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。

物联网就是物物相连的互联网。

这有两层意思：

其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；

其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。

物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

物联网的应用：

1、智能交通。物联网技术在道路交通方面的应用比较成熟。随着社会车辆越来越普及，交通拥堵甚至瘫痪已成为城市的一大问题。对道路交通状况实时监控并将信息及时传递给驾驶人，让驾驶人及时作出出行调整，有效缓解了交通压力。

2、智能家居。智能家居就是物联网在家庭中的基础应用，随着宽带业务的普及，智能家居产品涉及到方方面面。 家中无人，可利用手机等产品客户端远程 *** 作智能空调，调节室温。

3、公共安全。近年来全球气候异常情况频发，灾害的突发性和危害性进一步加大，网可以实时监测环境的不安全性，情况提前预防、实时预警、及时采取应对措施，降低灾害对人类生命财产的威胁。

引言：随着社会的发展，国家的经济越来越好，人们的生活水平也随之提高，开始追求越来越舒适的生活质量，因此，越来越多的家庭新装修时都会选择智能家居。智能家居通俗来讲就是家居自动化，也是科技产品融入家庭的一种体现，它使得我们的家居生活越来越便捷，所以深受当代年轻人的喜爱。下面小编就来讲一讲物联网智能家居和传统智能家居的区别。

一、物联网智能家居和传统智能家居

物联网智能家居，指的是家庭住宅为平台，利用专业技术，将各种与家居生活有关的设施结合到一起构建一个高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，它能保证家居的便利性，舒适性，艺术性，还能提升家居的安全性，主要是为了实现环保节能的居住环境。而传统的智能家居主要是认为一些家用器具带来的生活品质上的提升。

二、传统智能家居和物联网智能家居的区别

传统的智能家居是一个一个单独的个体，例如家庭中的各种电器，智能冰箱、智能空调或者是智能电视等。它们由于作用不一样，所以都是独立工作的。从整体上来看，它们不是一个整体，而是一个零散的、混乱的碎片。而作为主人，在管理这群电器时，消耗的成本通常都比较高。而随着无线物联网技术的出现，终于将这些单独的智能家居个体整合在一起，形成一个完整的系统，主人管理起来就会十分的轻松、方便并且有趣。

三、物联网智能家居的管理方式

读到这里可能有些朋友就产生了疑惑，我该怎么使用物联网来控制家庭里的智能家居吗？目前市场上存在的智能家居控制技术主要是通过有线方式和无线方式来进行的。其中有线方式确定比较突出，于是就没有推行开来。现在大家管理智能家居普遍运用的是无线方式，可以通过蓝牙、WiFi、315M/433M等来管理智能家居。

比较好的lora联网锁品牌有恒众鑫锁业、凯迪仕、德施曼、VOC、樱花等。

1、恒众鑫锁业

有8年物联网经验的恒众鑫的物联网智能锁可称是行业大品牌。还打造有线上物联网智能锁租房平台，是一家最有实力的物联网企业。

2、凯迪仕

广告做得好，还请有代言人，实力也可以。深圳市凯迪仕智能科技股份有限公司是一家专注于智能锁领域，主要经营智能门锁、指纹锁、指纹锁品牌等产品的智能锁厂家。

3、德施曼

在做锁方面做得很用功，产品质量还可以，有一定实力。德施曼指纹锁是由德施曼机电（中国）有限公司生产的产品，采用后包豪斯主义风格享誉欧洲。

4、VOC

用起来还可以，锁很有特点，实力还算可以吧。VOC，中国智能门锁品牌。“VOC”取“客户之声”（Voice Of Customer）之意，倾听用户的心声，成为用户的需要。

5、樱花

是一家有实力的企业，品质各方面也有一定实力。是一家集设计、研发、生产、销售于一体的智能锁全产业链企业。

物联网的三大智能属性包括数据感知、智能分析和智能决策。其中数据感知是指传感器、节点等设备对实物世界的信息进行感知，通过物联网传输数据到云端，而智能分析能够对传来的海量数据进行深度分析，并从中提取出有价值的信息；智能决策则是在分析好数据的基础上进行智能决策，将决策的结果通过物联网传送到相关的终端设备上，从而实现智能化的控制和 *** 作，实现更高效、便捷的生产和生活。这三大智能属性使得物联网在工业制造、物流配送、城市管理等多个领域中备受重视和应用。

