CN111615241A - 基于5g技术的智慧路灯及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G技术的智慧路灯，涉及智慧城市基础设施领域。灯杆上固定设置有智慧网关单元，智慧网关单元包括核心处理模块，核心处理模块分别与5G通信模块、智慧路灯控制模块、电源模块电连接。核心处理模块是智慧网关单元的数据处理中心，负责智慧网关单元的数据汇聚、处理、计算、分析。5G通信模块负责智慧网关单元的数据通信处理，其采用5G调制解调器，符合3GPP R15规范，能够支持5G独立组网和非独立组网运行模式。5G微基站单元与5G通信模块电连接，用于数据传输及联网。照明单元与智慧路灯控制模块电连接，用于道路照明，智慧路灯控制模块用于照明单元的控制、分析、检测。其设计合理，结构巧妙，体积小，便于组装修。

Description

基于5G技术的智慧路灯及其控制方法

技术领域

本发明涉及智慧城市基础设施领域，特别涉及一种基于5G技术的智慧路灯及其控制方法。

背景技术

在智慧城市领域建设中，路灯灯杆作为城市照明载体，是城市建设设施中数量最多、密度最大的基础设施。如果通过对路灯灯杆进行升级改造，升级成为一种集灯控、网络、服务于一体的智慧灯杆，使路灯在完成基本照明功能的同时承担其他公共服务功能，为城市管理、公共安全、信息采集、无线城市等诸多领域提供新型设施和便利条件。

随着我国从“移动互联”向“万物互联”新时代转型，尤其是车联网、人工智能等新兴产业的崛起，未来对5G网络的性能提出了更高要求。5G网络基础设施的部署将成为构建城市核心竞争力、抢占未来新型产业高地的重要基础，是建设新型智慧城市的必备条件。

而随着我国移动通信网络规模不断扩大，传统基站建设暴露出重复建设、资源浪费、运营成本高等诸多问题，加上人们对健康环保、市容风貌方面的要求越来越高，传统建设模式更带来了较多的社会负面效应。因此，移动通信基站建设朝着集约化和景观化方向发展已成必然趋势。

我国智慧城市发展方兴未艾，以“集约”、“便捷”、“和谐”为理念，研究更加开放的、与智慧城市基础设施融合的5G建设模式，成为当前热点课题。其中，智慧灯杆与5G基站结合是最佳的突破口。

对于未来5G网络架构，业界已形成共识——必然是异构多层网络，超密集组网（UDN）将成为5G组网趋势，其本质是通过单位面积内部署微基站密度的量变，实现频率复用效率的成倍提升，进而满足5G千倍容量增长的需求。因此，5G微基站的应用将更普遍，数量预计将达4G网络的十倍以上。这是5G网络部署的巨大挑战。

综观全球，在智慧城市规划建设中，智慧灯杆因具备通电、联网、广布的优势，成为物联网在城市中的重点应用领域，且在满足应用功能的同时，注重外型的美观性。这些特点恰与5G微站建设配套需求不谋而合。

发明内容

为解决上述问题，本发明之一提供了一种基于5G技术的智慧路灯，包括灯杆，所述灯杆上固定设置有智慧网关单元、5G微基站单元、照明单元；

所述智慧网关单元包括核心处理模块，所述核心处理模块分别与5G通信模块、智慧路灯控制模块、电源模块电连接；

所述核心处理模块是智慧网关单元的数据处理中心，负责智慧网关单元的数据汇聚、处理、计算、分析；

所述5G通信模块负责智慧网关单元的数据通信处理，其采用5G调制解调器，符合3GPPR15规范，能够支持5G独立组网和非独立组网运行模式；

所述5G微基站单元与所述5G通信模块电连接，用于数据传输及联网；

所述照明单元与所述智慧路灯控制模块电连接，用于道路照明；

所述智慧路灯控制模块用于照明单元的控制、分析、检测。

优选地，所述照明单元采用LED方式照明；

所述智慧路灯控制模块内置内嵌0-10V PWM智能调光模块，能够对照明单元根据时间段和照度检测实现光亮度调节，实现二次节能，并具有遥控、遥测、遥信、遥调以及防盗的功能。

优选地，所述智慧路灯控制模块包括MCU处理器，所述MCU处理器分别与灯具AC控制输出单元、灯具调光输出单元、过零检测单元、电量检测单元、照度检测单元、故障检测模块、AC/DC变换单元电连接；所述灯具AC控制输出单元、灯具调光输出单元、AC/DC变换单元分别与电磁监测单元电连接，所述电磁监测单元与所述照明单元电连接；

