物联网中的关键组件有哪些?

物联网中的关键组件有哪些?,第1张

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。


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