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。

智慧物联网这个概念很广，像智慧农业，物联网消防，车联网，都属于智慧物联网，物联网就是把物体和物体，物体和人，相互连接起来，比如说智慧物联网里面的智慧农业，就是通过物联网技术，实现自动监测土壤酸碱度，大棚湿度，气温等等各种因素，并且进行相应的措施，比如空气太干了自动喷水，自动调节光照，温度等等之类的，其他的也是这个道理。

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智能农业物联网便是农牧业在生产制造、运营、生产制造、服务项目中的运用。是用各种各样认知机器设备，收集 检测农作物生产制造中的信息内容。再运用无线通信机器设备，将信息发送至数据管理平台，完成海量数据的归纳梳理和结合，完成对每个环节的监管，为农业给出的数据适用。

水肥一体化喷灌系统：智能控制系统机器设备电源开关的起停，可以根据手动式和自动化技术二种方式 *** 纵，在移动端或是pc端一键 *** 纵。工作员设置一个安全性标值，当数值或高或低时，全自动浇灌。当标值高于缓冲区值时，系统软件会发出声响，将非常的数据信息转发给工作员的手机上。可以立即做调节。与此同时可以完成数据采集归纳，将检测到的数据信息归纳梳理，提交，还能够对数据储存，随时随地对数据资料开展抽样检查。

温智温室大棚自动控制系统：传统式的温室大棚一直欠缺科学论证，对阳光照射、环境温度、环境湿度的检测不及时，因此当强降雨下雪来临时性，防护措施一直不立即，导致一些财产损失。而智能温室可以使温棚内长期维持一个恒温恒湿的情况。一年四季可以开展生产制造，提升了经济收益。

智能监控系统：手机上可查询温室大棚内的各类状况，即时把握棚里状况。可以在移动端、pc端开展查询。智能农业在许多地区已经逐渐运用，坚信在不久的未来，智能农业会更为智能化。全套系统关键一部分主要是由这一些构成。智能农业物联网系统还能够依据用户需求订制开发设计版本号，而且可以扩充版面，依据要求，提升，商品知识库系统，产品溯源，监管平台这些。全套系统覆盖了农牧业里边的各行各业版面，推动在我国的农业现代化，现代化前行的脚步。

在我们的生活中，我们每天接触到的许多类型的设备中都存在互联网连接，包括家用电器、车辆、机器，甚至我们自己，当某物连接到互联网时，这意味着它可以发送信息或接收信息，或两者兼而有之。
目前IoT物联网还在高速发展中，应用领域也涉及很多方面，工业、农业、交通、物流以及物业等基础设施领域都有很多应用，有效推动了这些领域智能化水平的发展。
以锋物科技的IoT智慧物联体系来说，它依托IoT云平台为核心，通过平台AI算法和数据集成分析能力可以将不同场景下的各种设备进行连接，统一包括人行门禁、车行道闸、摄像头、路灯、电梯等，并通过IOC智慧大屏终端进行可视化呈现，从而指导工作人员做出科学合理的决策。
在锋物科技打造的智慧社区中，通过IoT云平台的AI安防系统将摄像头和社区人群、场景等进行智慧物联，可以通过数据算法精准识别老年人摔倒、儿童进入危险区域、残障人士需要帮助等场景。平台一方面可以“听”懂语音指令，另一方面通知消息也用语音“报”出来，能听能说使得整个系统智能管控，实现系统 *** 控智能化。比如当出现老人跌倒或居民进入危险区域时，亦或是电动车入电梯、消防通道被占等情况时，平台都会自动告警生成工单，调动物业管理人员处理，维护社区安全。

随着科技的不断发展和人们的生活水平不断提高，人们对于生活环境的要求也越来越高，人们这种生活习惯的转变，是物联网技术飞速发展，大大改善了人们的生活环境，使大家能够更轻松、更便捷、更智能地处理日常生活以及工作上的一些事项。智慧社区便是物联网技术应用在社区中的体现。那么智慧社区结合物联网技术是怎样的呢？物联网技术在智慧社区中又有哪些应用呢？下面就一起来看看吧。

一、智慧社区结合物联网技术是怎样的？

1、智慧社区的模块化

1）信息系统集成。在社区里，我们将重点放在社区内的模块化信息技术和社区信息孤岛，信息内容模块化的形式，因此做到社区相互间的数据共享，提升系统服务力。

2）设计生态设计。跟着探析目前我国自然环境环保学、材料学专业之类的这学科的产生，不断将生态设计的管理理念带入到社区进行设计的过程中。

3）网络化。在当今的智慧社区，处处有网络，并借助网络推广智能设备，保障社区人员生活的便利。

4）设备倾向于智能化。在科学技术，向着网络化方向不断发展，提升人与物的综合处理，促进社区设备向网络化未来发展。

2、网络化社区生活

1）智慧社区应用与建设规划对于社区生活服务住户居民，现已影响到家电、娱乐、照明、安防、电表和其他层面。

2）保障社区特殊人群进行正常工作生活。由于疾病或者有所不同年龄等诸多原因，导致社区部分住户居民生活难以自理。带入新一代技术性后，综合一站式服务、远程遥控等模式，降低特殊人群对于生活的危险性，确保特殊人群的安全。

