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

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,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。

物联网在电子商务中的应用如下:

物联网在电子商务中的应用最常见的就是快递跟踪、货品跟踪(二维码\条形码扫描),另外一些典型的物联网项目有:谷米科技的汽车在线、湖南中菱的控网开放式物联网在线监控平台。

物联网

物联网(Internet of Things,简称IoT)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、

识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,IT行业又叫:泛互联,意指物物相连,万物万联。由此,“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;

第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。因此,物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网就是通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
通俗地讲,物联网就是“物物相连的互联网”,它包含两层含义:
第一,物联网是互联网的延伸和扩展,其核心和基础仍然是互联网;
第二,物联网的用户端不仅包括人,还包括物品,物联网实现了人与物品及物品之间信息的交换和通信。
物联网作为新一代信息技术的高度集成和综合运用,具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点,是继计算机、互联网、移动通信网之后信息产业发展的又一推动者。

为了更好的实践物联网关键技术,设计一套满足 物联网体系结构 的开源框架。开源框架实现了物联网体系结构各层级的基础功能,如下图所示。

iot-gateway: >1: 学习他人经验
企业决策者都听到过有关物联网的炒作,但很多人不知道物联网如何能对业务带来实际影响。因此,企业在考虑部署物联网设备时,应该先花些时间与实际应用物联网的企业进行沟通,了解他们如何利用物联网。
2: 制定战略
每个企业都有独特的需求,并没有适合所有人的物联网项目。在你试验物联网或提交项目申请书之前,应该与企业关键决策者共同制定战略。这有助于确保用户认同物联网项目,还可以确保物联网项目为企业提供最高价值。
3:先实现较容易的目标
你引进的新技术需要快速的高度可见的成功。如果你的企业IoT战略与其他公司已经有着良好记录的IoT项目一致,应该先专注这些项目,因为这些项目相对容易实现和产生结果。此外,如果有的IoT项目可展示“项目部署之前和之后”的数据对比指标,这可以为新的IoT项目奠定基础。
4: 清理你的数据
物联网设备产生的数据或通过互联网传输的数据可能堵塞网络,IoT项目应该确定你想要的IoT数据,还应该确定你想要清除的IoT数据,你可以自己进行数据清理过程,或者外包给供应商
5: 想想你的客户
最佳IoT项目通常专注于客户的需求。这里很好的例子是市政电车系统,该系统现在使用IoT传感器来预测系统设备和跟踪故障,让维修人员可以主动地解决这些问题。这些IoT系统甚至可以在系统故障时发送消息到客户的手机,建议客户改变路线。
6:不要忘记故障转移
对于依赖于稳定IoT数据流的系统,通常都可能面临机器或互联网故障的威胁,导致数据流停止。如果你在使用IoT数据驱动的自动化工作流,特别重要的是,你的故障转移系统需要可以将这些工作流的控制转移到手动模式。
7: 加强安全防范
如果你使用来自互联网的原始物联网数据,这些数据可能给你带来恶意软件、病毒和其他安全威胁。对于考虑使用互联网IoT数据的企业,应该重新评估其安全做法,以确保本地和广域网的安全。
8: 结合IoT数据与现有数据
最大限度地利用物联网的最佳方式是结合内部系统记录中的数据。例如,如果你在收集你网站客户行为的数据,你可以将这些数据结合已有的客户信息,例如客户住在哪里以及其他关键数据。这让你可以更好地了解每个客户及其购买行为和喜好。
9: 设置基线和指标
你的IoT项目应该可以与过去公司业绩基准进行对比,通过这种方式,你可以很容易地展示物联网项目的成效,这可能是收入提高、更好的客户服务、更快的内部 *** 作完成时间、成本节约等。
10: 定义你的下一代IoT应用程序
当你的IoT项目取得阶段性成功时,你应该开始考虑如何应对更多的IoT应用程序。与参与制定战略的业务决策者商讨这个问题可以帮助你的IoT项目向前推进。
最后,你还要有一个符合项目的域名,用于平台的搭建,市场上域名的选择比较多,有com、cn、top,看实际情况选择

