基于NB-IOT技術(shù)的智慧路燈

朱泓金　李揚(yáng)

【摘 要】本設(shè)計(jì)是一款基于NB-IOT的智慧路燈，它利用NB-IOT網(wǎng)絡(luò)傳輸對路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，并且每個路燈可以更具自身傳感器進(jìn)行環(huán)境檢測自動調(diào)節(jié)路燈開關(guān)并將環(huán)境檢測數(shù)據(jù)通過NB-IOT傳輸?shù)浇K端。

【關(guān)鍵字】物聯(lián)網(wǎng);智慧城市;NB-IOT;智慧路燈

中圖分類號： TN929.5;TP391.44;TU113.666 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）32-0119-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.054

0 前言

隨著時代的發(fā)展，城市更加智能化，路燈作為城市夜晚生活的代名詞也逐漸出現(xiàn)在人們的眼中。傳統(tǒng)路燈是通過分散時控的方法控制的，按照預(yù)先設(shè)定的時間狀況自動開或者關(guān)，這種老式路燈存在很多問題，它不能向我們實(shí)時反饋路燈工作情況并且容易出現(xiàn)故障，監(jiān)測困難，需要大量人員進(jìn)行定點(diǎn)定時的排查，有一些路燈采用的是串聯(lián)工作，當(dāng)其中一盞路燈出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致其他所有燈都不工作，對人們的日常生活和維護(hù)帶來很大的不便[1]。故我們設(shè)計(jì)了一款基于NB-IOT網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的智慧路燈的監(jiān)測系統(tǒng)，可以單獨(dú)檢測和控制每一盞路燈，并且能實(shí)現(xiàn)故障的主動報(bào)警和精準(zhǔn)定位，并且能夠檢測到環(huán)境參數(shù)傳遞到云平臺進(jìn)行監(jiān)控。

1 需求分析與智慧LED路燈的設(shè)計(jì)分析

1.1 需求分析

本設(shè)計(jì)研究分析內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：

（1）NB-IoT 技術(shù)的研究與其在智慧路燈方面的應(yīng)用。

（2）Led 燈恒流驅(qū)動電路設(shè)計(jì)。

（3）路燈控制所使用光照傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)。

（4）陰雨天氣根據(jù)亮度感知及溫濕度傳感器檢測應(yīng)用電路設(shè)計(jì)。

（5）紅外探測傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)時的通過監(jiān)測紅外線波長區(qū)別行人和車輛，對路燈進(jìn)行控制;

1.2 NB-IOT技術(shù)分析

NB-IOT是構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行萬物互聯(lián)的一種新型科學(xué)技術(shù)，它是華為在2014年首先提出并開始大范圍推廣的新技術(shù)，通過NB-IOT實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)新時代，NB-IOT的寬帶消耗大概到180KHz，網(wǎng)絡(luò)直接部署有GSM、UMTS和LET，大大減小了成本和能源損耗。NBIOT技術(shù)擁有覆蓋范圍廣、連接多、速率低、成本低、功耗低等特點(diǎn)，并且因?yàn)檫\(yùn)用的是License頻段所以可以與網(wǎng)絡(luò)共存[2]。

2 智慧LED路燈的設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

我們所設(shè)計(jì)的智慧路燈硬件由核心控制模塊STM32單片機(jī)、NB-IOT聯(lián)網(wǎng)模塊、繼電器控制模塊、傳感器檢測模塊、供電電源模塊、LED路燈組成。

圖1 LED路燈硬件圖

（1）核心控制模塊STM32單片機(jī)，系統(tǒng)主要部分，是路燈主要檢測控制的核心部件，使用的是STM32系列的嵌入式單片機(jī)。這款芯片內(nèi)核采用了超低功耗的ARM Cortex-M處理器，自帶喚醒功能的低功耗模式，兼容5V和3.3V的I/O口管腳，內(nèi)部含有RC振蕩器和復(fù)位電路。并且它的性能相對51單片機(jī)要高，成本要低。

