在路燈的實際應用過程中會出現控制、檢測以及安全問題，包括路燈不能根據實際情況(天氣突變、重大事件、節日)及時校時和修改開關燈時間，也無法進行LED燈調光，無法實現二次節能；故障依據主要來源于巡視人員上報和市民投訴，缺乏主動性、及時性和可靠性，不能實時、準確、全面地監控全城的路燈運行狀況。管理部門缺乏統一調度的能力，只能以逐個配電柜為單元進行調整，不僅費時費力，而且增加了人為誤操作的可能性；設備易丟失故障無法定位，無法準確發現電纜盜割、燈頭被盜和斷路，一旦出現以上情況將帶來巨大的經濟損失，同時影響市民的正常生活及出行安全。

目前，國家層面已經發布了《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》，指出2020年建成一批特色鮮明的智慧城市，實現公共服務便捷化、城市管理精細化、生活環境宜居化、基礎設施智能化等。降本增效和精細化運營的內部需求也驅動智能路燈建設，以降低人工巡檢成本，減少因為安全問題帶來的經濟損失，提高控制準確性、全面性，統一調度。NB—IoT技術相比其他控制技術，能夠很好地滿足以上需求，實現路燈的智能化控制，促進智慧城市建設，滿足降本增效和精細化運營的內部管理需求。

一、路燈的發展狀況

路燈從白熾燈開始，經歷了氣體放電燈、LED燈階段，能耗逐漸降低，智能化程度不斷提高。目前LED路燈的光效可達160lpw，比白熾燈節電90％以上，比高壓鈉燈節電5O％～70％，壽命高達50000hrs以上，可選PLC或者zigbee等技術組網控制。

近年來，我國城市建設呈現高速增長態勢。作為城市基礎建設的一部分，城市道路照明也得到了快速發展，據國家數據顯示，從2007年至2015年近十年間，全國城市道路照明路燈數量由1395萬盞增加到2423萬盞，年均復合增長率達到7.14％。在城市道路照明路燈的使用類型方面，按道路照明路燈光源的不同，可以分為高壓鈉燈、LED路燈、節能路燈、新型氙氣路燈等。

按照光源分，鈉燈占絕大比例，其次是LED燈，其余燈種類占比較小。

根據對包括所有直轄市、省會城市、計劃單列市在內Ag81個重點城市的統計，智能監控儀的總數最多，已達21826點，分別是時控、光控和防盜監控點Ag3倍、6.8倍、9.2倍。

在城市道路照明監控系統使用情況中，“三遙”系統使用普遍，占64％；其次是“五遙”系統，占23％；“四遙”和GPRS系統分別占5％和8％。

二、路燈智能化演進存在的問題

監控管理方式相對粗放。傳統的“三遙”系統只能實現回路級別的采集和控制，對單燈運行情況無法實時、準確監控，出現燈具故障無法及時反饋到監控中心，不能實現智能化監控和精細化管理。另外也不能對故障處理情況實時跟蹤、分析，影響照明生產管理考核和決策判斷。

能源消耗偏大。缺少靈活有效的節能控制手段，過度照明和照明不足的矛盾難以調和(即前半夜按照城市形象照度運行，后半夜采取節能照度運行)，無法實現按需照明，從而在保障照明質量的前提下有效降低照明能耗。

運行維護效率低、成本偏高?，F階段的照明設施故障發現機制主要采用人工巡查模式，工作量巨大，還可能留有盲區，運維效率低，難以實現主動服務，保障服務質量；在維護過程中，對材料的采購也缺少科學依據，不適當的材料備貨會造成資金占用，不能對材料進行精細化管理。

設施安全難以保障。缺少實時監管措施，照明電纜等設施頻繁被盜或損壞，給照明管理部門造成直接的經濟損失，嚴重影響城市照明的正常運行，同時帶來安全隱患。設施資源缺乏有效管理。城市照明設施資源管理基本停留在人工臺賬時代，缺少信息化手段，設施資源數量不清、狀態不明，不利于運維養護。