所述MCU处理器采用STM32F103嵌入式微处理器，负责智慧路灯控制模块的数据处理、分析、控制、监控；

所述灯具AC控制输出单元采用光耦隔离控制继电器的导通，接收MCU处理器指令，控制光耦的导通或截止，从而实现灯具交流AC信号的输出控制；

所述灯具调光输出单元采用PWM调光输出模式，接收MCU处理器输出的0-3.3V调光信号，经运算放大器LM358调整到0-10V PWM输出，与灯具AC控制输出单元一起控制照明单元灯具的亮灭及亮度调整；

所述过零检测单元采用光耦一体化过零检测单元，将过零检测单元信号送入MCU处理器，用于控制灯具AC控制输出；

所述电量检测单元采用高精度单相多功能计量芯片，芯片内置A/D转换，用于计算所述照明单元消耗的电能及节能情况；

所述照度检测采用光照传感器进行对光进行检测以便实现光照控制；

所述故障检测模块用于检测照明单元是否正常工作、工作时长统计及相关故障分析；

所述电磁监测单元采用多级防雷设计，采用压敏电阻、气体放电管、TVS管、高压瓷片电容、安规电容、复合对称防雷保护等进行雷击浪涌设计，达到抗浪涌6KV-8KV等级。

优选地，还包括信息广告单元；

所述智慧网关单元还包括信息发布模块；

所述信息广告单元采用高亮度户外全彩LED显示屏，净显面积为1平方，去玻化的设计，可视角度可达120度；该信息广告单元与所述信息发布模块连接，通过与管理中心通信，能够实现广告播放、时政新闻、信息发布。

优选地，还包括RFID感知单元；

所述智慧网关单元还包括RFID模块；

所述RFID感知单元与所述RFID模块连接，所述RFID感知单元能够与车辆ETC标签、配有RFID的市政设备配备相互通讯，实现感知信息的实时分析、处理、发布。

优选地，还包括传感器单元；

所述智慧网关单元还包括环境监测模块；

所述传感器单元与所述环境监测模块连接；所述传感器单元包括能够检测环境PM2.5、CO2及其他气体、温湿度、大气浓度、雨量、风速、噪声、水浸的传感器，用于对环境进行监测。

优选地，还包括安防监控单元；

所述智慧网关单元还包括安防监控模块；

所述安防监控单元与所述安防监控模块连接，能实现安防、视频监控、人流统计、行为分析，并通过5G微基站单元将实时数据传输到管理中心。

优选地，还包括无线网络单元；

所述智慧网关单元还包括无线网络模块；

所述无线网络单元与所述无线网络模块连接，能够实现灯杆周围环境无线信号全覆盖，满足智慧城市移动应用的需要，并通过5G微基站单元将实时数据传输到管理中心。

优选地，还包括应急单元；

所述智慧网关单元还包括应急管理模块；

所述应急单元与所述应急管理模块连接，用于实现电动汽车、电单车、手机临时充电应急应用管理。

为便于控制和实现其功能，本发明之二提供了一种基于5G技术的智慧路灯的控制方法，包括以下步骤：

S1、系统开始，装置初始化；

S2、智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块与5G微基站单元连接，实现与管理中心的数据通信。

S3、智慧网关单元与管理中心通信，实现路灯监控管理，智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块接收管理中心的指令，与智慧路灯控制模块进行数据通信，结合智慧路灯控制模块的照度检测，智能输出AC交流电和0-10V PWM调光信号，用于控制照明单元的开启、亮度调节、电量监测、故障检测等，从而实现照明单元的智慧控制、分析、处理、监控管理；

S4、智慧网关单元与管理中心通信，实现信息发布管理，智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块接收管理中心的指令，与信息发布模块进行数据通信，信息发布模块连接信息广告单元，实现信息发布。

S5、智慧网关单元与管理中心通信，实现车流量监控管理，智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块接收管理中心的指令，与RFID模块进行数据通信，RFID模块通过实时扫描识别相关车辆标签，并将相关处理信息发到管理中心，实现感知信息的实时分析、处理、发布，同时可将相关信息在信息广告单元上进行发布。

S6、智慧网关单元与管理中心通信，实现环境参数监控管理，智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块接收管理中心的指令，与环境监测模块进行数据通信，环境监测模块实时获取PM2.5、CO2及其他气体、温湿度、大气浓度、噪声等传感器相关数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围环境参数监控管理。

S7、智慧网关单元与管理中心通信，实现内涝监控管理，智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块接收管理中心的指令，与城市内涝监控模块进行数据通信，城市内涝监控模块实时获取雨量、风速、水浸等传感数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围城市内涝监控和环境气象监控管理。

S8、智慧网关单元与管理中心通信，实现安防监控管理，智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块接收管理中心的指令，与安防监控模块进行数据通信，安防监控模块实时获取监控数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围安防监控管理。