（2）傳感器模塊運(yùn)用了光敏傳感器，人體紅外傳感器以及PM2.5氣敏檢測傳感器。運(yùn)用光敏傳感器可以根據(jù)天氣的亮度自動開燈或關(guān)燈，這給夜晚人們的出行帶來了很大的便捷。利用人體紅外傳感器，當(dāng)夜間有人出行時，傳感器感應(yīng)到人亮起，當(dāng)人具體路燈一定距離時自動熄滅，這樣可以大大節(jié)約能源，減少不必要的浪費(fèi)。PM2.5檢測中，我們用到的是粉塵傳感器進(jìn)行檢測，檢測到粉塵值較大時就可以檢測當(dāng)?shù)胤裼写罅快F霾來控制路燈開啟路燈照亮道路。

（3）控制電路繼電器是一種電子控制器件，具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，控制單片機(jī)和智慧路燈的總橋梁，繼電器斷開，切斷他們之間的聯(lián)系路燈無法工作，繼電器合上，接通兩者，控制路燈工作。

（4）調(diào)光光源模塊在LED驅(qū)動電路上進(jìn)行脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)占空，消除路燈頻閃現(xiàn)象。通過PWM調(diào)節(jié)，可以使路面保持高亮度，改變恒流輸出電流實(shí)現(xiàn)模塊的調(diào)光功能。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

我們所設(shè)計(jì)的智慧路燈軟件設(shè)計(jì)主要運(yùn)用C語言對STM32單片機(jī)進(jìn)行編程控制NBIOT聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行串口連接傳輸數(shù)據(jù)到云平臺。然后STM32檢測傳感器模塊檢測傳回的信號去運(yùn)行對應(yīng)程序控制NBIOT向云平臺傳輸數(shù)據(jù)程序自動控制LED路燈控制模塊控制路燈亮滅。

圖2 程序流程圖

電源開啟程序啟動，傳感器模塊檢測環(huán)境參數(shù)，stm32單片機(jī)檢測讀取傳感器的環(huán)境檢測參數(shù)，通過STM32串口通信運(yùn)用NBIOT模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將傳感器檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_上，進(jìn)行監(jiān)測，單片機(jī)讀取傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)環(huán)境參數(shù)達(dá)到設(shè)定值自動控制路燈開關(guān)，并且將路燈開關(guān)情況串口傳輸?shù)絅BIOT模塊上位機(jī)監(jiān)測路燈運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)檢測到有路燈運(yùn)行異常時傳輸一個特定的報(bào)警參數(shù)和位置信息到云平臺進(jìn)行報(bào)警提示，工作人員就可以更具傳回的位置信息快速維修。晚上通過人體紅外傳感器檢測是否有人路過程序控制電路調(diào)節(jié)路燈亮暗，PM2.5傳感器檢測空氣質(zhì)量判斷是否有霧霾等天氣來控制路燈。

3 LED智慧路燈在照明系統(tǒng)中的實(shí)踐應(yīng)用

智慧路燈光源是通過LED照明的，夜間可以發(fā)射出柔和的暖白色光，并且根據(jù)人流量和天氣情況自動調(diào)光，這和傳統(tǒng)路燈相比節(jié)能至少60%以上，在維修方面因?yàn)槊恳槐K燈并不是串聯(lián)工作，是單獨(dú)獨(dú)立工作和檢測，所以可以大大減少他們的工作量。并且可以利用云控制中心進(jìn)行照明自動化監(jiān)控、維護(hù)和管理，加強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的管理，從而可以應(yīng)對各種突發(fā)狀況，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了人機(jī)合作的理念[3]。人們采用遠(yuǎn)程和本地計(jì)算機(jī)等監(jiān)控終端，可以實(shí)時對路燈的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。從而大大減少了人員利用，并且節(jié)約能源。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)根據(jù)傳統(tǒng)LED燈的不足設(shè)計(jì)了一款基于NB-IOT技術(shù)的智慧路燈控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)路燈亮燈的自動調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)程照明的監(jiān)管控制，故障主動報(bào)警，采用云平臺檢測信息，減少人力資源的浪費(fèi)，大大節(jié)約人力物力財(cái)力，對我們的生活帶來了很大的便捷。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陽波，陳開仁，李忠良.基于NB-IoT的智慧路燈系統(tǒng)[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（12）：91-93.

[2]成開元，廉小親，周棟，等.基于NB-IoT的城市智慧路燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測控技術(shù)，2018，37（7）：23-26+81.

[3]鄭炳松.基于NB-IoT的智慧路燈在智慧城市中的應(yīng)用分析[J].智能建筑與智慧城市，2017（12）：97-100.