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。

50-100倍。
根据信息安全与通信保密网的相关内容可知，窄带物联网单个NB-IoT基站较传统2G、蓝牙、WiFi等基站可多提供50-100倍的接入终端，一个扇区可以支持10万个连接，是传统的移动通讯容量的50至100倍。
窄带物联网是指基于蜂窝网络构建，仅消耗180千赫兹（kHz）左右带宽的物联网。

4G改变生活，5G改变 社会 ，5G即将创造新一波财富浪潮，非常值得期待：

一：自媒体文化教育产业

自媒体产业高速发展，自媒体带来了新零售商业模式也是遍地开花；线下教育彻底转变为线上教育，5G彻底解决了教育体验问题，优秀教育人才不断涌现，教育效果和效率大幅度提高；

二：物联网产业

物联网产业蓬勃兴起，人机交互，物物互联，远程 *** 控，智能家居等场景大量应用；无人驾驶、机器人产业迅猛发展；

三：人工智能

智慧城市建设，智能交通、智能环保产业改变城市生活；智慧医疗，智慧 健康 产业将高度发达，身体检测、状态辨识、 健康 预警、 健康 干预、医疗服务等都在手机上完成，人工智能产业完全超出想象！

5G的普及将带来物联网和VR的快速发展，我这里不想用大道理来解释会有什么创业机会，畅想一下5G未来的应用场景你就明白了。如果我说的对，请大家多给几个赞。

场景1: 现在 汽车 自动驾驶还需要”自身”很多传感器来判断车体外部路况，未来5G可以实现每辆 汽车 传感器都会互相联通，两车相遇是双方车辆同时互相判断，而不是现在只靠单方面 汽车 判断，避免车祸发生。就好比每辆车都看成是个人，人彼此怎么会相撞。

场景2: 5G穿戴设备物联网化,会让很多想象变成现实，比如孩子身上穿戴设备可以让家长随时随地看到孩子在哪里，在干什么，吃什么，老师如何上课等等，有孩子的家长很兴奋吧！

场景3: 每个商品都可以物联网了，都有自己的唯一号码，用手机扫一下就可以观看它的来源，制作过程，及物流过程，真正杜绝假冒商品。

场景4: 以后战争场面不再是人对人了，完全是一群小型无人飞机，每个无人飞机都安装了VR镜头，人类在作战室 *** 控着成千上万的无人机，就如同指挥一个集团军，去歼灭”一个”恐怖分子，战争会有多酷。

未来创业机会很多，随着新的技术革命出现，那些已经变成大寡头的腾讯，阿里，百度，苹果等就像当年的诺基亚，雅虎一样，很快就被淘汰，特别是在互联互通领域，机会永远都会留给那些敢想敢干的创新人群，而那些大寡头是船大很难掉头的。

如果您认可我的观点，帮忙点个赞。

5g主要带来最大的优点就是延时更短，带宽更大，所以结合我的认知，总结一下我了解的几个行业可能带来的机会：

1、互联网教育。

本来互联网教育直播录播，各家一直在圈地，但一直也没有哪一家特别大，大家还是比较喜欢线下教育，最重要的一点就是网络延时体验不是很好，5g的出现就很容易解决这个问题了。

2、无人驾驶 汽车

无人车在运行过程中，有大量的数据需要处理，要是有5g网络，可以借助服务器，去帮我们无人车去处理各种突发情况。

3、智慧城市

航航走很早就开始建设智慧城市，譬如所有红绿灯智能根据车辆多少，行人情况调节时间，但这个需要巨大的图像处理速度和整个城市的红路灯数据动态联网，5g的到来应该可以很好的解决这一点。

如果大家觉得我说的有点道理，麻烦给我点个赞。

5G的到来势必不会是孤独的，每一次信息革命都会带动多个相关的企业快速发展，4G时代兴起了滴滴，美团，微信，其各自成为其行业的龙头。究竟有哪些行业会趁机而起，我们可以将焦点聚集在那些依赖高带宽的技术行业。