S9、智慧网关单元与管理中心通信，实现无线信号覆盖控制管理，智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块接收管理中心的指令，与无线网络模块进行数据通信，无线网络模块接收核心处理器模块指令，实现无线信号覆盖控制、用户数据分析等 ，同时上传相关信息给核心处理模块，核心处理模块将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置无线网络覆盖的智慧管理。

S10、智慧网关单元与管理中心通信，实现应急应用管理，智慧网关单元的核心处理模块通过5G通信模块接收管理中心的指令，与应急管理模块进行数据通信，用户扫应急管理二维码，应急管理模块将相关信息上传给核心处理模块，接收核心处理模块下发相关应用信息，应急管理模块接收信息，开通相关充电接口，用户即可使用，同时应急管理模块对用户使用信息进行管理，同时将相关信息上传给核心处理模块，核心处理模块将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置应急应用管理。

S11、整个工作周期结束，智慧网关单元与管理中心实时保持通信，重复第3步，周期性地工作，实现智慧灯杆装置的相关应用管理。

本发明设计合理，结构巧妙，稳定性好，操作方便，体积小，重量轻，便于组装和检修，其利用路灯灯杆解决了5G微基站的建设模式，同时利用5G通信技术实现了智慧灯杆的通信需求，在智慧城市整体规划时，智慧灯杆与5G同步规划、同步设计、同步实施，将完美解决5G建设的难题，大幅降低城市建设成本，提升城市运维效率，为推进智慧城市建设提供良好的基础。

附图说明

图1是本发明提供的实施例系统框图；

图2是本发明提供的实施例中智慧网关单元结构框图；

图3是本发明提供的实施例中智慧路灯控制模块结构框图；

图4是本发明提供的实施例中灯具调光输出单元的电路结构图；

图5是本发明提供的实施例中灯具AC控制输出单元的电路结构图；

图6是本发明提供的实施例中过零检测单元的电路结构图；

图7是本发明提供的实施例中电量检测单元的电路结构图；

图8是本发明提供的实施例中电磁监测单元的电路结构图。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的图1~8，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。

基于5G技术的智慧路灯以灯杆为支撑，采用5G通信技术、物联网技术、嵌入式技术、传感技术、RFID技术等，实现5G微基站建设、城市智慧照明控制、城市内涝监控、环境信息采集、安防监控、信息发布、应急管理等功能，实现硬件可拓展，软件可升级，应用可延展，是“互联网+物联网+5G”在智慧城市的深度应用，是智慧城市实现物联网感知平台的有效载体。

如图1所示，智慧灯杆装置包括灯杆以及在灯杆上固定安装的智慧网关单元101、5G微基站单元102、照明单元103、信息广告单元104、 RFID感知单元105、传感器单元106、安防监控单元107、无线网络单元108、应急单元109等。安装方式可以采用灯杆一体设计，或者在现有灯杆的基础上增加模块的方式，其安装固定方式均为现有技术。在同一灯杆上安装这些模块，可以实现集中协调管理，解决现有技术路灯、安防、广告各自为政导致施工、布线、管理重复浪费问题。

智慧网关单元101是智慧灯杆的核心部分，负责智慧灯杆各部分数据采集、汇聚、分析、处理等功能。如图2所示，智慧网关单元101包括核心处理模块201、5G通信模块202、智慧路灯控制模块203、无线网络模块204、城市内涝监控模块205、环境监测模块206、安防监控模块207、RFID模块208、信息发布模块209、应急管理模块210、电源模块211等。

其中，5G微基站单元102负责智慧灯杆装置的数据传输及联网，智慧网关单元101的5G通信模块202与5G微基站单元102连接，为智慧灯杆通信提供大带宽、广连接、低时延的通信功能。智慧灯杆装置上部署5G微基站单元，可为其网络信号覆盖的深度和广度提供有力保障，有效地解决信号深度覆盖和热点覆盖的问题，有利于为智慧灯杆装置周边区域各种场景的业务应用提供良好的用户体验。智慧灯杆装置作为分布最广、最密集的市政设施可以满足5G超密集组网的站址需求。智慧路灯杆间距一般在20~30米之间，5G微基站站址距要求在100~200之间，按每根灯杆集成一套5G系统，可以满足三家电信运营商建站需求。智慧灯杆装置的供电系统可以解决5G微基站建设外电电缆布放难的问题。

