明，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。

12 云端控制中心

是根据路灯管控开发的一款远程 *** 作与监控管理平台，方便了管理人员的管理与维护。通过灯联网集中监控管理平台可以远程控制每一个回路的开、关状态，也可以实时监测每个设备的当前信息，并根据采集到的参数的情况，实时判断线路情况，给用户直观的解析。系统同时还具备短消息报警和声音报警的功能。

13 手机端APP

一种基于智能手机APP应用的城市路灯控制方法，包括将智能手机APP应用与路灯管理系统相关联，形成APP调节城市路灯的架构，构建智能手机 APP 节点，每个 APP 节点代表一个APP 注册用户；当用户登录 APP 应用时，APP 应用将包含用户地理位置、行进方式的 APP 应用信息传送到路灯管理系统；路灯管理系统根据APP应用信息，查询用户所属路段的路灯实时状态，并对路灯进行调节控制。采用NB-IoT物联网概念，通过手机 APP 应用按照用户实际需求开启路灯、调节路灯亮度，合理分配路灯照明资源，降低了路灯能耗、节约了路灯使用成本。

2 测试与分析

硬件调试：分为电源电路、通信链路、LED驱动电路调试。

21 电源电路

图2 电源电路

图 2 中，EUP3420 是一款恒定频率，采用电流模脉宽调制（PWM）架构的降压型变换器。芯片集成了主开关和同步整流开关，可以获得更高的效率。本系统采取5V适配器输入，转化给NB-IoT无线通讯模块VBAT网络33V供电。

C1000：适配器的输入端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为5V。

L1000：开关电源 buck 电感输出端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为33V，通过调整R1000和R1007阻值调整VBAT输出的大小。

22 通信链路

NB-IoT模块上电后sim卡状态测试。

图3 NB-IoT模块Sim卡状态查询

23 LED驱动电路

图4 LED驱动电路

上图中，三极管驱动电路由Q11、R128、D30、J26（焊接LED模组）组成，NB-IoT通信模块通过GPIO口控制三极管的基集，使三极管Q11工作在开关状态，实现对LED的开断。

3 软件测试

安卓手机端可以控制指定路灯的亮与灭以及全开全灭。

图5 手机控制端界面

PC端实现对各个端口的控制。

图6 云端控制端界面

4 控制系统特性

41 管道NB-IoT设计

一是广覆盖：NB-IoT 覆盖能力强，在同样的频段下，NB-IoT 比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍。它不仅可以满足广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。因此不只是道路照明，在室内、工业照明领域的应用前景也十分广阔。

二是强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。这将意味着，基于 NB-IoT 通信技术的照明控制系统，将能够管控更多的终端设备，满足未来智慧城市中大量设备联网需求。

三是低功耗：低功耗特性是智慧照明应用一项重要指标，NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，终端模块的待机时间可长达10年，特别适用于智能家居的应用。

四是低成本：低速率、低功耗、低带宽同样给 NB-IoT 芯片以及模块带来低成本优势。单个接连模块预期价格不超过 5美元，最终低至 1 美元，这对降低智慧照明应用的成本起到关键性作用。

42 云端智能管理

采用单灯控制技术，构建路灯物联网，精准控制每一盏路灯，在保证照明需求的前提下，根据季节、路段、天气、特殊场合等条件设定路灯运行方案，真正实现“按需照明”，深化节能减排。因本项目范围内 LED 路灯电源不具备调光接口，单灯节能方式采用开关灯控制方式。

通过单灯“在线巡测”，及时发现路灯故障并在地图上进行精准定位，转变“人工巡检、热线报修”的传统运维方式，实现定向运维、主动服务，减轻劳动强度，提高路灯运维效率，降低运维成本。

43 客户端APP

智慧公共照明管理平台具有全面和优化的路灯智能控制功能，为路灯管理人员提供更高效的管理和维护手段，主要体现为：实时监控：可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光。同时支持多终端，支持基于 Android *** 作系统的移动终端远程控制，可采用平板电脑、手机等终端下发开关灯、调光等控制命令等。

