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。

Internet of Lamp (IOL), “灯联网”顾名思义，就是将所有灯具进行联网，简单讲就是单灯联网。艾贝斯灯联网是物联网在照明行业的一个具体应用，是物联网的一个子集，它是物联网技术和市场高速发展的必然结果和趋势！艾贝斯灯联网 (Internet of Lamps)指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备(智能灯具)，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用灯联网平台的大集成（Grand Integration)，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，经过处理后，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、远程控制、远程单灯调光节能、故障定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面远程调度、监视等管理和服务功能，实现对管辖区域内的照明系统实现“单灯”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。来自艾贝斯。

1、智慧物流。智慧物流指的是以物联网、大数据、人工智能等信息技术为支撑，在物流的运输、仓储、运输、配送等各个环节实现系统感知、全面分析及处理等功能。当前，应用于物联网领域主要体现在三个方面，仓储、运输监测以及快递终端等，通过物联网技术实现对货物的监测以及运输车辆的监测，包括货物车辆位置、状态以及货物温湿度，油耗及车速等，物联网技术的使用能提高运输效率，提升整个物流行业的智能化水平。

2、智能交通。智能交通是物联网的一种重要体现形式，利用信息技术将人、车和路紧密的结合起来，改善交通运输环境、保障交通安全以及提高资源利用率。运用物联网技术具体的应用领域，包括智能公交车、共享单车、车联网、充电桩监测、智能红绿灯以及智慧停车等领域。其中，车联网是近些年来各大厂商及互联网企业争相进入的领域。

3、智能安防。安防是物联网的一大应用市场，因为安全永远都是人们的一个基本需求。传统安防对人员的依赖性比较大，非常耗费人力，而智能安防能够通过设备实现智能判断。目前，智能安防最核心的部分在于智能安防系统，该系统是对拍摄的图像进行传输与存储，并对其分析与处理。一个完整的智能安防系统主要包括三大部分，门禁、报警和监控，行业中主要以视频监控为主。

4、智慧能源环保。智慧能源环保属于智慧城市的一个部分，其物联网应用主要集中在水能，电能，燃气、路灯等能源以及井盖、垃圾桶等环保装置。如智慧井盖监测水位以及其状态、智能水电表实现远程抄表、智能垃圾桶自动感应等。将物联网技术应用于传统的水、电、光能设备进行联网，通过监测，提升利用效率，减少能源损耗。

5、智能医疗。在智能医疗领域，新技术的应用必须以人为中心。而物联网技术是数据获取的主要途径，能有效地帮助医院实现对人的智能化管理和对物的智能化管理。对人的智能化管理指的是通过传感器对人的生理状态（如心跳频率、体力消耗、血压高低等）进行监测，主要指的是医疗可穿戴设备，将获取的数据记录到电子健康文件中，方便个人或医生查阅。除此之外，通过RFID技术还能对医疗设备、物品进行监控与管理，实现医疗设备、用品可视化，主要表现为数字化医院。

6、智慧建筑。建筑是城市的基石，技术的进步促进了建筑的智能化发展，以物联网等新技术为主的智慧建筑越来越受到人们的关注。当前的智慧建筑主要体现在节能方面，将设备进行感知、传输并实现远程监控，不仅能够节约能源同时也能减少楼宇人员的运维。亿欧智库根据调查，了解到目前智慧建筑主要体现在用电照明、消防监测、智慧电梯、楼宇监测以及运用于古建筑领域的白蚁监测。

7、智能制造。智能制造细分概念范围很广，涉及很多行业。制造领域的市场体量巨大，是物联网的一个重要应用领域，主要体现在数字化以及智能化的工厂改造上，包括工厂机械设备监控和工厂的环境监控。通过在设备上加装相应的传感器，使设备厂商可以远程随时随地对设备进行监控、升级和维护等 *** 作，更好的了解产品的使用状况，完成产品全生命周期的信息收集，指导产品设计和售后服务；而厂房的环境主要是采集温湿度、烟感等信息。