照明单元103是智慧灯杆装置的核心功能，负责城市道路智慧照明，采用LED照明技术，内嵌0-10V PWM智能调光模块，实现二次节能。照明单元103与智慧网关单元101的智慧路灯控制模块203连接，实现集单灯节能、监控(单灯-四遥)、防盗、智能控制管理于一体，极大提升城市路灯管理水平与效率，最大化实现节能目标，并通过5G微基站单元102将实时数据传输到管理中心。上述二次节能是通过根据时间段和照度检测实现光亮度调节，从而实现二次节能，单灯四遥，包括遥控：远程实现单盏灯控制——每盏灯有独立的地址。遥测：远程测试灯具电压电流功率等参数，遥信：根据返回的信息，远程实时故障诊断，摇调：就是远程调节单灯亮度，防盗：灯具有防止打开开关，通过实时检测开关状态，实现防盗。

信息广告单元104是智慧灯杆装置的附属功能，可实现广告播放、时政新闻、信息发布等。信息广告单元104采用高亮度户外全彩LED显示屏，净显面积为1平方，去玻化的设计，可视角度可达120度。信息广告单元104与智慧网关单元101的信息发布模块209连接，通过与管理中心通信，实现信息发布等功能。

RFID感知单元105是智慧灯杆装置的附属功能，可实现人流感知、市政设备感知、车辆流量感知等，采用有源RFID技术，与车辆ETC标签结合，可有效识别途径的车辆，从而为道路交通违法及拥堵提供实时数据，给市政设备配备RFID标签，可实现市政设备的有效管理，减轻人力负担。RFID感知单元105与智慧网关单元101的RFID模块208连接，实现感知信息的实时分析、处理、发布，同时可将相关信息在信息广告单元104上进行发布，并通过5G微基站单元102将实时数据传输到管理中心。

传感器单元106是智慧灯杆装置的附属功能，包括各种环境感知传感器，可实现环境气象感知、城市内涝感知等，采用传感器技术实现环境PM2.5、CO2及其他气体、温湿度、大气浓度、雨量、风速、噪声、水浸等监控，为智慧城市环境参数监控提供有效数据。传感器单元106与智慧网关单元101的环境监测模块206连接，实现智慧灯杆装置周围环境参数的监控，包括PM2.5、CO2及其他气体、温湿度、大气浓度、雨量、风速、噪声等监控，与智慧网关单元101的城市内涝监控模块205连接，实现智慧灯杆装置周围水浸监测，并通过5G微基站单元102将实时数据传输到管理中心，实现城市内涝监控和环境气象监控。

安防监控单元107是智慧灯杆装置的附属功能，可实现安防、视频监控、行为分析等，采用网络摄像机可实现智慧灯杆装置周围无死角监控，还可实现人流统计、技防监控、行为智能分析等。安防监控单元107与智慧网关单元101的安防监控模块207连接，实现安防、人流统计、技防监控、行为智能分析等，并通过5G微基站单元102将实时数据传输到管理中心。

无线网络单元108是智慧灯杆装置的附属功能，可实现智慧灯杆装置周围环境无线信号全覆盖，满足智慧城市移动应用的需要 。无线网络单元108与智慧网关单元101的无线网络模块204连接，实现无线信号的覆盖控制，并通过5G微基站单元102将实时数据传输到管理中心。

应急单元109是智慧灯杆装置的附属功能，可实现电动汽车、电单车、手机临时充电应急应用管理等，包括汽车充电、电单车充电、手机充电等。应急单元109与智慧网关单元101的应急管理模块210连接，实现应急应用管理，并通过5G微基站单元102将实时数据传输到管理中心。

更具体地，智慧网关单元101的核心处理模块201是智慧网关单元101的数据处理中心，负责智慧网关单元101的数据汇聚、处理、计算、分析，采用双核FPGA+ARM11处理器架构，一颗功能强大的32位ARM11微处理器作为控制和计算核心，微处理器内部还集成了SPI、USB、以太网等丰富的外设接口，大幅减少了整个装置的元器件数量，系统的可靠性、寿命得以提高，材料成本、制造成本、能耗得以降低。

5G通信模块202负责智慧网关单元101的数据通信处理，与5G微基站单元102连接，采用5G调制解调器，符合3GPP R15规范，能够支持5G独立组网SA和非独立组网NSA两种运行模式，主要面向固定无线接入、移动热点设备、公共安防及视频监控等领域的企业及移动宽带应用。

智慧路灯控制模块203是智慧网关单元101的路灯照明控制处理部分，外部与照明单元103连接。智慧路灯控制模块203用于照明单元103的控制、分析、检测，如图3所示，智慧路灯控制模块203包括MCU处理器301、灯具AC控制输出单元302、灯具调光输出单元303、过零检测单元304、电量检测单元305、照度检测306、故障检测模块307、电磁监测单元308、AC/DC变换309等。

MCU处理器301采用STM32F103嵌入式微处理器，负责智慧路灯控制模块203的数据处理、分析、控制、监控等，与智慧网关单元101的核心处理模块201实现数据通信、交互，通过接收核心处理器模块201指令，实现照明单元103的手动控制、自动控制、分析、检测、监控等，同时上传相关信息给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现照明单元103的智慧管理。

