第一、智能路灯控制系统的主要功能
智能路灯控制系统包含智能控制器和可变电抗器，智能控制器主要负责对传感器传输的信号进行计算处理，而可变电抗器主要负责接受控制系统的指令，实施控制程序。
整个控制系统安装有智能控制芯片，能够即时地采集输入和输出的电压数值并与最佳的照明参数相互比对，并通过可变电抗来对其实施调节。
第二、智能路灯控制系统的应用优势
智能路灯控制系统的广泛运用，能够极大地统筹电力资源，使有限的电力资源能够充分地利用在最关键的时段和工况，还能够阻抗市政电路电压的波动，而且智能路灯的局域网系统，使得区域智能路灯管理员能够对辖区内的所有路灯实施精细化的控制，这对于电能管理水平和区域的照明管理水平都是一个本质的跃升。
第三、智能路灯控制系统的控制元件是可变电抗
：
一、单灯控制器的运作过程。
杭州叁仟智慧城市科技有限公司是一家长期致力于创新开发、生产销售智慧路灯物联网系统和单灯控制器系统等产品的品牌电气公司，其所生产的产品质量优等、可靠性高被广泛应用于城市街道路灯、智慧园区、景区、未来小区等常见地区。单灯控制器运作过程是对路灯不同的功能区域化分类、按模块输入控制程序、控制内容数字化显现从而实现整体平台的完美运作。
二、单灯控制器的运作原理。 路灯控制系统的运作主要基于三大模块的相互协调作用：
其一，主中枢- 监控中心电脑上的路灯控制软件，发布各种指令如何时开灯，何时关灯，碰到特殊意外状况如何反应等;
其二，对接单个单灯控制器的集中控制主机，通过各条线路反馈的问题实现不同命令的传达;
其三，路灯节电控制器终端，主要安装在路灯周边，用于接收来自控制主机的命令，及时执行开关灯命令或者输出电压的升高与降低，起宏观调配作用。 不同的集合芯片对成品的路灯控制系统有不同的影响，有些是基于单片机的控制系统、有些是GSM无线移动通信网络的控制、有些是基于GPRS/CDMA\NB-IOT移动通讯网络来控制路灯，不管是哪个系统都是在不断的创新发展研究中，希望能结合不同的技术生产出更加强大的单灯控制器。
智能路灯杆会集合了监控摄像头、4G微基站、多媒体信息屏、安全报警、新能源汽车充电桩以及公共广播、无线Wi-Fi等硬件功能，通过先进的信息感知技术、数据通信传输技术计算机处理技术，将采集到的数据和信息传输到“智慧照明软件系统平台”，实现大数据交互环境下的智能照明、智慧交通、无线城市、信息发布等智慧城市管理核心功能。
国内省市加快布局智慧路灯项目
智慧路灯作为2015年才出现，2016年才开始实现商用的新兴事物，目前该行业在国内发展处于起步阶段。在我国，由于基础建设仍有较大空间，很多新区仍在建设阶段，在最开始的道路规划阶段，就已为智慧路灯留下发展空间，近来来，智慧路灯在各个地区应用项目越来越多；部分老城区也有安装智慧路灯的案例，但由于涉及线路改造，目前应用较少。
截止2018年9月底，已有超过25个省份/直辖市开展智慧路灯项目，包括北京、上海、深圳、天津、重庆、江苏、福建等地区。
智慧路灯在推广过程中也存在不少问题，例如，路灯故障反馈不及时，解决不彻底，后期维护和收集数据效率低，实施部门和维护部门沟通协作效率低，替代性较差等问题。
5G网络与物联网推广为智慧路灯发展契机
5G网络与3G、4G网络有较大的不同，除了满足以往的增强型移动宽带场景外，还增加了低延时通信和海量机器通信两个场景。也就是说，5G网络除了提高人与人的通信速度外，还要满足通信所需要的低延时和高密度的性能。由于5G使用的频率高于4G，虽然提高了传输速度，但是信号传输的距离变短，因此单位面积内基站的需求量提高。
想对比宏基站，小基站具备体积功耗小，集成度高，部署便捷等优点，因此，5G时代将会催生小基站巨大需求。小基站的安装方式主要有三种：抱杆安装、楼面安装、地面安装。智慧路灯上安装小基站为最可行的抱杆安装方式之一，将会催生智慧路灯大量需求。
目前物联网已经广泛应用于智能停车、智慧城市、智能生产、智能家居等领域，物联网的发展，将使智慧路灯“更加智慧”。利用物联网无线通信技术，通过物联网，所有的智慧路灯形成一张相互联结的巨大网络，通过软件平台对各个路灯上传的大数据进行整理和分布式处理，实现城市全方位的实时管理。，
——更多数据参考前瞻产业研究院发布的《中国路灯道路照明灯行业市场前瞻与投资规划分析报告》。
