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。

从技术创新到公共领域应用，AI明星企业科大讯飞(002230SZ)开始加速进入消费端。

“2019年是人工智能应用价值的兑现年。第三次人工智能浪潮基于深度神经网络相关应用落地，2019年开始，红利真的已经到来。”5月21日，科大讯飞董事长刘庆峰在上海做出上述论断，现场响起掌声一片。

刘庆峰的判断并非空穴来风。麦肯锡报告预测，AIoT市场的经济价值在2025年前有望达到11万亿美元，硬件市场规模在2020年将达到530亿美元，这无疑是下一个行业制高点。

如何抢先兑现人工智能的红利，这一次科大讯飞决定抢攻消费者市场。日前科大讯飞一口气发布，包括讯飞翻译机30、讯飞智能录音笔、智能办公本等在内的5款硬件新产品，以及全新的智能物联网 *** 作系统iFLYOS 20。

值得注意的是，5款新品中有4款直接针对C端。在业内人士看来，此举意味着科大讯飞开始将注意力从教育、司法等领域扩展至消费者领域，在人工智能的风口抢先兑现红利。

C端发力

此番科大讯飞发布了讯飞翻译机30、讯飞智能录音笔、讯飞智能办公本、讯飞转写机、讯飞学习机等5款硬件产品，针对C端用户的办公、学习等不同场景。

这次新品发布的主题也被确定为，“你的世界，因AI而能”，科大讯飞轮值总裁胡郁则更近一步，“你的沟通、办公、学习和未来因AI而能”，毫不掩饰科大讯飞在C端的企图心，更强调技术与用户日常生活的联结。

作为科大讯飞的明星产品，讯飞翻译机此次升级到30版本。据科大讯飞介绍，在上一代性能优势基础上对软硬件进行技术创新升级，翻译速度达到“05秒闪译”，实现清楚拾音、响亮外放和智能识别多音多义词，打造“听得清才能译得准，源头创新保障翻译”的准确翻译效果。除此之外，讯飞翻译机30实现金融、医疗、外贸、计算机、法律、 体育 、能源七大领域的AI行业翻译。新增了多个翻译语种，包括普通话与维语、藏语的即时互译，以及支持老挝、波斯、乌尔都语等“一带一路”沿线国家的语言翻译，此外还支持粤语、四川话、东北话、河南话四大方言与英语的互译，整体支持语言覆盖到近200个国家和地区。

讯飞智能办公本，采用智能语音技术解决了手写记录不全的问题，记录关键信息，实现1秒录音成文。为解决搜索难的问题，智能办公本还可以使用语音搜索找到所需要的笔记、录音及转写文本等。值得一提的是，通过和云端的结合，还可以实现“接力编辑”—— 也就是在办公本上自动录制完成的笔记，可以在电脑上用Word打开排版、修改、分享。

在利用AI学习方面，讯飞学习机能为学生综合提升英语的听说读写能力，提供一对一的AI口语陪练，纠正发音等问题。

讯飞转写机是一体化的专业语音转文字设备，面向会议、培训、讲座等场景。可实现实时转写、纯离线识别、识别内容翻译成英文投屏展示，同时可为视频会议实时生成配套字幕输出，会议、演讲结束后可自动生成二维码回看PPT、文稿和录音。

刘庆峰在现场对转写机进行了现场演绎，他刚刚做完30分钟的主题演讲，远在四百公里之外的安徽合肥总部，讯飞的同事举起手机扫了一下二维码，借助讯飞转写机，数十张PPT和演讲“干货”全文马上呈现眼前。

iFLYOS 20开放核心技能

除了硬件向C端拓展，科大讯飞继续推进 *** 作系统。iFLYOS 20重磅发布，开放超200项核心技能。

2018 年讯飞开放平台相继发布了人机交互界面 AIUI30和iFLYOS形成端到端解决方案和实现路径。到全新升级的iFLYOS 20将AIUI与iFLYOS融合为一体，打造出以语音为主要交互形式，以智能硬件为载体，融合云端与终端的AI Agent(智能物联网 *** 作系统)。

据科大讯飞轮值总裁胡郁介绍，它具备“人性化交互”“深度自定义”“端到端集成”“高效率开发”四大特点，一方面为开发者提供高度集成的软硬一体化智能硬件解决方案和强大的集成开发环境;另外一方面，也能为消费者提供流畅的交互体验和多样的场景服务。