5 应用前景分析

对于 NB-IoT 产业的发展，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商皆就NB-IOT发布了各自的发展计划。工信部也发文要求加快 NB-IoT 在国内落地，到今年年底建成基站规模 40万个，到 2020 年建成基站规模 150 万个。中国 NB-IoT 产业加速布局，将是全球 NB-IoT 产业领跑者。目前在上海、广州、江

门、鹰潭、长沙落地了NB-IoT智慧路灯项目，实现了到处开花、处处结果。

6 结束语

城市智慧照明是智慧能源的开端，以 NB-IoT 新一代通信技术为支撑，实现整个城市一张网，对城市道路每盏灯实现全面的感知、智能的控制、广泛的交互和深度的融合，在满足市民正常照明需求的前提下，通过智能调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明，电能节约率可达30% 60%，真正实现节能减排，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。同时通过对城市照明设施实现精细化管理，通过对城市道路每个灯具的运行状态进行准确分析和故障报警，并根据故障等级启动相应的处置流程，将被动巡检改为定点维护，反应更加敏捷处置效率更高，将使城市的灯光管理水平与现代化的大都市相适应，提高亮灯率，减少各种故障，合理照明，美化照明，安全照明，营造出现代城市科学和艺术完美结合的照明效果，树立和提升城市的品牌形象。