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。
智能路灯是应用先进、高效、可靠的电力线载波通信技术和无线GPRS/CDMA通信技术，实现路灯远程集中控制和管理的路灯。智能路灯具有根据交通流量自动调节亮度、远程照明控制、主动故障报警、灯线防盗、远程抄表等功能，可大大节约电力资源，提高公共照明管理水平，节约维护成本。智能路灯是智慧城市的重要组成部分。
社会习惯于把科学和技术联系在一起，简称科技。实际上，它们密切相关，有着重要的区别。科学解决理论问题，技术解决实际问题。科学要解决的问题是发现自然界中事实与现象之间的关系，建立起联系事实与现象的理论；技术任务是将科学成果应用于实际问题。科学主要研究未知领域，其进展尤其是重大突破是不可预测的；技术工作在一个相对成熟的领域，可以做出更准确的规划。
它应用城市传感器、电力线载波/ZIGBEE通信技术和无线GPRS/CDMA通信技术，将城市中的路灯串联起来，形成物联网，实现对路灯的远程集中控制和管理，具有根据交通流量自动调节亮度、远程照明控制和主动故障报警等功能。可以有效控制能耗，利用太阳能大大节约电力资源，提高公共照明管理水平，降低维护管理成本，使城市道路照明“智慧化”。智慧就是利用信息通信技术，感知、分析、整合城市运行核心系统的关键信息，从而智能响应包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商活动在内的各种需求。
智能路灯是智能杆的一部分。智能杆的功能包括:森林防火监测、治安监测、道路交通监测、应急报警、应急中心对外联络及广播、广告广播、照明、景观灯、灯光秀、红绿灯、环境检测、气象站检测、温湿度检测、4G/5G通信等诸多功能。上述功能设备可以是可选的。智慧棒壁厚大，强度高，可安装4G/5G等设备供电。与普通灯杆相比，4G/5G通信等重型设备以及需要24小时供电的设备，由于墙体较薄，白天没有电，无法安装。智能棒的监控系统为无线监控，无需拉线即可输入或存储。
随着智慧城市建设的全面展开。智慧的灯杆的对于5G技术的渴望也在逐步提升。智慧灯杆既是智慧城市的载体也是5G微基站的载体，随着5G网络技术即将大规模的商用智慧路灯的建设无疑迎来了发展时刻。推进智慧城市建设和建设智慧社区智慧灯杆有着重大意义，智慧灯杆是公共基建的基础设施，搭载了很多高精尖设备，不仅搭载这智慧照明，还将成为城市的“大脑”“眼睛”和“耳朵”。巨擘科技智慧灯杆搭载了智慧照明系统、WIFI、环境监测、视频监控、一键呼叫、5G微基站、汽车充电桩、LED显示屏等高端采集设实现信息发布、信息传输、远程控制、安防监控等。为打造绿色环保科技的智慧城市。智慧路灯给人们带来了很多好处。它集成了各种功能，可以满足不同人群的需求，比如智慧路灯的智慧照明功能，可以远程调光，按需照明，智能调节亮度，自动监测状态，这样可以节省资源，保证资源不浪费，从而节能减排，让城市更加绿色化。再比如环境气象监测功能，可以对空气质量、温湿度、PM25、PM10、噪声、光照度进行实时采集，这可以给予城市相关部门以实时监管，提出改善措施，提升环境质量水平。另外，智能路灯搭载的智能充电桩可以让新能源汽车充电更方便，给大家带来便利。
专家表示：智慧路灯杆是智慧城市的重要组成部分，它是通过目前先进的通信技术和无线通信技术，将城市的路灯串联起来，然后，形成物联网，实现对路灯的远程集中控制与管理。
由于智慧路灯杆智能化程度很高，功能十分的强大，实现了“一杆多用”，所以，智慧路灯杆可以做到根据车流量自动调节亮度、远程照明控制等，并且，还能够实现故障自动报警，能够大幅度的节省成本。
并且，智慧路灯杆可以有效的控制能源消耗，大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，降低维护和管理成本，当然，不仅是这样，还能够充当新能源汽车充电桩、5G基站、视频监控杆来使用，让城市能够变得更加的美化，同时，智慧程度也变得更高。
智慧路灯杆
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