几个值得注意的亮点包括，全新iFLYOS官方提供了超过200个技能，更联手包括腾讯音乐 娱乐 集团、喜马拉雅在内的100余家内容服务合作方;开放度进一步提升、满足开发者自定义需求：除了直接使用iFLYOS用户体系，企业级开发者可以选择使用自己的用户体系;利用技能工作室，开发者可以集成自己的各种服务，实现自定义语义服务; 在唤醒词、发音人、GUI等方面，开发者都能将自己的品牌元素融合——让开发者完全能在iFLYOS的基础上开发一个属于自己的智能硬件 *** 作系统。

如果说通过技术创新的硬件突围是科大讯飞的一条腿， *** 作系统则是在人工智能赛道上竞争的另一条腿。无论在PC、移动端还是当下的人工智能领域， *** 作系统始终是巨头争夺的焦点。在业内人士看来，硬件争夺市场，底层 *** 作系统则关于巨头生存更长远的未来，因此开放至关重要。

在此轮 *** 作系统的升级中，科大讯飞延续了开放基因，尝试吸引更多开发者。为了让开发者能低门槛地使用iFLYOS，iFLYOS 基础版内不论针对个人开发者或是企业开发者都是免费的。针对需要更高赋能的企业级别产品，科大讯飞推出iFLYOS 专业版，它不单包含iFLYOS 基础版的所有能力，还包括讯飞麦克风阵列、精品的内容包和自定账户体系、自定义唤醒词等定制开发。

AI红利已来

谈到判断AI技术价值能否兑现，科大讯飞董事长刘庆峰给出了三个标准：是否有真实可见的实际应用案例、能规模化应用的核心产品、能够统计数据的应用成效。

刘庆峰举例，此前科大讯飞与司法、医疗和教育等行业结合都有了成熟的解决方案。以教育领域为例，人工智能推动因材施教，让每个孩子获得更精准的教学，让因材施教落到实处。

不过从此番硬件产品的发布，科大讯飞显然有意从原有的B端技术提供商，更多探向消费端，加速兑现人工智能的红利。胡郁将公司的创新能力总结为三个层面：一是源头核心技术、系统创新的能力;其次是产品创新能力;第三个层面则是商业模式的创新。“能够为企业真正创造价值的是你能不能在C端形成你的用户认知。”

在胡郁看来发力C端是一个自然而然的过程。“我们做C端，一方面是因为利润空间和广泛的市场规模。另一方面，我们发现当你想把技术最好的一面展现给用户时，这成了你不得不去做的事情。就像讯飞的语音听写技术，如果你不把录音笔、办公本等东西做出来，你就不能够保证用户最后使用的这个产品是技术的完美体验。”