如图5所示，灯具AC控制输出单元302采用光耦隔离控制继电器的导通，接收MCU处理器301指令，控制光耦的导通或截止，从而实现灯具交流AC信号的输出控制。

如图4所示，灯具调光输出单元303采用PWM 调光输出模式，接收MCU处理器301输出的0-3.3V 调光信号，经运算放大器LM358调整到0-10V PWM输出，与灯具AC控制输出单元302一起控制照明单元103灯具的亮灭及亮度调整。

如图6所示，过零检测单元304电路采用光耦一体化过零检测单元，将过零检测单元信号送入MCU处理器301，用于控制灯具AC控制输出单元302，当MCU处理器301发送控制指令时，同时过零检测单元304电路检测到过零信号时，灯具AC控制输出单元302的继电器才能导通，输出交流AC信号，避免在开启时灯具闪烁。过零检测单元是在各种控制电路中为了实现调压、调光、调温或调速的目的，需要一个基准点作为起点，这个起点就是交流电源电压为0时的瞬间，过零检测单元就是要在交流电压为0时向控制电路发出一个信号，称为过零信号。过零检测单元的作用就是为了控制灯具同步亮灭，如果没有过零检测单元，交流开启时间不一致会导致继电器在不同的时间点开启，导致继电器打火，产生火狐现象，造成安全隐患。

如图7所示，电量检测单元305采用高精度单相多功能计量芯片，芯片内置A/D转换。输入负载的交流电压采用电压互感器变换后差分输入至芯片，进行量化计算，输入负载的交流电流采用电流互感器变换后差分输入至芯片，进行量化计算，最终得出负载功率、电流、电压等参数，通过芯片串口传输至MCU处理器301，进行相关分析、处理，得出照明单元103消耗的电能及节能情况。

照度检测306采用光照传感器进行检测，光照传感器为热电效应原理，感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内， 冷热接点产生温差电势。在线性范围内，输出信号和照度成正比。为减小温度的影响则配有温度补偿线路，为了防止环境对其性能的影响，则用两层石英玻璃罩，罩是经过精密的光学冷加工磨制而成的。光照传感器周期性检测智慧灯杆装置区域光照度的变化，将检测值送入MCU处理器301进行处理、分析，结合路灯控制方案，调整控制灯具AC控制输出单元302时间，实现照明单元103智慧控制，为路灯照明节约能量。

故障检测模块307通过采集I/O口开关量数据，传输至MCU处理器301，结合电量检测单元305数据，用于检测照明单元103是否正常工作、工作时长统计及相关故障分析。

如图8所示，电磁监测单元308采用多级防雷设计，采用压敏电阻、气体放电管、TVS管、高压瓷片电容、安规电容、复合对称防雷保护等进行雷击浪涌设计，达到抗浪涌6KV-8KV等级，确保产品安全稳定。

无线网络模块204是智慧网关单元101的无线信号控制处理部分，外部与无线网络单元108连接。内部与核心处理模块201连接，实现数据通信、交互，通过接收核心处理器模块201指令，实现无线网络单元108的无线信号覆盖控制、用户数据分析等 ，同时上传相关信息给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现无线网络单元108的智慧管理。

城市内涝监控模块205是智慧网关单元101的城市内涝监控处理部分，负责智慧灯杆装置周围环境内涝数据采集、处理、分析，实现内涝监测预警，在布控点进行实时监测，在第一时间实现预警，抢先应对内涝资讯。城市内涝监控模块205外部与传感单元106的雨量、风速、水浸等传感器连接，实时获取传感器相关数据，内部与核心处理模块201连接，实现数据通信、交互，将获取的传感器相关数据上传给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现城市内涝监控和环境气象监控管理。

环境监测模块206是智慧网关单元101的环境参数监控部分，负责智慧灯杆装置周围环境参加采集、处理、分析。环境监测模块206外部与传感单元106的PM2.5、CO2及其他气体、温湿度、大气浓度、噪声等传感器连接，实时获取传感器相关数据，内部与核心处理模块201连接，实现数据通信、交互，将获取的传感器相关数据上传给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置周围环境参数监控管理，为智慧城市环境参数监控提供有效数据。

安防监控模块207是智慧网关单元101的安防监控处理部分，负责智慧灯杆装置周围监控、人流统计、技防监控、行为智能分析等。安防监控模块207外部与安防监控单元107的网络摄像机连接，实时获取网络摄像机相关数据，内部与核心处理模块201连接，实现数据通信、交互，将获取的监控数据上传给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置周围安防监控管理。