VR产业，2016年曾经在全球掀起了一阵热潮，各个产业包括传统产业和高新技术产业纷纷转向VR产业的研发，VR眼镜也是红极一时，然而终究因为其无法解决的缺陷成为致命阻碍，阻挡VR发展的一个重要因素正是带宽，一组VR数据占用的内存很高，所以需要高带宽和低时延，然而4G本身的技术缺陷限制了发展空间，所以5G时代，VR产业将会继续迎来二波可以真正商业化的浪潮。

物联网，这个概念早在20年之前就已经提出，其本质是互联网的拓展，物联网即要实现物与物的连接，所以在商业的使用中，成本是最为关键的问题，怎样尽可能的在保证建立良好通讯的同时降低成本也一直制约着物联网的发展，传统的物联网通信方式，功耗过高，传输距离过远，时延过大一直找不到合适的解决方案，但是随着5G的到来，窄带物联网得到快速发展，以lora和nbiot为代表的窄带通讯方式成为当前通信行业的热点，而nbiot更是在三大运营商的支持下得到快速发展，所以搭乘物联网的顺风车也是明智之举。

先说下5G现在发展到什么程度，在二月份的时候已经在上海虹桥火车站已经启动5G建设，在今年下半年5G设备就可以商用了，明年计划大规模使用。

首先5G先对于4G而言，网速提高的不止是一个量级的，但是有一个缺点，5G是不能够穿越障碍物的，但是5G的基站可以装的很小，然后到处装。

同时5G提高的不知是网速，也会提高硬件水准。但时候硬件各种设备会有一大波机会。

首先影响的就是物联网，现在的物联网水平还不够高，有了5G以后相当于“万物互联”更精准的计算和追踪商品，减少损耗。

未来的无人驾驶方面也会受到影响，因为现在网速不够快，所以 汽车 接受信号会有延迟，到时候就会没有延迟了。

除了这个未来还可以用在远程手术方面。信号没有延迟的话，有些手术就可以远程做了。

可能有一些网友直接在云端运营，就是电脑上再也不用下客服端了。

5g的到来，可以给各行各业带来更多的机会，而不是像有些人想的，以为就是网速快一点，与自己无关。其实，5g带给我们是不仅仅是网速快一点。5g可以人物联网变成现实。而物联网可以说影响到每个人生活的方方面面。同时，也给很多行业带来非常好的的机会。包括一些实体行业。当然，受益最大的还是华为这种大的通讯企业，视频网站，物联网行业，软件行业等等。那我们普通老百姓怎样利用5g好好赚一把呢？首先，我说一下实体行业。实体行业近几年还是无法摆脱经营困境。那我们主要利用5g大数据来获得在激烈竞争中的胜利呢？如果你是实体商家，你可以利用大数据精准营销来做好营销，来跟你的竞争对手抢客户。大数据精准营销可以利用大数据来轻松找到了意向客户，甚至可以根据客户年龄，性别，最近是否打过你的竞争对手的电话，浏览过哪些网站和app等来筛选出你的准客户。有了它的帮助，你会发现，找客户，，做生意原来如此简单。如果你是互联网行业从业者， 建议你参与到大数据精准营销行业中来。实体行业难做，那这个行业就有更多的机会。与其观望，不如主动抓住机会，狠狠赚一把！

场景1: 现在 汽车 自动驾驶还需要”自身”很多传感器来判断车体外部路况，未来5G可以实现每辆 汽车 传感器都会互相联通，两车相遇是双方车辆同时互相判断，而不是现在只靠单方面 汽车 判断，避免车祸发生。就好比每辆车都看成是个人，人彼此怎么会相撞。

场景2: 5G穿戴设备物联网化,会让很多想象变成现实，比如孩子身上穿戴设备可以让家长随时随地看到孩子在哪里，在干什么，吃什么，老师如何上课等等，有孩子的家长很兴奋吧！

场景3: 每个商品都可以物联网了，都有自己的唯一号码，用手机扫一下就可以观看它的来源，制作过程，及物流过程，真正杜绝假冒商品。

场景4: 以后战争场面不再是人对人了，完全是一群小型无人飞机，每个无人飞机都安装了VR镜头，人类在作战室 *** 控着成千上万的无人机，就如同指挥一个集团军，去歼灭”一个”恐怖分子，战争会有多酷。

