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。
该市通过人才引进推动地区高质量发展，经济增速迅猛，一批高新技术企业孵化而出，为“芯产业”发展提供了坚实基础
武汉东湖新技术产业开发区也被称为中国光谷，在这片引领先进 科技 风潮的创新之地，一股“芯”势力正在吸引全国乃至世界的目光。
5月15日，由北京大学国家发展研究院、长江日报报业集团联合主办的“芯”驱动高端论坛暨2019北大国发院（武汉）论坛，在武汉市东湖高新区高新大道中国光谷 科技 会展中心举办。
圆桌论坛环节，小米集团人工智能实验室主任王斌、武汉慧联无限 科技 有限公司联合创始人兼董事长胡昱、武汉芯泰 科技 有限公司董事长夏光、中南 财经 政法大学文澜学院院长龚强与圆桌主持人、《投资时报》执行总编辑邓妍一起，以“创新引领，培育壮大新动能”为主题，就中国的芯片产业发展以及武汉在此领域的独特优势展开了热烈讨论。
邓妍： 2018年末湖北省委十一届四次会议暨全省经济工作会议上，正式提出了“一芯驱动，两带支撑，三区协同”产业发展战略布局。我们知道，很长一段时间以来，武汉给人留下的产业支柱印象是钢、是 汽车 ，2011年在地方政府“工业倍增”计划下，信息技术、生命 健康 、智能制造三大新兴产业开始抬头，五年内投资比重从377%上升到636%。现在，围绕国之重器的“芯产业集群”，GDP占到整个湖北全省38%的武汉，又面临一个全新的转型“窗口期”。
巧合的是，前几天刚刚出台的《2019中国城市营商环境指数评价报告》显示，武汉在全国经济总量TOP100城市中，总分位居第六。这个报告覆盖了4个直辖市、23个省区的重要大中型城市，从软环境、硬环境两个维度，7个二级指标、35个三级指标着手，综合反映出一个城市对于投资创业、企业经营、吸引人才的综合支持程度。
龚强从美国学成归来，主要研究方向为区域创新与经济发展、政府财政与公共政策等。请问，你怎么看待上述现象？武汉在“芯产业”方面，都具备哪些优势？
龚强： 武汉“芯产业”具有来自高校与交通两个方面的增长动力和优势。
首先，武汉市高校资源集中、研究实力较强，有利于人才培养与产业集聚。武汉作为国家重要的科教基地，高校数量众多，科教综合实力不容小觑。其不仅拥有包括武汉大学、华中 科技 大学、中南 财经 政法大学等诸多名校，在校大学生人数亦超百万，位居全国甚至世界第一，能够为“芯产业”发展提供大量高精尖专业型人才。
第二，武汉市地理位置优越、工业基础雄厚，有利于人才输送与地区经济发展。武汉地处中部核心区域、交通便利，素有“九省通衢”的美称，每年向外输送几十万高校学生。此外，作为近代工商业的发源地之一，能够为“芯产业”发展奠定扎实的工业基础。
考虑城市环境与战略性新兴产业发展之间的关系，地区资源聚集程度会对其经济发展质量产生重要影响。一个地区充分整合其核心资源，便能够有效发挥其工业基础与人文底蕴的内部优势，进一步形成人才高地。反之，若地区无法合理聚集优势资源，则会造成人才洼地，不利于地区经济的综合发展。
因此，国家或区域间的竞争实际是政府执政能力的竞争。政府执政能力水平较高，会增强地区资源聚集程度，利于战略性新兴产业发展，进而显著提升地方经济发展质量。实际上，无论是技术发展还是人工智能，其背后依旧是人，依旧是高端人才的比拼，是人才之间的竞争。近年来，武汉市坚持人才优先，通过人才引进推动地区高质量发展，发展势态良好、经济增速迅猛，能够充分反映出湖北省与武汉市较为到位的发展和战略规划，并对新兴产业发展起到了有效的推动作用。
邓妍： 目前，在光谷，企业生态多样，新动能潜力十足，比如小米作为独角兽企业，已经是全球最大的IoT（Internet of Things）消费级物联网平台，在人工智能方面也积极布局。小米董事长雷军曾经表示：“人工智能时代的到来，给我们带来的超级机遇至少比移动互联网时代大一个数量级。”
作为小米集团人工智能实验室主任，王斌此前工作于中国科学院，主要从事自然语言处理和信息检索相关的科研工作，由学界进入产业界是一个不小的跨越。您如何看待中国在全球人工智能大潮中的定位以及发力方向？就武汉而言，能在这一领域发出怎样的声音？
小米集团人工智能实验室主任 王斌
王斌： 人工智能是中国进入世界强国的一个重要机会，和其他国家不太一样。比如说美国的人工智能战略可能偏国家安全，欧盟可能更偏隐私和安全。中国的人工智能其实是比较激进的，跟产业结合得非常紧密，以人工智能对产业改造升级，技术化是我们最主要的目标。在这个过程中，我觉得中国的定位非常准确。我们国家的发展战略是分三步走，首先跟世界同步，第二是在某些核心技术上领先，第三是成为世界人工智能的中心。