RFID模块208是智慧网关单元101的感知处理部分，负责智慧灯杆装置周围人流感知、市政设备感知、车辆流量感知等。RFID模块208外部与RFID感知单元105的天线连接，采用有源RFID技术，与车辆ETC标签结合，可有效识别途径的车辆，从而为道路交通违法及拥堵提供实时数据，给市政设备配备RFID标签，可实现市政设备的有效管理，减轻人力负担，内部与核心处理模块201连接，实现数据通信、交互，将获取的感知数据上传给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置周围人流感知、市政设备感知、车辆流量感知等，实现感知信息的实时分析、处理、发布，同时可将相关信息在信息广告单元104上进行发布，为智慧城市管理提供有效数据。安防监控管理。

信息发布模块209是智慧网关单元101的信息发布处理部分，负责智慧灯杆装置广告播放、时政新闻、信息发布等。信息发布模块209外部与信息广告单元104的LED显示屏连接，内部与核心处理模块201连接，实现数据通信、交互，接收核心处理模块201信息发布指令，进行信息发布，同时将相关信息上传给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置信息发布管理。

应急管理模块210是智慧网关单元101的应急管理处理部分，负责智慧灯杆装置附属功能汽车充电、电单车充电、手机充电的应急管理。应急管理模块210外部与应急单元109的应急接口连接，内部与核心处理模块201连接，实现数据通信、交互，用户扫应急管理二维码，应急管理模块210将相关信息上传给核心处理模块201，接收核心处理模块201下发相关应用信息，应急管理模块210接收信息，开通相关充电接口，用户即可使用，同时应急管理模块210对用户使用信息进行管理，同时将相关信息上传给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置应急应用管理。

系统工作时，可以按以下步骤实现：

第1步，系统开始，装置初始化；

第2步，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202与5G微基站单元102连接，实现与管理中心的数据通信。

第3步，智慧网关单元101与管理中心通信，实现路灯监控管理，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202接收管理中心的指令，与智慧路灯控制模块203进行数据通信，结合智慧路灯控制模块203的照度检测306，智能输出AC交流电和0-10V PWM调光信号，用于控制照明单元103的开启、亮度调节、电量监测、故障检测等，从而实现照明单元103的智慧控制、分析、处理、监控管理；

第4步，智慧网关单元101与管理中心通信，实现信息发布管理，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202接收管理中心的指令，与信息发布模块209进行数据通信，信息发布模块209连接信息广告单元104，实现信息发布。

第5步，智慧网关单元101与管理中心通信，实现车流量监控管理，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202接收管理中心的指令，与RFID模块208进行数据通信，RFID模块208通过实时扫描识别相关车辆标签，并将相关处理信息发到管理中心，实现感知信息的实时分析、处理、发布，同时可将相关信息在信息广告单元104上进行发布。

第6步，智慧网关单元101与管理中心通信，实现环境参数监控管理，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202接收管理中心的指令，与环境监测模块206进行数据通信，环境监测模块206实时获取PM2.5、CO2及其他气体、温湿度、大气浓度、噪声等传感器相关数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围环境参数监控管理。

第7步，智慧网关单元101与管理中心通信，实现内涝监控管理，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202接收管理中心的指令，与城市内涝监控模块205进行数据通信，城市内涝监控模块205实时获取雨量、风速、水浸等传感数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围城市内涝监控和环境气象监控管理。

第8步，智慧网关单元101与管理中心通信，实现安防监控管理，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202接收管理中心的指令，与安防监控模块207进行数据通信，安防监控模块207实时获取监控数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围安防监控管理。

第9步，智慧网关单元101与管理中心通信，实现无线信号覆盖控制管理，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202接收管理中心的指令，与无线网络模块204进行数据通信，无线网络模块204接收核心处理器模块201指令，实现无线信号覆盖控制、用户数据分析等 ，同时上传相关信息给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置无线网络覆盖的智慧管理。

第10步，智慧网关单元101与管理中心通信，实现应急应用管理，智慧网关单元101的核心处理模块201通过5G通信模块202接收管理中心的指令，与应急管理模块210进行数据通信，用户扫应急管理二维码，应急管理模块210将相关信息上传给核心处理模块201，接收核心处理模块201下发相关应用信息，应急管理模块210接收信息，开通相关充电接口，用户即可使用，同时应急管理模块210对用户使用信息进行管理，同时将相关信息上传给核心处理模块201，核心处理模块201将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置应急应用管理。