物联网是互联网基础上的延伸和扩展的网络。
将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。
物联网的应用领域涉及到方方面面，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等基础设施领域的应用，有效推动了智能化发展，使得有限的资源更加合理的使用分配，从而提高了行业效率、效益。在家居、医疗健康、教育、金融与服务业、旅游业等与生活息息相关的领域的应用，从服务范围、服务方式到服务的质量等方面都有了极大的改进，大大提高了人们的生活质量。

物联网产业迎来重磅政策。近日，工业和信息化部等八部门联合印发《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021-2023年)》(下称《行动计划》)。机构分析，5G将驱动物联网成为新一轮 科技 与产业变革的核心动力，看好物联网各大细分赛道投资机会，尤其是消费级市场成长可期。

政策发力万亿物联网市场

AIoT大时代来临

此次发布的《行动计划》明确，到2023年底，在国内主要城市初步建成物联网新型基础设施；推动10家物联网企业成长为产值过百亿元、能带动中小企业融通发展的龙头企业；支持发展一批专精特新“小巨人”企业；物联网连接数突破20亿个；完成40项以上国家标准或行业标准制修订。推进物联网新型基础设施规模化部署是下一步重点。工业和信息化部 科技 司相关负责人表示，将在 社会 治理、行业应用、民生消费三大领域重点推进12个行业的物联网部署。

信达证券点评称，《行动计划》明确四大行动目标，定性与定量齐登场，计划落地决心强。在智能革命推动下，以智能家居、智能安防、智能穿戴、智能网联 汽车 等为代表的AIoT(人工智能物联网)新应用有望相继爆发，智能革命将开启AIoT大时代，AIoT赛道具备“高确定性+高成长性”，物联网成长空间大且可持续性强，看好物联网各大细分赛道投资机会。

“当前5G通讯网络已大规模铺设，大数据云计算等万物互联的基础设施开始具备，整个物联网产业链将迎来大爆发，一场基于万物互联的智能革命就在眼前。”国信证券如是分析。

中信证券也认为，5G将驱动物联网成为新一轮 科技 与产业变革的核心动力。连接技术迭代进步、产业政策持续驱动、下游场景需求井喷式爆发驱动物联网连接数高速增长。据IoT Analtytics预测，2025年全球物联网设备连接数将至少达到250亿个，中国物联网连接规模将在2022年达到70亿个。据GMSA预测，2025年全球物联网产业规模达11万亿美元；IDC预计中国物联网支出占全球比重将达到267%(约3000亿美元)，位居全球首位。

从二级市场表现来看，物联网概念股年内表现抢眼，合计市值近5万亿元，多只个股年内涨幅明显，国民技术、国科微、上海贝岭、全志 科技 等个股年内涨幅均超100%。

基金加大持仓配置

机构看好消费级AIoT

年内，机构频频前往物联网概念的公司调研。同花顺数据显示，物联网板块中颖电子、海康威视等十几家公司年内受到机构调研超10次，海康威视受到超千家机构调研，中科创达、兆易创新等5家公司受机构调研家数超500家。

中金公司认为，在物联网连接数上升、硬件与场景双线驱动等因素影响下，新的消费电子创新拐点即将到来，消费级物联网有望引领新一轮的消费电子创新浪潮。尤其是“场景智能”方面，智能 汽车 有望成为AIoT时代的下一个热门终端应用。

产业结构层面，通信模组被机构普遍看好。中信证券称，在物联网连接数爆发、产业政策持续加码、网络连接技术迭代和应用场景需求爆发等驱动因素下，物联网模组行业有望迎来“量价齐升”阶段。预计2025年全球蜂窝通信模组出货超9亿片，对应千亿元级别市场空间。华创证券也认为，未来5G模组、车载模组等市场需求有望持续释放，相关产业链公司营收及利润端有望延续高速增长态势。应用层方面，中信证券认为，多应用场景将刺激需求爆发，除了 汽车 网联领域，万物智联领域，双碳目标下智能电网是必经之路。电网万亿元级别投资规模将逐步向配电侧和用电侧倾斜，包括智能电表在内的各类电力智能终端出货量将高速增长。

上市公司也在积极加快物联网相关布局。工信部数据显示，截至8月末，三大运营商发展蜂窝物联网终端用户133亿户，比上年末净增19亿户。华为、百度、小米等 科技 巨头早已布局AIoT，持续拓展可穿戴设备和智能 汽车 等消费级物联网品类，并在生态方面不断发力，尤其鸿蒙系统的发布，更加快了物联网生态构建。通信模组方面，移远通信、广和通分别采取“份额优先，规模为王”策略和“深耕高价值场景”策略，加大全球范围博弈。

---