公司简介：瑞诺信息技术有限公司，成立于2008年，是一群射频爱好者组成的电子公司，地点在广东深圳。当初专门从事设计和制造的无线连接解决方案，其中包括紧凑的短距离射频模块，无线智能的数据链路以及家庭自动化和自动抄表解决方案。我们已经成为低功耗ISM波段的产品在国内的领先供应商之一。产品的特点在于：高品质，高性价比和易于集成。产品频段主要集中在国内外免许可的ISM频段：169/433/470/868/915 MHz和24G）。 我们提供嵌入式无线收发器，嵌入式无线模块，工业无线调制解调器，无线计量适配器，USF射频棒，智能数据采集系统、智能家居云数据的传输系统，天线和定制的电子解决方案。
公司理念
科技现代的社会，信息的大量交互传输，需要通过无线方式的传输，人类对生活质量的要求越来越来高，人们身边的产品和服务都慢慢变得越来越智能，越来越环保，公司基于提升人类生活质量，构建和谐环境，实现智能生活、智能科技、智能人生的目标奋斗、努力。
RF标准
蓝牙20 /40（低能），ZigBee / IEEE802154，ZigBee智能能源，无线M-Bus，FCC，GSM / GPRS。
应用领域
瑞恩无线射频产品被用于各种工控业，例如油田、矿井数据传输，无线智能计量，智能家居，传感器网络，环境监测，智能访问控制，医疗保健以及家庭/楼宇自动化等领域。
SPI模块系列
一、高抗干扰性无线SPI接口模块RON1363（关键字:SI4463模块，微功耗模块，3KM远距离模块、无线模块，无线组网模块）
产品介绍：基于SILABS的SI4463开发的SPI接口模块，具有高功率，高灵敏度的RF模块，模块带有2mm标准接口，对于嵌入式设备和二次开发非常方便，模块是贴片式邮票孔，方便客户贴片和测试评估。
产品特点：
发射功率：100mW（20dbm）；
接收灵敏度：-124dbm（500bps/1875K/Dev）；
发射电流：90-120mA；
接收电流：14mA，
自带AFC；
64byte FIFO TXRX；
调制模式：ASK/FSK/GFSK
国内ISM频段免费使用
产品尺寸：1616CM
信道抑制：58dbm
SPI接口
空旷地传输距离：3200米（12K速率，5k Dev 15k BW）
应用市场：
1) 远程遥控和远程数据采集系统
2) 无线抄表（水表、电表、气表）
3) 无线点菜机
4) 工业数据采集、传输、智能控制系统
5) 无线报警系统
6) 智能家具系统
7) 婴儿监控系统/医院寻呼系统
8) 油田、矿区、工地、工厂等原有485/232接口系统
9) 无线小数据传输系统
二、高抗干扰性无线SPI接口模块RON1338（关键字:SI4438模块，微功耗模块，24KM远距离模块、无线模块，无线组网模块）
产品介绍：基于SILABS的SI4438开发的SPI接口模块，具有高功率，高灵敏度的RF模块，模块带有2mm标准接口，对于嵌入式设备和二次开发非常方便，模块是贴片式邮票孔，方便客户贴片和测试评估。
产品特点：
发射功率：100mW（20dbm）；
接收灵敏度：-120dbm（500bps/1875K/Dev）；
发射电流：90-115mA；
接收电流：13mA，
自带AFC；
64byte FIFO TXRX；
调制模式：ASK/FSK/GFSK
国内ISM频段免费使用
产品尺寸：1414CM
信道抑制：56dbm
SPI接口
空旷地传输距离：2400米（12K速率，5k Dev 15k BW）
应用市场：
1) 远程遥控和远程数据采集系统
2) 无线抄表（水表、电表、气表）
3) 无线点菜机
4) 工业数据采集、传输、智能控制系统
5) 无线报警系统
6) 智能家具系统
7) 婴儿监控系统/医院寻呼系统
8) 油田、矿区、工地、工厂等原有485/232接口系统
9) 无线小数据传输系统
三、 高抗干扰性无线SPI接口模块RON1343（关键字:AX5043SPI接口模块，微功耗模块，5KM远距离模块、无线模块，无线组网模块）
产品介绍：基于AXSEM的AX5043开发的SPI接口模块，具有高灵敏度、低功耗的RF模块，模块带有127mm标准接口，
工作频率：433-510MHz（70-1050、868、915MHz可以定制）
发射功率：50mW（17dbm）；
接收灵敏度：-132dbm（600bps/05K/Dev，FEC打开）；
发射电流：51-54mA；
接收电流：72mA，
自带AFC；
256byte FIFO TXRX；
调制模式：ASK/FSK/GFSK
国内ISM频段免费使用
产品尺寸：15515CM
信道抑制：54dbm
SPI接口
空旷地传输距离：5000米（12K速率，10k Dev 22k BW）
应用市场：
1) 远程遥控和远程数据采集系统
2) 无线抄表（水表、电表、气表）
3) 无线点菜机
4) 工业数据采集、传输、智能控制系统
5) 无线报警系统
6) 智能家具系统
7) 婴儿监控系统/医院寻呼系统
8) 油田、矿区、工地、工厂等原有485/232接口系统
9) 无线小数据传输系统

国瑞科技是一家专注于智能科技研发的高新技术企业，主要提供智能硬件、智能软件、智能服务等产品和服务。国瑞科技拥有专业的技术团队，专注于智能科技的研发，致力于为客户提供最优质的智能科技解决方案。
国瑞科技提供的智能软件包括：智能家居系统、智能安防系统、智能客服系统、智能物联网系统等。智能家居系统可以实现家庭环境的智能化管理，智能安防系统可以实现安全监控，智能客服系统可以实现客户服务的智能化，智能物联网系统可以实现物联网设备的智能化管理。
国瑞科技拥有多年的智能科技研发经验，为客户提供了完整的智能软件解决方案，可以满足客户的各种需求。国瑞科技的智能软件可以帮助客户提高工作效率，提升客户服务水平，提高安全性，提升客户体验，实现智能化管理。

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