第11步，整个工作周期结束，智慧网关单元101与管理中心实时保持通信，重复第3步，周期性地工作，实现智慧灯杆装置的相关应用管理。

本发明设计合理，结构巧妙，稳定性好，操作方便，体积小，重量轻，便于组装和检修，其利用路灯灯杆解决了5G微基站的建设模式，同时利用5G通信技术实现了智慧灯杆的通信需求，在智慧城市整体规划时，智慧灯杆与5G同步规划、同步设计、同步实施，将完美解决5G建设的难题，大幅降低城市建设成本，提升城市运维效率，为推进智慧城市建设提供良好的基础。

Claims (10)

1.一种基于5G技术的智慧路灯，包括灯杆，其特征在于：

所述灯杆上固定设置有智慧网关单元（101）、5G微基站单元（102）、照明单元（103）；

所述智慧网关单元（101）包括核心处理模块（201），所述核心处理模块（201）分别与5G通信模块（202）、智慧路灯控制模块（203）、电源模块（211）电连接；

所述核心处理模块（201）是智慧网关单元（101）的数据处理中心，负责智慧网关单元（101）的数据汇聚、处理、计算、分析；

所述5G通信模块（202）负责智慧网关单元（101）的数据通信处理，其采用5G调制解调器，符合3GPP R15规范，能够支持5G独立组网和非独立组网运行模式；

所述5G微基站单元（102）与所述5G通信模块（202）电连接，用于数据传输及联网；

所述照明单元（103）与所述智慧路灯控制模块（203）电连接，用于道路照明；

所述智慧路灯控制模块（203）用于照明单元（103）的控制、分析、检测。

2.根据权利要求1所述的基于5G技术的智慧路灯，其特征在于：

所述照明单元（103）采用LED方式照明；

所述智慧路灯控制模块（203）内置内嵌0-10V PWM智能调光模块，能够对照明单元（103）根据时间段和照度检测实现光亮度调节，实现二次节能，并具有遥控、遥测、遥信、遥调 以及防盗的功能。

3.根据权利要求2所述的基于5G技术的智慧路灯，其特征在于：

所述智慧路灯控制模块（203）包括MCU处理器（301），所述MCU处理器（301）分别与灯具AC控制输出单元（302）、灯具调光输出单元（303）、过零检测单元（304）、电量检测单元（305）、照度检测单元（306）、故障检测模块（307）、AC/DC变换单元（309）电连接；所述灯具AC控制输出单元（302）、灯具调光输出单元（303）、AC/DC变换单元（309）分别与电磁监测单元（308）电连接，所述电磁监测单元（308）与所述照明单元（103）电连接；

所述MCU处理器（301）采用STM32F103嵌入式微处理器，负责智慧路灯控制模块（203）的数据处理、分析、控制、监控；

所述灯具AC控制输出单元（302）采用光耦隔离控制继电器的导通，接收MCU处理器（301）指令，控制光耦的导通或截止，从而实现灯具交流AC信号的输出控制；

所述灯具调光输出单元（303）采用PWM调光输出模式，接收MCU处理器（301）输出的0-3.3V调光信号，经运算放大器LM358调整到0-10V PWM输出，与灯具AC控制输出单元（302）一起控制照明单元（103）灯具的亮灭及亮度调整；

所述过零检测单元（304）采用光耦一体化过零检测单元，将过零检测单元信号送入MCU处理器（301），用于控制灯具AC控制输出（302）；

所述电量检测单元（305）采用高精度单相多功能计量芯片，芯片内置A/D转换，用于计算所述照明单元（103）消耗的电能及节能情况；

所述照度检测（306）采用光照传感器进行对光进行检测以便实现光照控制；

所述故障检测模块（307）用于检测照明单元（103）是否正常工作、工作时长统计及相关故障分析；

所述电磁监测单元（308）采用多级防雷设计，采用压敏电阻、气体放电管、TVS管、高压瓷片电容、安规电容、复合对称防雷保护等进行雷击浪涌设计，达到抗浪涌6KV-8KV等级。

4.根据权利要求3所述的基于5G技术的智慧路灯，其特征在于：

还包括信息广告单元（104）；

所述智慧网关单元（101）还包括信息发布模块（209）；

所述信息广告单元（104）采用高亮度户外全彩LED显示屏，净显面积为1平方，去玻化的设计，可视角度可达120度；该信息广告单元（104）与所述信息发布模块（209）连接，通过与管理中心通信，能够实现广告播放、时政新闻、信息发布。

5.根据权利要求4所述的基于5G技术的智慧路灯，其特征在于：

还包括RFID感知单元（105）；

所述智慧网关单元（101）还包括RFID模块（208）；

所述RFID感知单元（105）与所述RFID模块（208）连接，所述RFID感知单元（105）能够与车辆ETC标签、配有RFID的市政设备配备相互通讯，实现感知信息的实时分析、处理、发布。

