基于NB-iot的城市照明单灯监控系统设计

广东正力通用电气有限公司　刘志祖

现如今，人们的生活已经离不开电。在2016年3月19日，全球178个国家和地区都进行了熄灯一小时活动，举办该活动是为了让更多的人关注全球的环境问题，但是在熄灯一小时期间多个地区的生活陷入“困境”，顿时显得手足无措，生活模式紊乱，很多人即使积极投入到此活动中想为保护环境做一点贡献，但他们也觉得没有电生活将无法继续。因此，我们就需要在城市或农村的发展中应用新技术，尽量减少城市照明单灯的用电亮，提高其节能性。其中文中重点介绍了集中器采用NB-IoT技术与数据监控中心服务器连接，从而实现了覆盖广、穿透力强、抗干扰性能好、成本低的特点，能大大提升路灯远程监控管理的水平，同时还能够有效提高城市照明单灯的使用效率。

1　引言

在进入到二十一世纪以后，我国逐渐步入到了信息化时代，互联网技术在一些行业进行了全面覆盖，智能化、技术化应用较为突出。同时随着互联网大数据时代的来临以及智慧城市的构建，城市照明亮化工程已取得较大的进步，改变了传统仅靠人工管理的弊端。对城市照明单灯采用了智能系统化的管理，智能路灯监控系统采用NB-iot与LoRa技术相结合，以其优越的各种技术性能和芯片越来越低的制造成本，很好地解决了现有2.4G无线技术中遇到的传输距离短、信号穿透力差、通讯易干扰的问题；也免去了有线组网中布线复杂、故障排查难且成本高的困扰，还能兼容现有的监控中心系统，大大提高了城市照明的管理水平，具有良好的社会经济效益和实用性。但由于在实际操作中工作过程存在复杂性，难免会产生一些问题，这就要求我们不断进行技术更新，及时解决一些突发性问题。本文所讨论的NB-iot技术是在互联网基础上最新研究出的关于城市照明单灯的设计方法，其有很多优势在路灯的实际应用中都已经体现出来了，针对其问题和改进方法首先要从其系统原理开始进行介绍，在了解其原理的基础上，再进行NB-iot技术的设计进行分析。仅供业内人士参考。

2　关于NB-iot技术的介绍

在信息化大潮的影响下，信息化技术在我国众多行业中已经得到了普遍的应用，而NB-iot技术就是在互联网基础上产生的，因此具有很多智能化功能，相对于传统的路灯系统来说占有更多的优势，克服了传统路灯系统所存在的弊端。NB-iot技术是基于蜂窝的窄带物联网，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。它采用3GPP授权频段能避免干扰问题，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络。NB-iot技术可以进行远程监控，对广阔的路灯区域网进行更好的监控；当路灯系统发生故障时，利用NB-iot技术可以及时进行数据分析，这样工作人员就会针对状况进行维修，不断提升城市照明单灯的质量。但是NB-iot技术在实际应用中也会产生一些问题，例如电力载波方式可能会因为埋地线路铺设的不规范或者不明谐波信号干扰，导致故障原因排查困难且成本高。针对实际中的一些问题，就需要对NB-iot技术进行不断的更新、改善，尽量完善其工作系统，使其发挥它更好的作用，为城市化的发展贡献一份力量。

3　系统总体架构及原理

在了解NB-iot技术后，首先需要掌握的是其优点和特性，NB-iot系统具有覆盖广且深、节点多、速率低、成本低、功耗少、架构优的特性。因此在应用中，NB-iot技术系统可以优化城市的整体环境，通过研究其系统总体架构及原理，发现其良好的技术特性，并可以针对在实际应用中存在的问题做出相应的对策。智能路灯监控系统主要由单灯控制器、（中继器）、路灯集中器和监控中心组成，用户工作站或数据监控中心通过电信运营商的提供的NB-iot网络与集中器连接，进行指令的接收或下发；按指令要求执行开关灯或数据电能量等参数采集，从而实现路灯的远程智能监控。通过对其系统总体架构和原理的分析，发现NB-iot技术具有很多优质特性，并且能够有效的克服传统路灯系统存在的问题。信息化技术在不断地更新，在快节奏的时代下，我们应该紧跟时代的步伐，积极改进技术应用，在降低生产成本、提高节能效率的基础上推进城市化水平的提高，同时还要坚持走可持续发展道路，减少对环境的破坏。