二、物联网技术在智慧社区中有哪些应用？

1、全域的视频监控系统

兼容不同视频的厂商的监控前端设备，可以移动端APP随时查看视频、电子围栏、对接公安综治平台、AI识别分析，在社区部署人脸抓拍摄像机，通过后台AI分析，识别陌生人的行动轨迹通知物业管理人员、电动车上楼，电梯安装AI摄像头识别电动车，一旦发现异常自动报警。

2、智慧停车系统

停车场管理：进出场管理、收缴费、对账结算、发票处理及增值运营服务等等。车库灯光也是智慧照明，车来灯亮，车走灯暗，进出口车辆识别，自动开闸，根据停车时间缴费，区分出“业主位”、“访客车”、布控车等等。

3、无感通行门禁系统、对讲系统

社区出入一卡通系统、云对讲。人脸识别机，人脸闸机实现业主通行、云访客，进出人员全抓拍。智能呼梯，室内主机呼叫电梯，梯控。

4、应急系统

通过通过物联网技术，实现安防，监测等多个系统的联动，从而建立各种突发事件的应急系统，并提供数字化的预案。这样当小区发生突发状况时，系统就能第一时间发出响应，并做出智能化的决策，并实现实时远程的指挥。

总之，物联网技术在智慧社区中的应用，可以说是彻底改变了我们的生活环境和生活状态，相信对于我们居住的环境，大家都希望是更舒适、更便捷、更智能的。智慧社区通过对物联网技术的应用，恰恰改变了我们的生活环境，实现我们大多数的需求。相信在不久的将来，物联网技术会有更加多的应用，可以实现每一个人的需求。

随着全球信息化的浪潮，信息化产业不断发展、延伸，已经深入了众多的企业及个人，SOA系统架构的出现，将给信息化带来一场新的革命。

纵观信息化建设与应用的历程，尽管出现过XML（标准通用标记语言的子集）、Unicode、UML等众多信息标准，但是许多异构系统之间的数据源仍然使用各自独立的数据格式、元数据以及元模型，这是信息产品提供商一直以来形成的习惯。各个相对独立的源数据集成一起，往往通过构建一定的数据获取与计算程序来实现，这样的做法需要花费大量工作。信息孤岛大量存在的事实，使信息化建设的ROI（投资回报率）大大降低，ETL成为集中这些异构数据的有效工具。ETL常用于从源系统中提取数据，将数据转换为与目标系统相兼容的格式，然后将其装载到目标系统中。数据经过获取、转换、装载后，要产生应用价值，还需另外的数据展现工具予以实现，如此复杂的数据应用过程，必定产生高昂的应用成本。

结构化的数据管理尚可通过以上方法，予以实现其集成应用。在非结构化的内容方面，这些具有挑战性的问题令人生畏。内容管理的应用方案基于不同的信息化应用系统，而且大部分是纵向的以组织部门为界限的。在内容管理市场中，经常使用来自不同厂商的产品来提供这些解决方案。即使是同一个厂商的产品，相互之间的功能也是经常重叠，并且无法集成。

随着信息化建设的深入，不同应用系统之间的功能界限已趋于模糊。同时企业资源计划系统和协同商务系统，又需要商业智能的分析展现数据提供用户 *** 作依据。

在激烈竞争且多变的市场环境下，企业的管理模式很难固化，应用传统的信息化软件，当企业要做出一些改动时需要面对巨大的挑战。

SOA系统架构的出现，信息化变革

微软大中华区服务部总经理辛儿伦介绍说，从上世纪60年代应用于主机的大型主机系统，到80年代应用于PC的CS架构，一直到90年度互联网的出现，系统越来越朝小型化和分布式发展。2000年WebService出现后，SOA被誉为下一代Web服务的基础框架，已经成为计算机信息领域的一个新的发展方向。

SOA的出现给传统的信息化产业带来新的概念，不再是各自独立的架构形式，能够轻松的互相联系组合共享信息。

可复用以往的信息化软件。基于SOA的协同软件提供了应用集成功能，能够将ERP、CRM、HR等异构系统的数据集成。

松散耦合方式，只要充分了解业务的进程，就可以不用编写一行代码，通过流程图实现一套我们自己的信息系统。就像已经给你准备好了砖瓦和水泥，只需要想好盖什么样的房子就可以轻松的盖起。加快开发速度，并且减少了开发和维护的费用。软件将所有的管理提炼成表单和流程，以记录管理的内容，指定过程的流转方向。

更简便的信息和数据集成。信息集成功能可以将散落在广域网和局域网上的文档、目录、网页轻松集成，加强了信息的协同相关性。同时，复杂、成本高昂的数据集成，也变成了可以简单且低成本实现的参数设定。创建了完全集成的信息化应用新领域。

在具体的功能实现上，SOA协同软件所实现的功能包括了知识管理、流程管理、人事管理、客户管理、项目管理、应用集成等，从部门角度看涉及了行政、后勤、营销、物流、生产等。从应用思想上看，SOA协同软件中的信息管理功能，全面兼顾了贯穿整个企业组织的信息化软硬件投入。尽管各种IT技术可以用于不同的用途，但是信息管理并没有任意地将信息分为结构化或者非结构化的部分，因此ERP等结构化管理系统并不是信息化建设的全部；同时，信息管理也没有将信息化解决方案划分为部门的视图，因此仅仅以部分为界限去构建软件应用功能的思想未必是不可撼动的。基于SOA的协同软件与ERP、CRM等传统应用软件相比，关键的不同在于它可以在合适的时间、合适的地点并且有正当理由向需要它提供服务的任何用户提供服务。

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