基于NB-IOT技术的智慧路灯

朱泓金　李扬

【摘 要】本设计是一款基于NB-IOT的智慧路灯，它利用NB-IOT网络传输对路灯进行远程监测和控制，并且每个路灯可以更具自身传感器进行环境检测自动调节路灯开关并将环境检测数据通过NB-IOT传输到终端。

【关键字】物联网;智慧城市;NB-IOT;智慧路灯

中图分类号： TN929.5;TP391.44;TU113.666 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）32-0119-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.054

0 前言

隨着时代的发展，城市更加智能化，路灯作为城市夜晚生活的代名词也逐渐出现在人们的眼中。传统路灯是通过分散时控的方法控制的，按照预先设定的时间状况自动开或者关，这种老式路灯存在很多问题，它不能向我们实时反馈路灯工作情况并且容易出现故障，监测困难，需要大量人员进行定点定时的排查，有一些路灯采用的是串联工作，当其中一盏路灯出现故障，会导致其他所有灯都不工作，对人们的日常生活和维护带来很大的不便[1]。故我们设计了一款基于NB-IOT网络传输技术的智慧路灯的监测系统，可以单独检测和控制每一盏路灯，并且能实现故障的主动报警和精准定位，并且能够检测到环境参数传递到云平台进行监控。

1 需求分析与智慧LED路灯的设计分析

1.1 需求分析

本设计研究分析内容有以下几点：

（1）NB-IoT 技术的研究与其在智慧路灯方面的应用。

（2）Led 灯恒流驱动电路设计。

（3）路灯控制所使用光照传感器应用电路设计。

（4）阴雨天气根据亮度感知及温湿度传感器检测应用电路设计。

（5）红外探测传感器应用设计，进行实时的通过监测红外线波长区别行人和车辆，对路灯进行控制;

1.2 NB-IOT技术分析

NB-IOT是构建于蜂窝网络进行万物互联的一种新型科学技术，它是华为在2014年首先提出并开始大范围推广的新技术，通过NB-IOT实现万物互联的物联网新时代，NB-IOT的宽带消耗大概到180KHz，网络直接部署有GSM、UMTS和LET，大大减小了成本和能源损耗。NBIOT技术拥有覆盖范围广、连接多、速率低、成本低、功耗低等特点，并且因为运用的是License频段所以可以与网络共存[2]。

2 智慧LED路灯的设计

2.1 硬件设计

我们所设计的智慧路灯硬件由核心控制模块STM32单片机、NB-IOT联网模块、继电器控制模块、传感器检测模块、供电电源模块、LED路灯组成。

图1 LED路灯硬件图

（1）核心控制模块STM32单片机，系统主要部分，是路灯主要检测控制的核心部件，使用的是STM32系列的嵌入式单片机。这款芯片内核采用了超低功耗的ARM Cortex-M处理器，自带唤醒功能的低功耗模式，兼容5V和3.3V的I/O口管脚，内部含有RC振荡器和复位电路。并且它的性能相对51单片机要高，成本要低。

（2）传感器模块运用了光敏传感器，人体红外传感器以及PM2.5气敏检测传感器。运用光敏传感器可以根据天气的亮度自动开灯或关灯，这给夜晚人们的出行带来了很大的便捷。利用人体红外传感器，当夜间有人出行时，传感器感应到人亮起，当人具体路灯一定距离时自动熄灭，这样可以大大节约能源，减少不必要的浪费。PM2.5检测中，我们用到的是粉尘传感器进行检测，检测到粉尘值较大时就可以检测当地否有大量雾霾来控制路灯开启路灯照亮道路。

（3）控制电路继电器是一种电子控制器件，具有控制系统和被控制系统，控制单片机和智慧路灯的总桥梁，继电器断开，切断他们之间的联系路灯无法工作，继电器合上，接通两者，控制路灯工作。

（4）调光光源模块在LED驱动电路上进行脉宽调制实现占空，消除路灯频闪现象。通过PWM调节，可以使路面保持高亮度，改变恒流输出电流实现模块的调光功能。

2.2 软件设计

我们所设计的智慧路灯软件设计主要运用C语言对STM32单片机进行编程控制NBIOT联网模块进行串口连接传输数据到云平台。然后STM32检测传感器模块检测传回的信号去运行对应程序控制NBIOT向云平台传输数据程序自动控制LED路灯控制模块控制路灯亮灭。

图2 程序流程图

电源开启程序启动，传感器模块检测环境参数，stm32单片机检测读取传感器的环境检测参数，通过STM32串口通信运用NBIOT模块进行数据传输，将传感器检测数据传输到云平台上，进行监测，单片机读取传感器数据，当环境参数达到设定值自动控制路灯开关，并且将路灯开关情况串口传输到NBIOT模块上位机监测路灯运行状态，当检测到有路灯运行异常时传输一个特定的报警参数和位置信息到云平台进行报警提示，工作人员就可以更具传回的位置信息快速维修。晚上通过人体红外传感器检测是否有人路过程序控制电路调节路灯亮暗，PM2.5传感器检测空气质量判断是否有雾霾等天气来控制路灯。

3 LED智慧路灯在照明系统中的实践应用

智慧路灯光源是通过LED照明的，夜间可以发射出柔和的暖白色光，并且根据人流量和天气情况自动调光，这和传统路灯相比节能至少60%以上，在维修方面因为每一盏灯并不是串联工作，是单独独立工作和检测，所以可以大大减少他们的工作量。并且可以利用云控制中心进行照明自动化监控、维护和管理，加强了系统数据信息的管理，从而可以应对各种突发状况，进一步实现了人机合作的理念[3]。人们采用远程和本地计算机等监控终端，可以实时对路灯的监控网络。从而大大减少了人员利用，并且节约能源。

4 结束语

本设计根据传统LED灯的不足设计了一款基于NB-IOT技术的智慧路灯控制系统，可以实现路灯亮灯的自动调节，远程照明的监管控制，故障主动报警，采用云平台检测信息，减少人力资源的浪费，大大节约人力物力财力，对我们的生活带来了很大的便捷。

【参考文献】

[1]阳波，陈开仁，李忠良.基于NB-IoT的智慧路灯系统[J]. 物联网技术，2017，7（12）：91-93.

[2]成开元，廉小亲，周栋，等.基于NB-IoT的城市智慧路灯监控系统设计[J].测控技术，2018，37（7）：23-26+81.

[3]郑炳松.基于NB-IoT的智慧路灯在智慧城市中的应用分析[J].智能建筑与智慧城市，2017（12）：97-100.