未来创业机会很多，随着新的技术革命出现，那些已经变成大寡头的腾讯，阿里，百度，苹果等就像当年的诺基亚，雅虎一样，很快就被淘汰，特别是在互联互通领域，机会永远都会留给那些敢想敢干的创新人群，而那些大寡头是船大很难掉头的。

VR产业，2016年曾经在全球掀起了一阵热潮，各个产业包括传统产业和高新技术产业纷纷转向VR产业的研发，VR眼镜也是红极一时，然而终究因为其无法解决的缺陷成为致命阻碍，阻挡VR发展的一个重要因素正是带宽，一组VR数据占用的内存很高，所以需要高带宽和低时延，然而4G本身的技术缺陷限制了发展空间，所以5G时代，VR产业将会继续迎来二波可以真正商业化的浪潮。

物联网，这个概念早在20年之前就已经提出，其本质是互联网的拓展，物联网即要实现物与物的连接，所以在商业的使用中，成本是最为关键的问题，怎样尽可能的在保证建立良好通讯的同时降低成本也一直制约着物联网的发展，传统的物联网通信方式，功耗过高，传输距离过远，时延过大一直找不到合适的解决方案，但是随着5G的到来，窄带物联网得到快速发展，以lora和nbiot为代表的窄带通讯方式成为当前通信行业的热点，而nbiot更是在三大运营商的支持下得到快速发展，所以搭乘物联网的顺风车也是明智之举。

很多的小伙伴现在都喜欢创业，并不是现在创业很受大家欢迎，而是现在找工作真的是太难了，所以现在创业成为现如今就业的浪潮。但是很多人一直都因为做什么项目在挠头，究竟用什么项目来创业是一个最大的问题。

大家都知道5G马上要到来，我们创业的这些小伙伴是不是可以拿5G的某些方面作为创业的方向。就普通人来说，5G能够带来什么创业机会，我认为，重点应当围绕“快”字来做文章。因为，与此前的几次革命相比，5G最显著的特点就是速率非常快，快到令人来不及思考，来不及回味。

反过来，来不及思考，来不及回味，就给了创业更多的机会，给了创业需要让人来得及思考、来得及回味的创新产品。首先，短视频将是未来最受追捧的行当之一，如何制作出企业和居民都喜欢的短视频，尤其是快销式短视频，将是未来创业者可以重点考量的一个问题，能够想象的是，一些资本已经看到了这里的的奥秘，已经在和创作者联系短视频事宜。趁这个机会，普通创业者也可以先下手为强，在短视频方面下功夫，或许会给自己带来很多新的机会。

智能家居，或是5G时代最被看好的行当之一。 而智能家居也可以与物联网紧密结合起来，把物联网成功运用到智能家居之中。这里所说的智能家居，将不再是简单的空调、冰箱、洗衣机、 汽车 等，还包括能够用物联网和智能在家里培育一些自己喜欢的植物、花朵等，既能够用于欣赏，也能够用于食用，从而给生活很多新的色彩，也给很多家庭改善生活条件，提高饮食的营养结构提供很大帮助。而喜欢 养生 的居民，则能充分利用5G带来的快捷，获得更多的新的机会。

现在的智能家居基本都是基于WIFI的，基于WIFI的智能家居其实就本身而言，很难被称为真正的智能家居，现在的智能家居还可以成为是一片没有被开发的市场，未来基于物联网的智能家居的潜力比较大，而且相对别的行业而言，这块相对的成本是最小的，而且也是可能个人加入的项目。

由于5G的速率变化，也会对许多原本符合要求的小产品带来冲击，冲击的背后，则是新的机会。也就是说，日常生活中很多小玩意、小物品，在新的时代，需要改变。改变过程，就是创造了许多新的机会。尤其对年轻人来说，可以寻找到新的创业空间，提供新的创业条件。到时候，资本等也会竭力捕捉这方面的机会，为创业者提供资金支持。

目前5G技术已经在我国发展的很不错，各项的配套设施也在逐步建设，而且5G出现的几年之内会是5G创业的一个热潮，很多人会抓紧这段时期来发展5G的创业，接下来就是小伙伴们掌握先机的时候。

下一个风口行业

我们是做5G互联网全球首家透明玻璃广告。

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