8、智能家居。智能家居指的是使用不同的方法和设备，来提高人们的生活能力，使家庭变得更舒适、安全和高效。物联网应用于智能家居领域，能够对家居类产品的位置、状态、变化进行监测，分析其变化特征，同时根据人的需要，在一定的程度上进行反馈。智能家居行业发展主要分为三个阶段，单品连接、物物联动和平台集成。其发展的方向是首先是连接智能家居单品，随后走向不同单品之间的联动，最后向智能家居系统平台发展。当前，各个智能家居类企业正在从单品向物物联动的过渡阶段。

智能家居已成为物联网的重要组成部分，同时也是与每个家庭的家庭息息相关的最接近民生的领域。物联网简单点说就是物物相联，而智能家居系统则是各种事物的家，例如窗帘，空调，电视，插座，照明，锁等，所有相关的统一管理，实现的关键是可以完全打开场景。智能家居属于物联网，而且功智能家居不仅是一种物联网，还是在物联网发展中更加重视。

整个物联网智能家居平台框架所有文章都是基于自己的经验和对市场已知物联网开发平台、智能家居应用、运营平台、数据分析平台的了解和分析，进行抽取出来的知识点，涉及到的范围会比较广泛，适用于想对整个物联网开发平台、智慧生活应用（C端）、产业互联网应用（B端，仅提及部分内容，不会过多说明）、运营、数据分析的有比较整体了解的人群，深度为浅或适中。

整个平台通常会包含四大部分： 物联网开发平台+（智慧生活应用 、产业互联应用）+市场运营+数据分析 。整个平台框架下的文章，我都会围绕这四大部分展开。

一、 物联网开发平台 ：设备接入、消息通信、设备管理、产品开发、监控运营以及对行业应用的动态配置管理。开发者通过平台提供的接入指引、标准物模型、SDK、API、芯片模组，实现设备与云端、App终端的消息通信、设备的控制管理，实现设备智能、设备场景控制等，并可直接通过后台对设备进行OTA升级、设备监控诊断、日志分析等。

二、 智慧生活应用  。分为智能家居、电工照明、大小家电、运动健康、宠物与植物、安防监控、节能能源、户外出行等。主要通过App作为载体给到用户进行体验。App应用包括：设备控制（家、房间）、场景、内容（图文、视频、直播）、社交、商城、论坛、众测、会员等级、积分、帮助与反馈、产品百科、在线客服等大模块。

三、 产业互联应用。 物联网平台在为智慧校园、智慧楼宇、智慧酒店、智慧街道、智慧社区、智慧城市等等各领域的应用。其实就是普通硬件变成智能硬件以后，对各个领域造成的冲击，通过物联网平台系统，对所有智能设备进行分组、分群的统一管理、控制和监控，满足各种业务场景，并延伸出一些新的玩法和新的模式，让业务和场景变得更加智能和可控。

三、 市场运营。 面对C端用户、行业用户的市场运营能力构建，通过市场活动，用户运营对公域流量、私域流量的用户进行拉新、促活、转化、留存等。像通过用户画像、用户分群、用户标签等做用户精细化的管理，通过对细分用户群体 进行邮件营销、调查问卷、短信、App通知等做一些精准营销活动。

四、 数据分析 ，基于应用端（App、设备）的用户行为、 *** 作进行数据采集（采集的数据存储在数据中台）、数据分析，并通过多维度的用户标签管理，打造出全维度、多层次的用户画像；通过构建指标体系，结合用户属性、用户标签，构建出可拖拽、可自定义的统计分析报表。