随着互联网的快速发展,物联网也在阔步前行,与此同时,物联网对人们的影响也越来越大。如今,诸多IT公司都大量投资物联网,以此将人与设备、设备与设备以及系统与系统连接起来。据市场研究机构IDC的研究人员估算,到2020年时,物与物联网的规模将是比人与人联网的规模高26倍。
如今,从人们与周围事物互动的角度来看,物联网已经在影响人们的日常工作。预计将来物联网还将发挥全新的作用,并将改变人们的交通、交流和协作的方式。为什么呢?以下10大原因将对此问题作出更好的解释。
1、让人们路途中的交通更加快捷
人们约有15%的交流时间花费在路上,约有17%的燃料消耗在等待红灯的过程中。道路上的传感器、交通视频摄像头以及道路的中央分隔带都将影响着汽车与驾驶员的“谈话”方式。通过监控行驶速度、交通信号灯、事故以及当前的路况等信息,编入程序的汽车,甚至是道路都将给驾驶员的移动设备发去最有效的行驶路线,从而减少交通时间,节省燃料,并让人们出行更安全。
2、预测产品的稳定性
在产品出货之后,买方与卖方之间的互动往往就会减少,如果双方没有新的交易或产品出现问题,那么买方与卖方之间的交流也几乎没有。预测技术能够监控产品的“稳定性”,从而在问题出现之前就能够及时地发现问题。在倡导消费者为先的时代,一家公司如果掌握了预测产品性能的监控技术,那将意味着这家公司将能够让消费者感到满意,并避免问题的出现。
3、创建更多的工作职位
数字朝代已经开创了IT工作职位的新时代。随着物联网的兴起,云和大数据相关的工作也越来越专业化。市场研究机构Gartner去年就发布报告称,首席数码官(CDO)的数量正在不断上升。Gartner还预测称,到2015年时,约有25%的公司将设立这样的工作职位,以此来管理公司数字,在这样的形势之下,数据专家也将成为公司的重要资产。在获得了大数据和分析的价值之后,人们也将开始看到更多的首席数据科学家、分析师、甚至是客户满意官员等相关的工作职位,甚至还会出现我们目前还没有想到的职位。
4、提供工作能力
社交媒体的崛起已经为人们的交流和团队协作开创了新的时代。像Box、Skype、Jive和Facebook等有价值的社交工具已经吸引了下一代工人的关注。视频交流和图像交流等也将节省人们的交流时间,同时也让这些社交工具与现代化的协调工作系统不分上下。
5、便于将非结构化数据转化成结构化数据
大数据不仅仅是“大”,而是“巨大”。大数据如果被很好地利用的话,那么将会给商业创造更多的价值,特别是在非结构化数据转化成结构化数据之后。分析数据并将这些分析后的数据整合到有用的信息之后,这些数据将会提供消费者、产品行为、市场状况、员工生产力以及更多的相关有用信息。
6、更利于环境保护
如今,感应器已经在一些办公大楼和家庭内运行,但展望未来,这种感应器将成为现代建筑基础设施的必需品。随着用户在房间或卧室内的移动,安装后的动作感应器也将能够按照用户需求打开或关闭灯光设施、加热器、空调、咖啡机和电视机等设备。这些感应器如今已经整合到盲人设备之中,并利用温度和光线等决定打开和关闭相关设备的时长。最终,这种感应器很好地帮助人们节能,节省资金并保护了环境。
7、更好地定位
物联网让位置追踪服务更加简捷。目前,手机、汽车甚至是医院内的联网设备都能够被定位,从而节省有价值的资源。诸多公司将能够很快地追踪他们业务的每一个细节,包括从库存到订单履约情况等,并根据这些位置信息来部署现场服务和员工。工具、工厂和汽车都将能够连接基于位置技术的网络之中,从而让整个链条更加有效。
8、更加智能化的沟通与服务
即使是水冷却机也能够连接到物联网,从而更好地让人们利用更多的时间。例如,水冷却机(或咖啡机、快餐店等)都能够更加智能化的记忆用户的个人偏好,并根据声音和动作激活技术提供相应的服务,甚至是按照用户的需求传递饮料,而不需要用户等候。
9、改变医生工作方式
物联网正在改变医生的工作方式、病人的体验以及整个医患关系。如今,病人的病情必须经过医生当面确诊后才能作出评估。将来,物联网将能够让医生直接读到病人身体相关的数据信息,从而让医生远程实时的掌握病人的信息。
10、根据天气状况安排工作
如今,天气预报主要依赖一些卫星和地面天气监测的结果而进行。将来,大量的感应器将会整合到不同的设备之中,以及空中和地面的数据接受站。使用大数据分析来更好地预测地球状况,将有利于人们更加熟练准确的掌握天气状况和气候变化情况,这样将能够进行更加准确的天气预报,从而让人们更好的规划一周的工作。从全球范围来看,物联网将意味着人们能够更加准确地预测气候变化趋势和自然灾害情况。

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