基于LoRa和NB-IOT的雙模路燈控制系統的設計與實現

文/吳俊

1 引言

目前，國內城市的路燈管理和監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行路燈的開關燈和維護，這樣會浪費大量的人力和物力。這種相對簡單、粗放、智能化程度和節能水平偏低的照明監管方式，因為無法實時獲取每一盞路燈的狀態，無法根據外部的環境因素、時間因素自動調整每一盞路燈的亮度和開關，已經不能夠勝任現在公眾和政府對智能化照明的要求。本文提出通過構建一種基于LoRa和NBIOT的雙模路燈控制系統，可以通過調光、開關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，從而達到節能減排的目的；同時通過白天自動關閉路燈可以讓路燈線路可以24小時持續為5G基站、智慧城市物聯網終端供電，加速智慧城市和5G網絡的建設速度，為中國的不斷的發展做出了貢獻。

2 LoRa和NB-IOT雙模路燈控制系統的技術優勢

相較于傳統的人力控制和變電箱控制，無線路燈控制技術具有非常明顯的優勢，但是因為技術的不成熟和費用等問題一直沒有被大力推廣和全面應用。本系統涉及的的LoRa和NB-IOT無線技術都是采用的最新的窄帶物聯網技術，相比之前的zigbee和GPRS無線技術在抗干擾能力、傳輸距離、覆蓋范圍、穩定性、費用方面都具有較大的優勢，能夠滿足城市路燈分布密集、數量多、實時性要求高的需求。但是任何一種無線技術方式都會存在被干擾、信號不良等問題，為了保證設備的可靠性，本系統將兩種最新的無線通訊技術相結合，如果其中一種通訊方式出現問題，本系統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送，并會將相關錯誤信息及時傳遞到遠程控制中心。如圖1所示。

3 LoRa和NB-IOT雙模路燈控制系統的總體框架

雙模路燈控制系統主要由單燈控制器、通訊系統、路燈管理平臺構成,其中單燈控制器主要負責采集路燈的實時數據并通過LoRa和NB-IOT雙模通訊系統發送到路燈管理平臺，同時接收路燈管理平臺發送的各種命令，從而實現控制路燈遠程開關燈、調光、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雙模通訊系統可以實時監測無線信號的質量，在某一種無線信號質量不佳時會無縫切換到另一種通訊模式進行數據傳輸，從而保證數據傳輸的準確性，提高系統的準確性。

路燈管理平臺可以記錄每一盞路燈的實時數據，當路燈發生故障時，會及時派發工單給相關班組人員，從而改變原有路燈的維護模式，從巡修變為定點維修。如圖2所示。

4 應用案例

南京市為響應政府的節能減排、智慧城市的號召，已經部署超過了2萬盞單燈控制器，為路燈智能化奠定了堅實的基礎。同時在龍山南路、龍泰路、江北大道率先部署了300套雙模單燈控制器，各項路燈數據能夠通過雙模單燈控制器實時上傳到路燈管理平臺，路燈維護班組只需根據路燈管理平臺派發的工單進行單燈維護管養，為南京市路燈處節省了大量的人力物力。如圖3所示。

5 結語

目前智慧路燈控制系統的建設主要還是由一些大城市在推動，但是隨著經濟的不斷發展和技術的不斷改進，智慧路燈控制系統將不斷的被應用和推廣，為社會帶來巨大的效益。同時隨著智慧城市和5G網絡的飛速發展，路燈控制系統將是保障智慧城市和5G網絡建設的重要基礎，路燈通過智能控制系統將成為物聯網時代最重要的角色之一。

圖2：雙模路燈控制系統結構圖

圖3