基于LoRa和NB-IOT的双模路灯控制系统的设计与实现

文/吴俊

1 引言

目前，国内城市的路灯管理和监测方式普遍还是比较落后的，大部分城市仍然采用的是手动控制和人力巡查的方式进行路灯的开关灯和维护，这样会浪费大量的人力和物力。这种相对简单、粗放、智能化程度和节能水平偏低的照明监管方式，因为无法实时获取每一盏路灯的状态，无法根据外部的环境因素、时间因素自动调整每一盏路灯的亮度和开关，已经不能够胜任现在公众和政府对智能化照明的要求。本文提出通过构建一种基于LoRa和NBIOT的双模路灯控制系统，可以通过调光、开关灯策略等方式降功率运行，既提高了路灯的管理效率，又提升了城市路灯控制智能化的程度，从而达到节能减排的目的；同时通过白天自动关闭路灯可以让路灯线路可以24小时持续为5G基站、智慧城市物联网终端供电，加速智慧城市和5G网络的建设速度，为中国的不断的发展做出了贡献。

2 LoRa和NB-IOT双模路灯控制系统的技术优势

相较于传统的人力控制和变电箱控制，无线路灯控制技术具有非常明显的优势，但是因为技术的不成熟和费用等问题一直没有被大力推广和全面应用。本系统涉及的的LoRa和NB-IOT无线技术都是采用的最新的窄带物联网技术，相比之前的zigbee和GPRS无线技术在抗干扰能力、传输距离、覆盖范围、稳定性、费用方面都具有较大的优势，能够满足城市路灯分布密集、数量多、实时性要求高的需求。但是任何一种无线技术方式都会存在被干扰、信号不良等问题，为了保证设备的可靠性，本系统将两种最新的无线通讯技术相结合，如果其中一种通讯方式出现问题，本系统会自动切换到另一种通讯方式，从而保证信息及指令完整可靠的接收和发送，并会将相关错误信息及时传递到远程控制中心。如图1所示。

3 LoRa和NB-IOT双模路灯控制系统的总体框架

双模路灯控制系统主要由单灯控制器、通讯系统、路灯管理平台构成,其中单灯控制器主要负责采集路灯的实时数据并通过LoRa和NB-IOT双模通讯系统发送到路灯管理平台，同时接收路灯管理平台发送的各种命令，从而实现控制路灯远程开关灯、调光、实时报警等功能。

图1：各类路灯无线通讯方式的对比图

LoRa和NB-IOT双模通讯系统可以实时监测无线信号的质量，在某一种无线信号质量不佳时会无缝切换到另一种通讯模式进行数据传输，从而保证数据传输的准确性，提高系统的准确性。

路灯管理平台可以记录每一盏路灯的实时数据，当路灯发生故障时，会及时派发工单给相关班组人员，从而改变原有路灯的维护模式，从巡修变为定点维修。如图2所示。

4 应用案例

南京市为响应政府的节能减排、智慧城市的号召，已经部署超过了2万盏单灯控制器，为路灯智能化奠定了坚实的基础。同时在龙山南路、龙泰路、江北大道率先部署了300套双模单灯控制器，各项路灯数据能够通过双模单灯控制器实时上传到路灯管理平台，路灯维护班组只需根据路灯管理平台派发的工单进行单灯维护管养，为南京市路灯处节省了大量的人力物力。如图3所示。

5 结语

目前智慧路灯控制系统的建设主要还是由一些大城市在推动，但是随着经济的不断发展和技术的不断改进，智慧路灯控制系统将不断的被应用和推广，为社会带来巨大的效益。同时随着智慧城市和5G网络的飞速发展，路灯控制系统将是保障智慧城市和5G网络建设的重要基础，路灯通过智能控制系统将成为物联网时代最重要的角色之一。

图2：双模路灯控制系统结构图

图3