基于NB-iot的城市照明單燈監控系統設計

廣東正力通用電氣有限公司　劉志祖

現如今，人們的生活已經離不開電。在2016年3月19日，全球178個國家和地區都進行了熄燈一小時活動，舉辦該活動是為了讓更多的人關注全球的環境問題，但是在熄燈一小時期間多個地區的生活陷入“困境”，頓時顯得手足無措，生活模式紊亂，很多人即使積極投入到此活動中想為保護環境做一點貢獻，但他們也覺得沒有電生活將無法繼續。因此，我們就需要在城市或農村的發展中應用新技術，盡量減少城市照明單燈的用電亮，提高其節能性。其中文中重點介紹了集中器采用NB-IoT技術與數據監控中心服務器連接，從而實現了覆蓋廣、穿透力強、抗干擾性能好、成本低的特點，能大大提升路燈遠程監控管理的水平，同時還能夠有效提高城市照明單燈的使用效率。

1　引言

在進入到二十一世紀以后，我國逐漸步入到了信息化時代，互聯網技術在一些行業進行了全面覆蓋，智能化、技術化應用較為突出。同時隨著互聯網大數據時代的來臨以及智慧城市的構建，城市照明亮化工程已取得較大的進步，改變了傳統僅靠人工管理的弊端。對城市照明單燈采用了智能系統化的管理，智能路燈監控系統采用NB-iot與LoRa技術相結合，以其優越的各種技術性能和芯片越來越低的制造成本，很好地解決了現有2.4G無線技術中遇到的傳輸距離短、信號穿透力差、通訊易干擾的問題；也免去了有線組網中布線復雜、故障排查難且成本高的困擾，還能兼容現有的監控中心系統，大大提高了城市照明的管理水平，具有良好的社會經濟效益和實用性。但由于在實際操作中工作過程存在復雜性，難免會產生一些問題，這就要求我們不斷進行技術更新，及時解決一些突發性問題。本文所討論的NB-iot技術是在互聯網基礎上最新研究出的關于城市照明單燈的設計方法，其有很多優勢在路燈的實際應用中都已經體現出來了，針對其問題和改進方法首先要從其系統原理開始進行介紹，在了解其原理的基礎上，再進行NB-iot技術的設計進行分析。僅供業內人士參考。

2　關于NB-iot技術的介紹

在信息化大潮的影響下，信息化技術在我國眾多行業中已經得到了普遍的應用，而NB-iot技術就是在互聯網基礎上產生的，因此具有很多智能化功能，相對于傳統的路燈系統來說占有更多的優勢，克服了傳統路燈系統所存在的弊端。NB-iot技術是基于蜂窩的窄帶物聯網，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接。它采用3GPP授權頻段能避免干擾問題，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡。NB-iot技術可以進行遠程監控，對廣闊的路燈區域網進行更好的監控；當路燈系統發生故障時，利用NB-iot技術可以及時進行數據分析，這樣工作人員就會針對狀況進行維修，不斷提升城市照明單燈的質量。但是NB-iot技術在實際應用中也會產生一些問題，例如電力載波方式可能會因為埋地線路鋪設的不規范或者不明諧波信號干擾，導致故障原因排查困難且成本高。針對實際中的一些問題，就需要對NB-iot技術進行不斷的更新、改善，盡量完善其工作系統，使其發揮它更好的作用，為城市化的發展貢獻一份力量。

3　系統總體架構及原理

在了解NB-iot技術后，首先需要掌握的是其優點和特性，NB-iot系統具有覆蓋廣且深、節點多、速率低、成本低、功耗少、架構優的特性。因此在應用中，NB-iot技術系統可以優化城市的整體環境，通過研究其系統總體架構及原理，發現其良好的技術特性，并可以針對在實際應用中存在的問題做出相應的對策。智能路燈監控系統主要由單燈控制器、（中繼器）、路燈集中器和監控中心組成，用戶工作站或數據監控中心通過電信運營商的提供的NB-iot網絡與集中器連接，進行指令的接收或下發；按指令要求執行開關燈或數據電能量等參數采集，從而實現路燈的遠程智能監控。通過對其系統總體架構和原理的分析，發現NB-iot技術具有很多優質特性，并且能夠有效的克服傳統路燈系統存在的問題。信息化技術在不斷地更新，在快節奏的時代下，我們應該緊跟時代的步伐，積極改進技術應用，在降低生產成本、提高節能效率的基礎上推進城市化水平的提高，同時還要堅持走可持續發展道路，減少對環境的破壞。