鹰潭职业技术学院2020年招生章程
院校代码：12937
省属代码：8632
院校性质：省属院校（代码：936）
办学性质：公办全日制普通高等院校
校 址：江西省鹰潭市信江新区滨江东路2号
学 制：三年
招生专业及收费标准：详见下文第四项
相关资助及奖学金政策：详见下文第五项
一、学院概况：
鹰潭职业技术学院是经江西省人民政府批准，国家教育部备案成立的公办全日制普通高等院校，学校地处中国道都、铜都和华东交通枢纽江西省鹰潭市。新校区位于鹰潭市信江新区，东临信江、西靠高速鹰东连接线，北邻沪昆高铁站。学院具有开办普通高等专科教育30年，中专教育59年的历史。校园占地面积500亩，建筑面积10万余平方米，图书资料10万余册，教职工160余人，其中专任教师110人，副高职以上称47余人，硕士研究生20余人，双师型教师60余人。配有60多个专业实验实训室。2020年，学院面向全国计划招收2600名。
二、招生条件：按照国家教育部最新颁布的当年度《教育部关于做好普通高等学校招生工作通知》的有关文件精神执行。
三、录取规则
1．依据国家教育部最新颁布的当年度《教育部关于做好普通高等学校招生工作通知》，本着公平、公正、公开的原则，综合衡量德智体美，择优录取。
2．录取专业时对所有进档考生，根据本人专业志愿及我院招生计划，原则上按分数从高到低择优录取。
3．对享受加分政策的考生，可按省（自治区、直辖市）招办的规定加分提档，但录取进专业时以实考分为准。高考成绩总分相当的情况下，优先录取政策照顾加分考生和相关科目分数高的考生。
4．执行《普通高等学校招生体检工作指导意见》的有关规定。此外，色盲、色弱及嗅觉和听觉不合格者不能报考商品学、环境科学、信息科学等专业。
5．我院所有专业外语语种为英语。并对外省艺术类和体育类加试成绩均予认可。
6．往届生的录取按照各省(自治区、直辖市)招生办的有关规定办理，和应届生一视同仁。
7．无男女比例限制。
8．艺体类考生高考成绩过线的情况下，按照专业测试成绩的排名依次录取。若各省考试院针对艺体类专业录取有所规定录取时则执行各省考试院录取规定。
四、2020年招生专业及学费标准：
2020年招生专业设置为：小学教育（师范类）、学前教育（师范类）、计算机应用技术、物联网应用技术、机电一体化技术、数字媒体应用技术、旅游管理、会计、电子商务。各专业：学费均为5000元/年，住宿费均为1000元/年；学制三年，毕业颁发江西鹰潭职业技术学院专科毕业证。
五、相关资助及奖学金政策
1．助学贷款：家庭经济困难的学生可以在当地教育局申请生源地助学贷款，每个学生每年申请的贷款额度不低于1000元，不超过8000元，具体金额根据学生学费和住宿费需求确定。当贷款金额高于学费和住宿费需求时，剩余部分可用于学生生活费。首次申请助学贷款学生所要准备材料：学生和共同借款人（父母）身份z（原件和2份复印件），户口本（只看原件），录取通知书（原件和2份复印件），签字并盖章的申请表（申请表可到当地教育局领取）。具体流程详见随录取通知书一并寄出的《高等学校学生资助政策简介》及《流程表》。学校助学贷款户名：鹰潭职业技术学院；账号：3605 0166 0161 0000 0239；开户行：中国建设银行鹰潭三角线支行。
2．学院资助政策：家庭生活特别困难的新生，入学时可凭当地政府或民政部门开具的家庭困难证明材料[必须盖有村委会或居委会、企事业单位，乡（镇）政府或街道办和县级以上民政部门（含县级）三级行政印章]到学校学工处申请国家助学金。学校为家庭特别困难的学生提供国家助学金或勤工助学岗位。
3 奖、助学金政策：
奖学金：用于奖励全日制专科在校学生中品学兼优的学生（家庭经济困难学生）。主要包括国家奖学金、国家励志奖学金。(1)国家奖学金8000元/年；(2)国家励志奖学金5000元/年。
助学金：用于资助全日制专科在校学生中的品德优良、学习勤奋、家庭经济困难的学生。国家助学金：国家一档助学金4400元/年、国家二档助学金3300元/年、国家三档助学金2200元/年。
联系电话：0701-6650535
地 址：江西省鹰潭市信江新区滨江东路2号 邮编：335000
电子邮件：ytzyzjc@163com 网 址：>好。
师资力量强。鹰潭市高级技工学校师资力量雄厚，拥有教师70余名，其中教授6名，讲师9名，高级技师1名，技师20余名，研究生学历6名，多名教师荣获省、市级荣誉。
2、设备先进。鹰潭市高级技工学校配套的设施设备物资高达3000多万元，学校配备数控实训车间、云机房、物联网实训室、电工电子电拖综合装置、PC机房、电钢琴房、加工中心、图书馆以及校内生产实践基地等，教学设施齐全、设备完善。

中国移动5G覆盖城市：北京、上海、广州、深圳、重庆、天津、成都、武汉、郑州、南京、苏州、西安、长沙、沈阳、大连、济南、青岛、石家庄、雄安、张家口、长春、福州、厦门、哈尔滨、昆明、合肥、贵阳、太原、南昌、南宁、兰州、海口、呼和浩特、银川、西宁、杭州、宁波、温州等。

中国电信5G覆盖城市：北京、上海、重庆、广州、雄安、深圳、杭州、苏州、武汉、成都、福州、兰州、琼海、南京、海口、鹰潭、宁波、合肥、芜湖等。

中国联通5G覆盖城市：北京、雄安、沈阳、天津、青岛、南京、上海、杭州、福州、深圳、郑州、成都、武汉、贵阳、广州。

5g网络特点：

1、峰值速率需要达到Gbit/s的标准，以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。

2、空中接口时延水平需要在1ms左右，满足自动驾驶、远程医疗等实时应用。

3、超大网络容量，提供千亿设备的连接能力，满足物联网通信。

4、频谱效率要比LTE提升10倍以上。

5、连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。

6、流量密度和连接数密度大幅度提高。

百度百科——5G （最新一代蜂窝移动通信技术）

---