这几年人工智能很热，其中还伴随着其他的一些关键词，比如说物联网、智能制造，而武汉正好跟这两个词都非常相关，这对武汉来说是一个非常好的机会，其有可能走在国内甚至国际前列。
邓妍： 此次圆桌会议主题是“创新引领，培育壮大新动能”。据我们了解，目前武汉提出的口号是“芯片引领创新，面板拉动增长，端网支撑规模”。但无论是芯片还是面板，都属于高资金密集型、长投资周期型，且风险极大的产业，确实需要政府、企业、 社会 力量以最大力度和巨大勇气去介入，同时又需要面对因技术迭代带来的不确定性。
今天有来自两家光谷企业的代表。一家是接连三年入选光谷“瞪羚企业”的武汉慧联无限，武汉建成的100个平安智慧社区，1/3是由武汉慧联无限打造的；与武汉慧联无限一起进入德勤“2018光谷明日之星榜单”的，还有一家做芯片的企业—武汉芯泰 科技 有限公司。胡昱和夏光身处“芯产业”内核，你们如何看待这种风险与机遇的矛盾？
夏光： 我们企业是2010年创立的，理念是不跟随，就要做原创，就要做颠覆。我们坚持到今年已经是第十年，几乎是零营收，但是今年开始爆发式成长。现在我们已经可以给用户提供稳定的芯片，我们完全是自主知识产权，未来会给整个产业界带来一个非常大的惊喜。
武汉慧联无限 科技 有限公司联合创始人兼董事长 胡昱
胡昱： 慧联无限其实是做5G通信里面窄带这一块的通信核心技术。慧联作为本土企业发展了这么多年，对于新动能的体会也十分深刻，对比全国其他地区，在企业扶持方面，光谷做到了三个“专”。
第一，“专”为“人才”。光谷近些年在人才培养和人才引进上卓有成就。除了光谷本地有着大量的高校之外，光谷近些年也引进了大量如华为、小米这样的一流高新技术企业入驻，这些“大厂”企业和中小企业彼此之间形成了立体化的技术性人才梯队培养，这些人才储备对于企业的发展来说是非常重要的，对于光谷经济发展同样具有非常重大的意义。
第二，“专”为“生态链和产业链”。对于行业发展来说，无论芯片还是人工智能行业没有生产、集成和应用场景这些基本环节要素项目是没办法落地的，为什么美国的芯片做得比我们好？很大一部分原因是硅谷地区具备这样的立体化的产业链支持，目前相对国内其它地区来说光谷对于 科技 行业产业链的理解更为深刻，这为企业发展提供了根基和养分。
第三，“专”为“市场动能”。光谷地区由政府牵头引导企业发展的动能相对其他地区来说更“专”。政府自身就具备一些城市精细化建设的需求，光谷在项目中会优先为本土企业提供更多的磨合机会。企业在这种磨合的过程中，获得了对产品和方案的优化，这种经验是十分宝贵的。例如慧联在光谷理想城的智慧平安社区项目，通过在理想城项目中的反复试炼，现在“理想城”模式的智慧平安社区已在全国十多个城市落地了。政府从市场端点燃的星星之火可以给企业带来非常广阔的发展空间。
邓妍： 我注意到这样一组数据，2017年中国本土芯片产业产值在5000亿元人民币，进口2700亿美元。按计划，中国在2020年国内芯片自给率将达到40%，到2025年将达70%，简单计算下，即便是40%的取代率也高达7600亿元，相当于从2018年到2020年，中国芯片产值升至12600亿元，年复合增长率达36%。36%的数据意味着什么？可供参考的是，2003年至2012年中国房地产黄金时期，年复合增长率也才30%。
问题是，尽管中国芯片产业从设计到制造过去几年发展迅速，但在自主核心技术上仍然落后不少，特别在基站芯片、人工智能芯片上差距更大。在座的几位嘉宾如何看待这种差距以及缩短时间表？政府与企业又该如何扮演好各自角色，并相互借力？
王斌： 我们确实在核心技术上跟别人有比较大的差距，我们一直在缩短差距，投入也非常大。我觉得首先要正视差距，虽然我们论文专利非常多，但一些核心技术还比较缺乏。第二就是找到关键点去做，从政府的引导，到企业在市场上拼杀，这种十年磨一剑的精神是很必要的。我觉得未来拥有核心技术的创业者对我们国家非常重要。
胡昱： 美国的芯片类似高通，是从技术角度来定义一个标准从而推动应用市场发展，这是一种“美式”商业路径。在中国，商业路径更多的是从应用市场来推动技术发展。以人工智能为例，目前中国是全球最大的人工智能市场，包括国外的人工智能企业也纷纷瞄准国内市场。相对国外市场人工智能大都还停留在 游戏 等领域，国内已经逐步进入智慧城市管理范畴，由此可见国内城市化机器管理的应用场景是非常丰富的，市场也是十分广阔的。
同时，企业对各自领域输出行业规范和标准也十分重要。例如，国外的高通和国内的华为都是在各自领域中对行业进行了定义和规范、标准的输出。慧联就多次参与了窄带物联网行业规范的制定。