4　基于NB-iot技術的硬件設計

4.1　單燈控制器

NB-iot技術擁有很多功能，針對于其在硬件設計的應用從兩個方面進行了分析，首先是NB-iot技術在單燈控制器中的應用。NB-iot技術在單燈控制器中的應用主要由MCU對電能量參數實時采集并進行相應的邏輯分析得到路燈的運行狀況；然后通過系統對數據進行接受與分析，根據集中器的指令需求執行開關燈控制或數據反饋；簡單的分析單燈控制器存在的問題，以及單燈的亮燈率，通過對單燈控制器的系統應用分析，在進行硬件設計時可以更加注重單燈控制器的質量與應用效果。同時，方案中的STM32F0308C主控芯片，不僅成本低廉，還具有IAP遠程FLASH升級的功能，在原有硬件電路不變的情況下可以對程序進行升級，大大降低了優化和維護的成本。

4.2　路燈集中器

NB-iot系統是一套全新的計算機輔助設計、生產及信息自集成軟件系統，可用多種方法建立三維城市路燈系統數字模型。應用統一的城市路燈數字模型，在對城市路燈監控系統設計的各個階段能夠實現各專業之間的信息共享，從而可以通過網絡實現并行設計，降低專業間的協調成本，減少設計和制造中的修改工作量。因此在實際生產應用時便可以結合設計進行制造，既提高了經濟效益，又降低了危險發生。對于路燈集中器的設計，電路中采用高速32位嵌入式ARM9處理器芯片STM32F103，LoRa的SX1278超低耗遠距離收發控制芯片，以及第一款NB-iot的BC95B8模塊。集中器同樣具有IAP遠程升級功能，并使用Linux或uC/OS-II等嵌入式實時多任務操作系統，對工作站或監控中心下發的指令進行及時處理，在空閑時對其下屬的單燈控制器進行點對點輪詢以采集并保存歷史數據，如有告警事件應及時向監控中心主動上報并記錄。

5　監控中心軟件設計

二十一世紀是信息化時代，智能化已經在很多行業的生產發展中得到應用。在對城市路燈的設計中也要提高信息化、智能化技術的應用，積極學習國外先進技術應用，通過智能化技術在城市路燈設計中的應用，從而來降低城市路燈的控制和管理難度，減少人為誤操作，提高設備及城市路燈系統的安全。在城市路燈系統中，監控中心是整個系統的核心技術，因此對于監控中心軟件的設計必須重視起來。監控中心軟件是智能路燈遠程監控系統和使用人員交互的窗口，后臺軟件的設計是整個系統數據分析和管理的核心。對于核心軟件的設計必須要達到技術要求，同時也要注意其的安全性。另一方面，上位機平臺的界面簡潔、功能齊全、邏輯清晰，能降低相關人員的操作難度且易于管理和維護。

總結

由于我國的國情及經濟發展水平顯著提高了對城市整體環境美觀的需求，面對城市路燈系統的改善問題以及其工序的繁瑣、制作周期長等，還需要不斷地利用信息化技術對其進行技術更新。對于NB-iot技術在城市路燈監控系統中的設計應用，其設計應首先要應用最新技術，只有不斷的更新設計技術，才能發現原來設計中存在的缺點，或者是在實際應用中存在的安全問題等。為了降低城市路燈系統應用的成本，提高城市路燈在實際應用中的安全性，節能高效性，就需要不斷的應用新技術在城市路燈系統的設計中，國內的一些小型企業和大中型企業就必須不斷提升自身的技術實力，不斷提升我國城市路燈設計水平。要想全面替代傳統的路燈系統方式，就必須加強最新技術在路燈系統中的應用，真正發揮其具有的多種優質特性，推動我國經濟水平不斷提升。

[1]物聯網智庫.一幅漫畫告訴你:NB-IoT背后,還有一個大家都在說的LoRa是什么[EB/OL].http://mt.sohu.com/20160629/n457009229.shtml,2016-06-29.

[2]百度百科.NB-IoT[EB/OL]．http://baike.baidu.com/item/NB-IoT,2017-05-10.

[3]LPWAN產學研聯盟.從技術到應用對比LoRa、NB-IoT,企業如何正確打開物聯網大門[EB/OL].http://www.ednchina.com/news/article/20170519LoRa,2017-05-19.

[4]鄧士偉.城市照明單燈監控系統研究及應用[J].機電信息,2017(24):59+61.

[5]周靜,王鵬展.淺析城市照明單燈監控體系的建設與運營[J].照明工程學報,2017,28(02):117-120+132.