基于NB-IoT的智慧路灯监控系统(项目简介)

近期参加物联网设计大赛也作为明年的毕业设计,和好兄弟花费一个月的业余时间,实现从项目构思设备选型到现在的系统V1.0效果。

本项目效果参见:NB-IoT智慧路灯项目演示,感谢各位好友批评指正~

1、项目背景

每当夜幕降临,城市中各种各样、色彩缤纷的路灯亮起,为城市披上了一层绚丽的外衣。但在这绚丽的外表下则隐藏着巨大缺点:

1)能源浪费:由于城市的夜晚进入后半夜后,人们已经开始休息,街上人流量开始减少,有些地段在特殊时段根本不需要过多的路灯照明,导致能源浪费,增加了不必要的成本;

2)维护困难:由于使用人工巡检,需要大量人力,而路灯数量庞大,路灯实时状态不能及时获取,导致路灯故障维护、排查效率极低。

2、需求分析

路灯管理平台的建设,是智慧城市的一个重要组成部分,不仅能够实现城市及市政服务能力提升,也是智慧城市的一个重要入口,可促进“智慧市政”和“智慧城市”在城市照明业务方面的落地。以往在路灯管理上存在着很多问题,例如路灯开关、巡查、维护基本靠人力,重点地段晚上需要派人巡视,以保证设备的齐备率;路灯发生故障时,检修人员无法确定路灯精确位置;管理人员对路灯无法进行分时段控制、无法监控路灯整体状态;路灯保持常亮状态效率低、不节能;智能化水平低,不能结合AI技术实现路灯节点的数据分析。针对以上问题,本系统设计的智慧路灯监控系统结构图如下所示:

基于NB-IoT的智慧路灯监控系统(项目简介)

 

 

具体功能如下:

1)路灯节点支持自定义控制方式,可支持自定义时间控制策略和多样化控制(两侧路灯全亮、全关、隔杆高亮等)两种方式;

2)根据所在环境光照强度,自动调节路灯亮度,低功耗节能减排;

3)断电保护,电压电流超过安全阈值,路灯自动断电;

4)路灯故障自动报警,GPS精确定位,可从手机APP、微信小程序、PC端和Web平台可视化监控路灯信息,随时可调取任何一处路灯信息;

5)实时采集路灯节点工作状态、电压、电流、功率、功率因数、耗电量、产生二氧化碳、频率、环境光照度和路灯状态数据,实现统计分析和历史查询。

6)使用机器学习算法,根据对路灯节点实现建模,实现城市画像分析。

总之,基于NB-IoT技术的城市道路智慧路灯监控系统有着广阔的前景和宽广的需求。

3、功能设计

基于NB-IoT技术的城市道路智慧路灯监控系统,在每个照明节点上安装一个集成了NB-IoT模组的单灯控制器,单灯控制器再经运营商的网络,与路灯控制平台实现双向通信,路灯控制平台直接对每个灯进行控制,包括开关灯控制、光照检测、自动调节明暗、电耗分析等操作。智慧路灯实物图如下所示:

基于NB-IoT的智慧路灯监控系统(项目简介)

 

 

与传统“两跳”方案不同,基于NB-IoT技术的解决方案不需要网关,每个NB-IoT路灯控制器直接接入运营商的NB-IoT网络,即可与控制平台通信,如下图所示:

基于NB-IoT的智慧路灯监控系统(项目简介)

基于NB-IoT技术的城市道路智能路灯监控系统包括感知层、网络层和应用层。

感知层由单独的路灯控制模块和NB-IoT终端构成。道路上的每个路灯都安装1个路灯控制模块,路灯控制模块管理路灯的开关、负责数据信息的采集和监控路灯的运行状态,它通过NB-IoT网络与NB-IoT终端进行无线通信;NB-IoT终端将路灯控制模块采集的数据信息上传到NB-IoT基站,将应用层中的手机或监控中心的管理命令下达到路灯控制模块,对感知层的路灯进行管理和监控,并且结合AI技术实现精准城市画像建模。网路层由NB-IoT基站和Internet网络构成。Internet网络主要应用4G的LTE平台,将感知层的数据信息实时地传送到应用层,同时将应用层的控制命令传送到感知层。智能路灯监控系统网络架构如下图所示:

基于NB-IoT的智慧路灯监控系统(项目简介)

本系统设计方案具有以下优势:

1)对路灯的控制上,采用分时段的3种控制策略,可以实现分时间段控制道路两侧路灯全亮模式、自动调整模式(根据环境光照强弱或电压电流阈值)、终端联控模式,在满足照度需求的情况下,实现对电能的节省。

2)通信方式所采用的是中国电信的NB-IoT网络,拓扑简单、部署成本低,NB-IoT采用DRX模式,实现终端的实时在线,这种通信方式更适合静止的和低移动性且需要下发指令的场景。

3)利用GPS地理信息管理系统,可以在手机APP、微信小程序PC应用和Web平台界面上直观定位每个路灯的位置,便于维修人员确定故障路灯地址、及时维修。  

4)高精度数据采集与通信技术,可采集路灯节点工作状态、电压、电流、功率、功率因数、耗电量、产生二氧化碳、频率、环境光照度和路灯状态数据,数据精度达到小数点后两位。

5)实现AI技术赋能,实现路灯节点城市画像数据分析。

作者:不脱发的程序猿

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