武汉芯泰 科技 有限公司董事长 夏光
中南 财经 政法大学文澜学院院长 龚强
龚强： 当前经济发展过程中存在一种误解，认为 科技 发展纯粹靠 科技 。然而事实上，与 科技 相比，核心与创造才是 科技 发展的关键。以苹果公司为例，苹果公司产品的火爆不仅由于先进技术的运用，主要原因在于其更具核心竞争力，即独特的设计与创新的理念。
同时，近期的贸易战亦为我们敲响了警钟：没有核心与创造性的东西，会导致一国或地区处于被动的地位。只是一味地对外加工与代工，会造成地区竞争力地丧失。只有不断提升核心竞争力，才能使企业具有更加广阔的发展前景和 社会 价值。
邓妍： 作为《中国城市综合实力排行榜》上仅次于北上广深的“中国第五城”，武汉在全球城市经济竞争力中排名全球40位、中国第7位，并被认为是“中国创投20年最具潜力城市”。今年一季度，武汉GDP同比增长84%，增速高于全国两个百分点。可以看出，武汉的新动能正在加快集聚，高质量发展潜力巨大。
道德经里有一句话：“胜人者有力，自胜者强。”此时此刻，这句话可资共勉。我们期待武汉这座因创新不断释放发展新动能的火热城市，不断发生“芯”的变化！
LoRaLoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。
LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位，重要性不言而喻。值得注意的是，目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商，掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种，一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司；二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商，包括微芯 科技 （Microchip）等。
Wi-Fi
Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。
大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac，速度甚至可以超过13Gb/s。
一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段， 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围，但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。
80211ah 的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中使用24个子载波，在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露，它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。
针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s，不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee
ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。
虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达254个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。
ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事？举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。
NB-IoT
窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。
蓝牙50
蓝牙是一种无线传输技术，理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品，且能带来更高速、更远传输距离的优势。
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