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。

NB-IoT智能门锁公版解决方案能很好解决个人家用、公寓、酒店、办公等诸多应用场景，提供立体化安防服务与便捷的使用方式。 主要功能： 触摸板连接座、OLED 显示屏排座、指纹头排座、前后锁连接线接口、USB 接口应急供电接口、喇叭接口、电机驱动、蓝牙模块、NB-IOT 模块+（GSM 卡座）、滑盖检测接口/把手检测接口/机械钥匙检测接口、方舌检测接口/反锁检测/防撬检测接口、斜舌检测接口/门状态检测接口。
天网互联科技对使用NB-IOT公版的用户免费提供一套完整的 手机端管理软件 和安全、稳定的底层PaaS技术架构的 物联网设备管理平台；
天网互联 是国内具备智能硬件、云平台、移动端应用整套系统开发能力的专业物联网公司，专注于物联网产品的研发与生产。率先在国内推出 NB-IoT智能锁、NB-IoT公版方案、4G门锁、GPRS门锁和CAT 1门锁 等全套智能终端解决方案

覆盖范围得到增强(增强20dB)。

支持大规模连接，100K端子/200KHz电池。

超低功耗，电池续航时间10年。

超低成本。

将信令开销降至最低，尤其是空中接口。

确保整个系统(包括核心网络)的安全。

支持IP和非IP数据传输。

支持短信(可选部署)。

一般来说，按照市场需求划分，我们将物联网设备分为三类：

1、没有流动性，数据量大(上行)，频段宽，比如城市监控摄像头。

2、机动性强，切换频繁，车队跟踪管理数据量小。

3、无移动性，数据量小，对抄表等延迟不敏感。

NB-IoT就是为满足第三类物联网设备需求应运而生的，即适用于无移动性、数据量小且对延迟不敏感的应用场景。

nb-iot是在终端设备里安装模组（模组由芯片和外围电路组成），安装了NB的模组就直接连接上运营商的基站了，运营商目前收费标准差异很大，他根据客户使用终端的数量来定价，卖给水表公司的收费，十年才几十元，模组的SIM跟手机SIM卡一样。

春暮游小园
宋代：王淇
一从梅粉褪残妆，涂抹新红上海棠。
开到荼縻花事了，丝丝天棘出莓墙。
译文
梅花零落，像少女卸去妆一样时，海棠花开了，它就像少女刚刚涂抹了新红一样艳丽。
等到荼蘼花开，春天的花都开完了，这时会有丝丝缕缕的天棘爬过那莓墙。
这首诗为七言绝句，用花开花落，表示时序推移，虽然一年的春事将阑，但不断有新的事物出现，大自然是不会寂寞的。全诗写得很有情趣，前两句，写一春花事，以女子搽粉抹胭脂作比，非常活泼，充满人间趣味。这也是写景诗和咏物诗最常用的一种手法，但又没有流于一般化。这是诗人的高明之处。
诗人把日常看来平淡无奇的生活景观，用平易浅近的语言，拟人化的手法，细腻地表现出来。有美感，有诗意，反映了诗人“随物以婉转”盛与心而徘徊”的心迹。
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春暮游小园表达了什么哲理？
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春暮游小园表达了什么情感？
肖老书王淇《春暮游小园》：诗文以百花凋残天棘出墙，表现春更夏
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春暮游小园表达了作者什么样的思想感情？
表达了作者对田园生活的喜爱和农村生活的向往
1赞·65浏览2020-03-21
麻烦大家帮我解读一下《春暮游小园》
是不是某人送了这首诗给你？ 有点儿伤感哈，她可能有过一段感情，现在已经不再是青春年少，所以有点自伤，自怜，害怕再次受到伤害。但是没有关系，你应该和她说，就算开到荼靡，百花凋谢，那又如何，来年春天又是百花齐放，我愿意做你的护花使者，全心全意地呵护你到永远！
35赞·1,475浏览
春暮游小园表达了什么哲理？ — 找答案，就来「问一问」
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春暮游小园全诗运用了什么修辞手法？
春暮游小园 宋·王淇 一从梅粉褪残妆，涂抹新红上海棠。 开到荼縻花事了，丝丝夭棘出莓墙。 前半句运用了拟人的修辞手法，“一从梅粉褪残妆”，“褪残妆”，以人喻花，写梅花残败凋落。梅花出在冬末早春，为报春之花，一个“残”字，暗示冬去春来。“涂抹新红上海棠”，是说梅花谢后，海棠花已经绽放，大自然把寒梅鲜红的颜色又涂抹到海棠花上去了。 后半句借景抒情、寓情于景，等到荼蘼花儿开罢，春天就结束了。春去夏来，取代百花的是肥壮茂密的荆棘，一丛丛，一丝丝，爬上了长满苔醉的院墙。花的交替更迭，构成色彩上由红变白转绿，象征着岁月的流逝，季节的变化，而诗人留连岁月、感叹年华易逝的感伤情绪也隐隐体现出来了。
66浏览2021-01-27
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  NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）作为一种新型的物联网通信标准，在窄带宽、低功耗、广覆盖物联网领域具有诸多优势。本文概述了NB-IoT的主要优势及其技术。

  NB-IoT通信模组耗电极低。这得益于其惰性通信机制，大部分时间下，设备处于休眠状态（99%的时间）。主要在于其采用了 PSM 和 eDRX（拓展非连续接收）技术。

  一块NB-IoT通信设备的成本大约在1~5美元左右，从而满足物联网的应用场景。

  NB-IoT覆盖面积为2G、4G网的的3倍。通信上常用最大耦合损耗（MCL）来衡量通信设备信号覆盖覆盖能力。MCL与基站信号功率 P B 、接入终端信号功率 P M 有关，定义式如下:

  信号强度（信噪比）随距基站距离降低，其降低值用耦合损耗表征。而最大耦合损耗可以理解为满足通信需求的最弱信号值，即最大的信号衰减值，以此来间接表征满足通信的最远距离。
如下图所示，NB-IoT MCL比2G GPRS大了20dB，覆盖范围大了三倍。

  NB-IoT一个小区（约200KHz带宽）可接入50000个终端。远远多于LTE的1000个设备。

NB-IoT物联网套件通常具有以下基本接口：

电源接口：用于连接电源适配器或电池，为设备供电。

SIM卡接口：用于插入SIM卡以实现NB-IoT网络连接。

天线接口：用于连接天线，以实现设备与基站的通信。

UART接口：用于串口通信，用于与外部设备或控制器通信。

GPIO接口：用于输入/输出数字信号，可以与其他数字设备进行通信或控制。

ADC/DAC接口：用于模拟信号的输入/输出，可以连接传感器或执行器等。

I2C接口：用于I2C总线通信，可以连接其他设备如传感器、OLED显示屏等。

SPI接口：用于SPI总线通信，可以连接其他设备如SPI闪存、传感器等。

USB接口：用于与计算机或其他USB设备进行通信。

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