智能路燈的方案給路燈帶來的好處顯而易見，然而我國城市路燈仍以傳統的非智能化的鈉燈為主，智能化改造遇到的阻力很大：、1：LED路燈的成本較高。l2把鈉燈換成LED燈，并智能化升級，全城改造要花費幾個月時間。、3將鈉燈更換成LED燈，節能不節錢，還增加了工作量，通常路燈維修需要三個人，一個開車、一個維修、一個現場維護。盡管已經取得了長足進步，但路燈用LED燈仍然存在缺陷，例如穿透性不夠強，霧霾天氣下難照亮；散射能力比鈉燈差，照射范圍小。

三、NB-IoT技術在智能路燈控制中的技術選擇對比分析

當前主要采用組控方式，隨著路燈對控制精細化要求的不斷提高，以及智慧城市建設進程的不斷加快，部分城市開始采用單控。智能路燈單控主要采用兩跳和一跳系統，兩跳通過FAN網絡計算匯聚后再接入平臺，一跳通過WAN直接與平臺通信。

兩跳：市政路燈管理以路段為單元，各路段配備配電柜供電。路段電氣參數采集器與網關通常合一，部署在配電柜。在路燈桿上拓展需要進行邊緣計算的應用，如W、安防監控、廣告屏等。目前FAN網絡主要采用PLC、ZigBee/RF技術。

一跳：單燈故障定位、單燈開關、調光不需要本地集中計算控制。離散擴展應用直接接入網絡，無須本地進行集中計算控制。一跳網絡使整個路燈網絡更加簡單，業務側只需關注應用層標準，可快速接入不同廠商設備。

兩跳方案分為PLC和Zigbee/RF技術兩種，同時搭配GPRS技術，實現路燈控制。一跳方案主要為LoRa和NB—IoT兩種，經過對比分析發現，一跳整個路燈網絡簡單，業務側只需關注應用層標準，可快速接入不同廠商的設備，同時一跳中的NB-IoT技術更加優良。

目前在城市公共照明單燈智能化監控領域，電纜線載波通信是底層通信技術的主流方向，在實際應用中約占90％的比例；ZigBee技術也有一定應用，約占1O％的*；其他技術則應用較少。在遠程傳輸領域，目前大部分是利用GPRS技術，未來NB—IoT等技術將逐漸增多。

從成本角度看，NB—IoT的技術其中包括建設成本、運行成本和年均成本等。從技術角度講，NB—IoT更適合路燈控制，因為其覆蓋較廣、容量較大，通信質量有保障。

四、智能路燈NB-IoT拓展策略

4.1聚合

建立*試點效應。聯合路燈所、路燈廠家、終端系統解決方案商，運營商通過提供終端補貼，推動智能路燈廠商進行終端改造，打造NB—IoT示范應用工程。

推動路燈產業聚合。通過聚合模組供應商、路燈廠商、平臺提供商、系統集成商、路燈管理等，搭建產業聯盟，形成行業標準，降低智能路燈制造、智能芯片模組等成本，聚力推動路燈行業成熟，以低資費吸引用戶使用，短時間快速擴大路燈使用規模。

4.2爭取主動權

以管道為基礎，大力推廣平臺層內容，讓路燈在智能化的基礎上成為智慧城市和智能交通等的載體。應利用運營商資源優勢，推廣宣傳示范成果，搶占先機，爭奪智能路燈平臺話語權。

4.3開闊思路，豐富服務內容

利用路燈的*優勢，結合NB—IoT技術特點，擴展路燈服務。比如，將路燈變成環境氣象站，在智能網關上增加PM2.5、溫濕度等傳感器，在路燈載體上播報當地氣象、環境等城市綜合信息。

