近些年，随着国民经济的快速发展，特别是地产行业的高歌猛进，国内智能照明行业迅速发展，各类智能照明产品纷纷面世。
与传统照明相比，智能照明可达到安全、节能、舒适、高效的目的，因此智能照明在家居领域、办公领域、商务领域及公共设施领域均有较好发展前景。
据前瞻产业研究院《中国智能照明行业发展前景与投资战略规划分析报告》数据显示，随着技术、产品的成熟和相关概念的普及，智能照明市场增长迅速。2017年我国智能照明市场规模约260亿元，同比增长82%。
智能照明利用物联网技术、有线/无线通讯技术、电力载波通讯技术、嵌入式计算机智能化信息处理，以及节能控制等技术组成的分布式照明控制系统，来实现对照明设备的智能化控制。
目前，在LED通用照明领域竞争激烈，行业呈现强者愈强，大者恒大的局面。大厂之间进行价格战，替代市场增长放缓，不少中小企业为了避免与大企业进行正面交锋，开始转向LED照明利基细分市场，挖掘高附加值的市场。当前，智能照明、景观照明、植物照明、LED汽车照明等细分领域都值得关注，尤其是智能照明市场前景广阔。
智能照明在家居领域、办公领域、商务领域及公共设施领域均有较好发展前景。目前，中国智能照明市场并未成熟，智能照明的应用领域还主要集中在商务领域和公共设施领域，酒店、会展场馆、市政工程、道路交通领域内对智能照明的采纳使用较多此外，办公建筑和高端别墅项目也有采用智能照明。随着国内智能照明研发生产技术的发展和产品推广力度的加大，家居领域的智能照明应用有望得以普及。
从应用领域来看，工商业照明为最大的应用领域，其次为家居照明、户外照明，公共照明占比最小。其中，家居照明与智慧照明相互促进，共同发展，看好智慧照明在住宅领域的增长。
首先，灯杆大家应该都很好理解，大概会立刻想到道路两旁的高高的路灯。所谓“智慧”就是人与物产生互动，双向深入交流反馈的一个过程，是一种依托感知到的信息自动生成解决方案的能力。从“照明1.0”到“智慧照明2.0”
作为灯杆，最基础的功能应该就是作为“照明”的载体，而联系到“智慧化”，那么灯杆可以实现的照明升级功能主要就有：
（1）智能调节照明亮度及时长以节约能源；
（2）自动上报设施异常、故障情况至管理人员，降低巡检维护成本。
从“辅助交通”到“智慧交通”
传统灯杆作为道路照明的载体，起着“辅助交通”的作用，而鉴于灯杆本身具有点位多、距离道路车辆近的特点，可考虑使用灯杆对道路和车辆等信息进行采集并管理，实现“智慧交通”的功能。具体地，如：
可通过检测器实时采集传递交通状态信息（车流量、拥堵程度）、道路运行情况（是否积水、有无故障等），进行交通控制及路况统计等；
可挂载高位摄像头作为电子警察识别超速违停等各类违章违法行为；
此外，还可结合车牌识别构建智能停车场景。
“灯杆”+“通信”
灯杆作为分布最广、最密集的市政设施（路灯杆间距一般不超过灯杆高度的3倍，约在20~30米左右），具备作为通信连接点的天然优势，可考虑以灯杆作为载体，设立信息基础设施。具体地，可通过无线或有线的方式对外延伸，提供多种功能服务，包括无线基站、物联网loT、边缘计算、公共WIFI、光传输等。
其中，提到无线基站，就不得不提到5G。与4G相比，5G的频率较高、真空损耗较多、传输距离较短、穿透能力较弱，需要增加的补盲点远高于4G。因此，5G组网需要宏站广覆盖加热点区域小站扩容和补盲，而灯杆的密集度、挂载高度、精准坐标、完整供电等特点完美契合5G微站的组网需求。以《武汉市5G基站规划建设实施方案》为例，武汉5G微站有84%规划挂载在灯杆上。
“灯杆”+“供备电”
毋庸置疑，灯杆自身是可传输电力的，因此很容易想到的是灯杆可以外加供备电功能，包括充电桩、USB接口充电、信号灯等，另还可考虑搭载太阳能板或风力发电设备，实现城市绿色能源。
“灯杆”+“安全环保”
如前所述，灯杆分布十分广泛，另其分布区域也有特点，多设在公路、街道、公园等人口密集处。因此，若在杆体上部署摄像头、紧急求助按钮、气象环境监测点等，则可通过远程系统或云端平台有效识别威胁公共安全的危险因素实现一键报警、向环保部门提供实时采集的环境大数据作为环境综合服务中的关键一环。
结合上述内容，简单地来看，实现了智慧化的灯杆（“智慧灯杆”）其实就是在传统灯杆的基础上集成智慧照明、各类感知设备、微基站、WIFI、城市检测、充电桩等多种功能而合一体的智能的新型公共基础设施。
厦门巨擘科技在智慧照明领域集生产、研发、销售于一体的创新型高科技企业，主营智慧路灯（智慧灯杆+智慧共杆+多功能合杆）和智能照明（路灯控制器+单灯控制器+集中控制器+智慧盒子）等软硬件系统的研发生产，可为智慧物联、智慧城市等提供智慧路灯一系列物联网解决方案。
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
1.1 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 22.5mm*26.5mm*2.7mm，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 。
1.2 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。
1.3 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。
2.1 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3.3V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3.3V，通过调整R1000和R1007阻值调整VBAT输出的大小。
2.2 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
2.3 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
4.1 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。
4.2 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。
4.3 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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