6.根据权利要求5所述的基于5G技术的智慧路灯，其特征在于：

还包括传感器单元（106）；

所述智慧网关单元（101）还包括环境监测模块（206）；

所述传感器单元（106）与所述环境监测模块（206）连接；所述传感器单元（106）包括能够检测环境PM2.5、CO2及其他气体、温湿度、大气浓度、雨量、风速、噪声、水浸的传感器，用于对环境进行监测。

7.根据权利要求6所述的基于5G技术的智慧路灯，其特征在于：

还包括安防监控单元（107）；

所述智慧网关单元（101）还包括安防监控模块（207）；

所述安防监控单元（107）与所述安防监控模块（207）连接，能实现安防、视频监控、人流统计、行为分析，并通过5G微基站单元（102）将实时数据传输到管理中心。

8.根据权利要求7所述的基于5G技术的智慧路灯，其特征在于：

还包括无线网络单元（108）；

所述智慧网关单元（101）还包括无线网络模块（204）；

所述无线网络单元（108）与所述无线网络模块（204）连接，能够实现灯杆周围环境无线信号全覆盖，满足智慧城市移动应用的需要，并通过5G微基站单元（102）将实时数据传输到管理中心。

9.根据权利要求8所述的基于5G技术的智慧路灯，其特征在于：

还包括应急单元（109）；

所述智慧网关单元（101）还包括应急管理模块（210）；

所述应急单元（109）与所述应急管理模块（210）连接，用于实现电动汽车、电单车、手机临时充电应急应用管理。

10.基于权利要求9所述的一种基于5G技术的智慧路灯的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、系统开始，装置初始化；

S2、智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）与5G微基站单元（102）连接，实现与管理中心的数据通信；

S3、智慧网关单元（101）与管理中心通信，实现路灯监控管理，智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）接收管理中心的指令，与智慧路灯控制模块（203）进行数据通信，结合智慧路灯控制模块（203）的照度检测（306），智能输出AC交流电和0-10VPWM调光信号，用于控制照明单元（103）的开启、亮度调节、电量监测、故障检测等，从而实现照明单元（103）的智慧控制、分析、处理、监控管理；

S4、智慧网关单元（101）与管理中心通信，实现信息发布管理，智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）接收管理中心的指令，与信息发布模块（209）进行数据通信，信息发布模块（209）连接信息广告单元（104），实现信息发布；

S5、智慧网关单元（101）与管理中心通信，实现车流量监控管理，智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）接收管理中心的指令，与RFID模块（208）进行数据通信，RFID模块（208）通过实时扫描识别相关车辆标签，并将相关处理信息发到管理中心，实现感知信息的实时分析、处理、发布，同时可将相关信息在信息广告单元（104）上进行发布；

S6、智慧网关单元（101）与管理中心通信，实现环境参数监控管理，智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）接收管理中心的指令，与环境监测模块（206）进行数据通信，环境监测模块（206）实时获取PM2.5、CO2及其他气体、温湿度、大气浓度、噪声等传感器相关数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围环境参数监控管理；

S7、智慧网关单元（101）与管理中心通信，实现内涝监控管理，智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）接收管理中心的指令，与城市内涝监控模块（205）进行数据通信，城市内涝监控模块（205）实时获取雨量、风速、水浸等传感数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围城市内涝监控和环境气象监控管理；

S8、智慧网关单元（101）与管理中心通信，实现安防监控管理，智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）接收管理中心的指令，与安防监控模块（207）进行数据通信，安防监控模块（207）实时获取监控数据，并将相关数据上传到管理中心，实现智慧灯杆装置周围安防监控管理；

S9、智慧网关单元（101）与管理中心通信，实现无线信号覆盖控制管理，智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）接收管理中心的指令，与无线网络模块（204）进行数据通信，无线网络模块（204）接收核心处理器模块（201）指令，实现无线信号覆盖控制、用户数据分析等 ，同时上传相关信息给核心处理模块（201），核心处理模块（201）将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置无线网络覆盖的智慧管理；

S10、智慧网关单元（101）与管理中心通信，实现应急应用管理，智慧网关单元（101）的核心处理模块（201）通过5G通信模块（202）接收管理中心的指令，与应急管理模块（210）进行数据通信，用户扫应急管理二维码，应急管理模块（210）将相关信息上传给核心处理模块（201），接收核心处理模块（201）下发相关应用信息，应急管理模块（210）接收信息，开通相关充电接口，用户即可使用，同时应急管理模块（210）对用户使用信息进行管理，同时将相关信息上传给核心处理模块（201），核心处理模块（201）将相关信息上传管理中心，实现智慧灯杆装置应急应用管理；

S11、整个工作周期结束，智慧网关单元（101）与管理中心实时保持通信，重复第3步，周期性地工作，实现智慧灯杆装置的相关应用管理。

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