五、智能路燈的NB-IoT技術監控系統

道路照明是人們生活中*的道路交通安全設施．傳統的道路照明采取集中供電（夜晚點亮、白天關閉）的固定管理模式，存在諸多弊端：（１）不能根據周圍的人車流量、天氣的變化來調節路燈亮度；（２）不能遠程設定亮燈模式和修訂參數；（３）不能自動報故障和定位故障的具體地點．為了節約電能、方便人們出行，有必要對傳統的路燈控制系統進行升級改造．窄帶物聯網（ＮａｒｒｏｗＢａｎｄＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ，簡稱ＮＢ－ＩｏＴ）技術已成為萬物互聯網絡的一個重要分支，是基于蜂窩網絡，由３ＧＰＰ組織所制定的通信技術，利用的ＧＳＭ和ＬＴＥ頻段，使用現有的４Ｇ基站和相關設備，不需重新構建網絡．ＮＢ－ＩｏＴ技術具有如下優點：（１）廣覆蓋．依托三大運營商的網絡實現全國覆蓋．（２）深層次覆蓋．（３）低功耗．基于這些優點，可將ＮＢ－ＩｏＴ技術應用到路燈監控系統中，對路燈的運行狀態及其相關設備進行監控，實現高效智能化、科學化的管理．將ＮＢ－ＩｏＴ技術應用到智能路燈監控系統中，使每一盞路燈都接入網絡，且都有的ＩＤ識別碼．這樣，系統就能對路燈進行實時的監控管理，有效地提高系統運行的效率，節約電能，滿足智慧城鎮發展和建設的要求．

5.1智能路燈監控系統的網絡架構

基于ＮＢ－ＩｏＴ技術的智能路燈監控系統包括感知層、網絡層和應用層．感知層由單獨的路燈控制模塊和ＮＢ－ＩｏＴ終端構成．道路上的每個路燈都安裝１個路燈控制模塊，路燈控制模塊管理路燈的開關、負責數據信息的采集和監控路燈的運行狀態，它通過ＮＢ－ＩｏＴ網絡與ＮＢ－ＩｏＴ終端進行無線通信；ＮＢ－ＩｏＴ終端將路燈控制模塊采集的數據信息上傳到ＮＢ－ＩｏＴ基站，將應用層中的手機或監控中心的管理命令下達到路燈控制模塊，對感知層的路燈進行管理和監控．網路層由ＮＢ－ＩｏＴ基站和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網絡構成．Ｉｎｔｅｒ－ｎｅｔ網絡主要應用４Ｇ的ＬＴＥ平臺，將感知層的數據信息實時地傳送到應用層，同時將應用層的控制命令傳送到感知層．智能路燈監控系統網絡架構如圖１所示．

5.2系統硬件設計

（1）路燈控制模塊：路燈控制模塊結構框圖如圖２所示．路燈控制模塊是感知層的核心部件，對路燈的現場進行監控和管理，主要由微控制器、ＮＢ－ＩｏＴ模組、ＧＰＳ定位單元、信息采集模組、檢測電路和驅動電路構成．每個路燈控制模塊設置的ＩＤ碼，便于識別不同的路燈．ＧＰＳ定位單元能夠定位路燈的具體位置，為路燈的監控和檢修提供詳細的地址．ＮＢ－ＩｏＴ模組實現路燈控制模塊與ＮＢ－ＩｏＴ終端的通信．路燈控制模塊通過ＮＢ－ＩｏＴ模組將信息采集模組采集的路燈現場數據信息發送到ＮＢ－ＩｏＴ終端，同時接收應用層通過ＮＢ－ＩｏＴ終端傳遞的各種控制命令．信息采集模組主要由溫濕度傳感器、光照傳感器、車流量傳感器和熱釋電紅外傳感器構成．溫濕度傳感器采集周圍環境的溫度和濕度，光照傳感器采集光照的強度，車流量傳感器采集道路上的車流量，熱釋電紅外傳感器采集道路上的行人流量．檢測電路檢測系統供電的電能質量、路燈的電壓及電流和路燈的運行狀態，驅動電路用于控制路燈的開關和亮度調節．

（2）ＮＢ－ＩｏＴ終端：ＮＢ－ＩｏＴ終端采用工業級３２位的ＡＲＭ９系列芯片，以嵌入式實時操作系統為支撐，可以大容量地接入路燈控制模塊，通過無線的方式與路燈控制模塊進行信息通信．同時備有有線ＲＳ４８５和ＲＳ２３２串口通信，接收路燈控制模塊采集的數據信息和路燈運行的狀態參數，傳遞監控中心下達的控制命令．根據路燈的數量和系統實際控制的需求，通過計算分析，合理地規劃ＮＢ－ＩｏＴ終端數量和布置地點，使每個ＮＢ－ＩｏＴ終端都能與接入它的路燈控制模塊進行雙向通信．