012020年照明灯饰行业-十大年度照明品牌
欧普照明、雷士照明、木林森、佛山照明、公牛、正泰家居、三雄极光、世林照明、阳光照明、新特例照明
022020年照明灯饰行业-十大商业照明品牌
三雄极光、西顿照明、太龙照明、华艺照明、生迪、西铁城、嘉美照明、迥龙灯饰、达美灯具、博尔美
032020年照明灯饰行业-十大工业照明品牌
洲明科技、得邦照明、嘉美照明、世林照明、爱克、通士达照明、华豊利、凯铭照明、星发现、顺冠照明
042020年照明灯饰行业-十大家居照明品牌
欧普照明、正泰照明、木林森照明、世林照明、月影家居、久量、桥森照明、耐普照明、开尔照明、博尔美
052020年照明灯饰行业-十大星锐家居照明品牌
美的照明、阳光照明、华艺照明、钜豪照明、五光十色、澳克士照明、绿能照明、小器鬼照明、福田照明、龙胜
062020年照明灯饰行业-十大智能照明品牌
鸿雁、海尔智能照明、美的照明、生迪、佛山照明、昭信照明、达美照明、普洛照明、T-SIMA、哥曼尼
072020年照明灯饰行业-十大教育照明品牌
立达信、欧普照明、三雄极光、阳光照明、凯耀照明、生迪、朗能、威耐仕照明、莱亚照明、华辉照明
082020年照明灯饰行业-十大原创灯饰品牌
新特丽照明、金达·维沙华、松伟高端灯饰、奥斯哥纳、琪朗灯饰、梵莱斯、宝辉灯饰、米苏灯饰、诺克照明、琪豪灯饰
092020年照明灯饰行业-十大现代灯品牌
新特丽照明、月影家居、松伟高端灯饰、伯克丽、麦格蓝、精颖灯饰、马斯登、夏盟、1918、宅本照明
102020年照明灯饰行业-十大光源品牌
佛山照明、木林森照明、小器鬼照明、海德信、视贝、开尔照明、美科电器、康铭、金莱特、奥科特照明
112020年照明灯饰行业-十大电工品牌
公牛、正泰开关、鸿雁、福田、朗绚、俊朗、曼科、家的、龙胜、突飞
122020年照明灯饰行业-十大照明供应链品牌
必易、晶丰明源、伊戈尔、 东菱电源、茂硕电源、张飞电源、暗能量、汉的、崧盛电源、明炜电源
132020年照明灯饰行业-十大智慧路灯品牌
昕诺飞、洲明科技、鸿宝科技、华普永明、昭信照明、勤上、华体照明、方大智控、富兴科技照明、华全电气
142020年照明灯饰行业-十大封装品牌
木林森、国星光电、朗明纳斯、兆驰节能、瑞丰光电、长方、万润科技、鸿利智汇、同一方光电、迪司利
152020年照明灯饰行业-大线性照明品牌
欧曼照明、联浩照明、千誉照明、美籁特、森为照明、蓝景碧威、乐的美、星明浩、流星宇、日上光电
162020年照明灯饰行业-十大磁吸灯品牌
朗能、路易华登、雷尼司照明、绿能照明、锋磁天下、达美灯具、太龙照明、回龙灯饰、甫洛照明、欧能照明
172020年照明灯饰行业-十大年度人物
木林森股份董事长-孙清焕
公牛集团董事长-阮立平
三雄极光董事长-张宇涛
雷士照明CEO-林良琦
佛山照明总经理-雷自合
阳光照明集团总经理-官勇
鸿雁电器总裁-王米成
光莆股份董事长-林瑞梅
新特丽照明董事-长孙跃
松伟高端灯饰董事-长谢伟
182020年照明灯饰行业-十大年度营销人
三雄极光副总裁-陈松辉
阳光照明家居流通渠道总经理-陈以平
联浩照明总经理-游晓燕
广东世林照明总经理-谢兵
新特丽照明国内营销总经理-陈斌
松伟高端灯饰营销副总经理-邓继侠
爱施华灯饰总经理-魏伟
雷尼司照明总经理-潘贤众
小器鬼照明灯具总经理喻其涛
佛山照明国内营销事业部批发渠道总监汪大凯
192020年照明灯饰行业-年度优秀品牌
国际领先通用照明品牌——朗德万斯、昕诺飞
年度五金渠道影响力品牌——小器鬼照明
年度优秀物联网照明品牌——海尔智能照明
年度优秀工程照明品牌——东雄照明
年度优秀灯带品牌——联浩照明
年度优秀灯带品牌——千誉照明
年度轻奢水晶灯品牌——梵莱斯
年度优秀餐饮照明品牌——石客照明
年度优秀风扇灯品牌——灯烨照明
年度优秀紫外线杀菌灯品牌——广明源照明
年度优秀台灯品牌——冠雅

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