基于LoRa和NB-IOT的雙模路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

文/吳俊

1 引言

目前，國內(nèi)城市的路燈管理和監(jiān)測方式普遍還是比較落后的，大部分城市仍然采用的是手動控制和人力巡查的方式進(jìn)行路燈的開關(guān)燈和維護(hù)，這樣會浪費大量的人力和物力。這種相對簡單、粗放、智能化程度和節(jié)能水平偏低的照明監(jiān)管方式，因為無法實時獲取每一盞路燈的狀態(tài)，無法根據(jù)外部的環(huán)境因素、時間因素自動調(diào)整每一盞路燈的亮度和開關(guān)，已經(jīng)不能夠勝任現(xiàn)在公眾和政府對智能化照明的要求。本文提出通過構(gòu)建一種基于LoRa和NBIOT的雙模路燈控制系統(tǒng)，可以通過調(diào)光、開關(guān)燈策略等方式降功率運行，既提高了路燈的管理效率，又提升了城市路燈控制智能化的程度，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的；同時通過白天自動關(guān)閉路燈可以讓路燈線路可以24小時持續(xù)為5G基站、智慧城市物聯(lián)網(wǎng)終端供電，加速智慧城市和5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度，為中國的不斷的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

2 LoRa和NB-IOT雙模路燈控制系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)的人力控制和變電箱控制，無線路燈控制技術(shù)具有非常明顯的優(yōu)勢，但是因為技術(shù)的不成熟和費用等問題一直沒有被大力推廣和全面應(yīng)用。本系統(tǒng)涉及的的LoRa和NB-IOT無線技術(shù)都是采用的最新的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，相比之前的zigbee和GPRS無線技術(shù)在抗干擾能力、傳輸距離、覆蓋范圍、穩(wěn)定性、費用方面都具有較大的優(yōu)勢，能夠滿足城市路燈分布密集、數(shù)量多、實時性要求高的需求。但是任何一種無線技術(shù)方式都會存在被干擾、信號不良等問題，為了保證設(shè)備的可靠性，本系統(tǒng)將兩種最新的無線通訊技術(shù)相結(jié)合，如果其中一種通訊方式出現(xiàn)問題，本系統(tǒng)會自動切換到另一種通訊方式，從而保證信息及指令完整可靠的接收和發(fā)送，并會將相關(guān)錯誤信息及時傳遞到遠(yuǎn)程控制中心。如圖1所示。

3 LoRa和NB-IOT雙模路燈控制系統(tǒng)的總體框架

雙模路燈控制系統(tǒng)主要由單燈控制器、通訊系統(tǒng)、路燈管理平臺構(gòu)成,其中單燈控制器主要負(fù)責(zé)采集路燈的實時數(shù)據(jù)并通過LoRa和NB-IOT雙模通訊系統(tǒng)發(fā)送到路燈管理平臺，同時接收路燈管理平臺發(fā)送的各種命令，從而實現(xiàn)控制路燈遠(yuǎn)程開關(guān)燈、調(diào)光、實時報警等功能。

圖1：各類路燈無線通訊方式的對比圖

LoRa和NB-IOT雙模通訊系統(tǒng)可以實時監(jiān)測無線信號的質(zhì)量，在某一種無線信號質(zhì)量不佳時會無縫切換到另一種通訊模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

路燈管理平臺可以記錄每一盞路燈的實時數(shù)據(jù)，當(dāng)路燈發(fā)生故障時，會及時派發(fā)工單給相關(guān)班組人員，從而改變原有路燈的維護(hù)模式，從巡修變?yōu)槎c維修。如圖2所示。

4 應(yīng)用案例

南京市為響應(yīng)政府的節(jié)能減排、智慧城市的號召，已經(jīng)部署超過了2萬盞單燈控制器，為路燈智能化奠定了堅實的基礎(chǔ)。同時在龍山南路、龍?zhí)┞贰⒔贝蟮缆氏炔渴鹆?00套雙模單燈控制器，各項路燈數(shù)據(jù)能夠通過雙模單燈控制器實時上傳到路燈管理平臺，路燈維護(hù)班組只需根據(jù)路燈管理平臺派發(fā)的工單進(jìn)行單燈維護(hù)管養(yǎng)，為南京市路燈處節(jié)省了大量的人力物力。如圖3所示。

5 結(jié)語

目前智慧路燈控制系統(tǒng)的建設(shè)主要還是由一些大城市在推動，但是隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷改進(jìn)，智慧路燈控制系統(tǒng)將不斷的被應(yīng)用和推廣，為社會帶來巨大的效益。同時隨著智慧城市和5G網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，路燈控制系統(tǒng)將是保障智慧城市和5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要基礎(chǔ)，路燈通過智能控制系統(tǒng)將成為物聯(lián)網(wǎng)時代最重要的角色之一。

圖2：雙模路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3