（3）ＮＢ－ＩｏＴ基站：由于４Ｇ通信網絡基站分布較多，信號覆蓋范圍廣，利用現有的４Ｇ通信基站規劃架設ＮＢ－ＩｏＴ網絡基站，可使信號覆蓋范圍更廣，傳輸能力更強．ＮＢ－ＩｏＴ基站部署在現有的基站上，路燈現場數據信息通過三大運營商的４Ｇ網絡實現有線遠距離傳輸，被傳送到監控中心，同時，ＮＢ－ＩｏＴ基站將所接收的監控中心的控制命令下達到路燈控制模塊．

5.3監控中心軟件設計

監控系統應用層主要由移動中心和報警裝置構成．監控中心是應用層的核心，是感知層處理數據、管理狀態、處理故障和管理能耗的人機交互的平臺．通過移動手機上的監控ＡＰＰ，工作人員可以隨時隨地監測和管理路燈的運行．

監控中心是工作人員和遠程監控系統的人機交互窗口，可以直接反映整個系統數據采集的情況和路燈運行的狀態，因此其設計必須滿足控制的要求，還要兼顧整個系統的實時性、可操作性和穩定性．監控中心軟件的功能模塊框圖如圖３所示．數據處理實現數據的采集、存儲、查詢和報表的輸出打?。當祿杉饕杉瘻貪穸?、光照強度、車流量、人流量，以及路燈的電壓、電流、功率等參數；數據存儲主要存儲現場的數據信息；數據查詢可以快速查詢歷史數據．狀態管理實現系統參數的設置、路燈控制模式的設定、路燈模式的設定、路燈調光模式的設定和運行狀態的查詢．路燈控制模式可以采用自動控制模式、經緯度模式、節假日模式和臨時模式等；路燈模式可以針對不同的單個路燈、某一路段的路燈和某一區域的路燈進行設定；路燈調光模式可以根據車流量和人流量自動地開啟相關路燈，還可以根據時間段設定不同百分比的ＰＷＭ開關路燈，或根據采集的自然環境信息實現全開、半開或全關路燈．故障處理實現故障的自動監測、故障位置信息的鎖定和自動報警，并以短信的形式通知工作人員．能耗管理實現遠程抄表、各路段和系統的能耗統計，能耗可以按照時間生成曲線報表，供工作人員分析．

總結

設計了一套基于ＮＢ－ＩｏＴ技術的智能路燈監控系統，該系統利用路燈控制模塊采集現場數據信息，再利用ＮＢ－ＩｏＴ終端將現場數據通過無線網絡傳輸到網絡層．網絡層利用ＮＢ－ＩｏＴ基站和４Ｇ網絡實現數據信息的上傳與控制命令的下達．基于ＮＢ－ＩｏＴ技術的智能路燈監控系統實現了數據處理、狀態管理、故障處理和能耗管理等４大功能，符合物聯網路燈控制系統的實時性、自動化和物物互聯的需求，提升了路燈照明監控系統的智能化，提高了系統的管理水平和技術服務水平，能為建設節能環保型的綠色城鎮發揮作用．

以上就是我們深圳市組創微電子有限公司為您介紹的智能路燈方案詳情。如果您有智能路燈監控系統的開發設計需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產品定制開發經驗，可以盡快評估開發周期與IC價格，也可以核算PCBA報價。我們是多家國內外芯片代理商：松翰、應廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍牙IC與模塊、wifi模塊。我們的開發能力涵蓋了PCB設計、單片機開發、藍牙技術開發、軟件定制開發、APP定制開發、微信公眾號開發等軟硬件設計。還可以承接智能電子產品研發、家用電器方案設計、美容儀器開發、物聯網應用開發、智能家居方案設計、TWS耳機開發、藍牙耳機音箱開發、兒童玩具方案開發、電子教育產品研發。