4　基于NB-iot技术的硬件设计

4.1　单灯控制器

NB-iot技术拥有很多功能，针对于其在硬件设计的应用从两个方面进行了分析，首先是NB-iot技术在单灯控制器中的应用。NB-iot技术在单灯控制器中的应用主要由MCU对电能量参数实时采集并进行相应的逻辑分析得到路灯的运行状况；然后通过系统对数据进行接受与分析，根据集中器的指令需求执行开关灯控制或数据反馈；简单的分析单灯控制器存在的问题，以及单灯的亮灯率，通过对单灯控制器的系统应用分析，在进行硬件设计时可以更加注重单灯控制器的质量与应用效果。同时，方案中的STM32F0308C主控芯片，不仅成本低廉，还具有IAP远程FLASH升级的功能，在原有硬件电路不变的情况下可以对程序进行升级，大大降低了优化和维护的成本。

4.2　路灯集中器

NB-iot系统是一套全新的计算机辅助设计、生产及信息自集成软件系统，可用多种方法建立三维城市路灯系统数字模型。应用统一的城市路灯数字模型，在对城市路灯监控系统设计的各个阶段能够实现各专业之间的信息共享，从而可以通过网络实现并行设计，降低专业间的协调成本，减少设计和制造中的修改工作量。因此在实际生产应用时便可以结合设计进行制造，既提高了经济效益，又降低了危险发生。对于路灯集中器的设计，电路中采用高速32位嵌入式ARM9处理器芯片STM32F103，LoRa的SX1278超低耗远距离收发控制芯片，以及第一款NB-iot的BC95B8模块。集中器同样具有IAP远程升级功能，并使用Linux或uC/OS-II等嵌入式实时多任务操作系统，对工作站或监控中心下发的指令进行及时处理，在空闲时对其下属的单灯控制器进行点对点轮询以采集并保存历史数据，如有告警事件应及时向监控中心主动上报并记录。

5　监控中心软件设计

二十一世纪是信息化时代，智能化已经在很多行业的生产发展中得到应用。在对城市路灯的设计中也要提高信息化、智能化技术的应用，积极学习国外先进技术应用，通过智能化技术在城市路灯设计中的应用，从而来降低城市路灯的控制和管理难度，减少人为误操作，提高设备及城市路灯系统的安全。在城市路灯系统中，监控中心是整个系统的核心技术，因此对于监控中心软件的设计必须重视起来。监控中心软件是智能路灯远程监控系统和使用人员交互的窗口，后台软件的设计是整个系统数据分析和管理的核心。对于核心软件的设计必须要达到技术要求，同时也要注意其的安全性。另一方面，上位机平台的界面简洁、功能齐全、逻辑清晰，能降低相关人员的操作难度且易于管理和维护。

总结

由于我国的国情及经济发展水平显著提高了对城市整体环境美观的需求，面对城市路灯系统的改善问题以及其工序的繁琐、制作周期长等，还需要不断地利用信息化技术对其进行技术更新。对于NB-iot技术在城市路灯监控系统中的设计应用，其设计应首先要应用最新技术，只有不断的更新设计技术，才能发现原来设计中存在的缺点，或者是在实际应用中存在的安全问题等。为了降低城市路灯系统应用的成本，提高城市路灯在实际应用中的安全性，节能高效性，就需要不断的应用新技术在城市路灯系统的设计中，国内的一些小型企业和大中型企业就必须不断提升自身的技术实力，不断提升我国城市路灯设计水平。要想全面替代传统的路灯系统方式，就必须加强最新技术在路灯系统中的应用，真正发挥其具有的多种优质特性，推动我国经济水平不断提升。

[1]物联网智库.一幅漫画告诉你:NB-IoT背后,还有一个大家都在说的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产学研联盟.从技术到应用对比LoRa、NB-IoT,企业如何正确打开物联网大门[EB/OL].http://www.ednchina.com/news/article/20170519LoRa,2017-05-19.

[4]邓士伟.城市照明单灯监控系统研究及应用[J].机电信息,2017(24):59+61.

[5]周静,王鹏展.浅析城市照明单灯监控体系的建设与运营[J].照明工程学报,2017,28(02):117-120+132.