CN115426630A - 一种基于nb-iot的路灯监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于NB‑IOT的路灯监控系统，属于路灯控制技术领域，包括感知层、汇聚层、平台层和应用层，所述感知层与汇聚层之间和汇聚层与平台层之间均通过NB‑IOT基站进行数据传输，所述平台层和应用层之间通过平台接口连接；所述感知层包括若干单灯控制器，所述单灯控制器包括微处理器模块、电源模块、故障定位模块、电能监测模块、NB‑IOT模块、传感器模块、路灯控制模块。本发明通过单灯控制器和OneNET物联网云平台，实时监测路灯设备的状态数据，根据环境的变化灵活调节路灯的开、关，更好的节约能源；同时可精准定位故障路灯的位置，帮助维修人员及时处理故障，降低人力巡查维修的成本。
Description
技术领域
本发明属于路灯控制技术领域，具体涉及一种基于NB-IOT的路灯监控系统。
背景技术
城市的基础建设离不开路灯照明系统的支撑，随着我国数字化、智慧化城市建设的不断推进，传统的城市路灯控制系统已无法满足智慧城市管理的需要。
基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IOT）技术作为一种基于授权频谱移动蜂窝网络的低成本、低功耗、广覆盖的无线技术，它的出现真正实现了广域物联网在运营商级的部署运营，将推动物联网跨越发展，实现大范围物联网百亿级的终端接入全覆盖。NB-IOT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
目前路灯控制系统大部分采用集中控制的方式进行控制，无法实现按需单灯控制。路灯的开关灯控制方式单一、亮灯时间时早时晚，造成能源的浪费；无法实时反映路灯设备的耗电情况及工作状态，导致故障处理不及时，巡查维修困难，维护成本高。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于NB-IOT的路灯监控系统，通过单灯控制器和OneNET物联网云平台，实时监测路灯设备的状态数据，根据环境的变化灵活调节路灯的开、关，更好的节约能源；同时，当远程观测到路灯状态发生故障后，可精准定位故障路灯的位置，帮助维修人员及时处理故障，降低人力巡查维修的成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于NB-IOT的路灯监控系统，包括感知层、汇聚层、平台层和应用层，所述感知层与汇聚层之间和汇聚层与平台层之间均通过NB-IOT基站进行数据传输，所述平台层和应用层之间通过平台接口连接；
所述感知层包括若干单灯控制器，所述单灯控制器包括微处理器模块、电源模块、故障定位模块、电能监测模块、NB-IOT模块、传感器模块、路灯控制模块，所述电源模块、故障定位模块、电能监测模块、NB-IOT模块、传感器模块和路灯控制模块分别与微处理器模块电连接；
所述故障定位模块，用于快速、准确的定位故障路灯；
所述电能监测模块，用于采集路灯的电流、电压和输出功率；
所述NB-IOT模块，用于指令的接收和数据的上传。
作为本发明的一种优选技术方案，所述微处理器模块，用于单灯控制器数据的处理、分析和监控，通过NB-IOT模块接收到的指令，实现路灯的自动开关控制，同时将采集到的数据通过NB-IOT模块上传至汇聚层。
作为本发明的一种优选技术方案，所述路灯控制模块包括继电器，用于路灯电源的通断控制；所述传感器模块包括光照传感器和温湿度传感器，所述光照传感器用于采集光照强度，所述温湿度传感器用于采集环境的温度与湿度。
作为本发明的一种优选技术方案，所述汇聚层包括若干NB-IOT基站，用于感知层的数据接入和指令的下发，同时与平台层相连。
作为本发明的一种优选技术方案，所述平台层采用OneNET物联网云平台，用于汇聚层数据的管理，同时与汇聚层和应用层之间进行数据的传输，所述单灯控制器与OneNET物联网云平台之间通过MQTT协议进行数据传输。
作为本发明的一种优选技术方案，所述应用层包括PC终端和APP手机端，用于便携获取路灯信息以及控制路灯的开关。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电能监测模块包括计量芯片，用于电平信号的采集，并将所述电平信号转换为数字信号。
作为本发明的一种优选技术方案，所述计量芯片的电源接口处并联一个滤波电容，用于保持稳定的工作电压，所述计量芯片的第一路通道设置有采样电阻，用于测定负载的电流参数，所述第一路通道和采样电阻之间设置有滤波电路。
本发明的有益效果为：
单灯控制器通过传感器模块完成环境数据的实时采集，OneNET物联网云平台根据获取的数据进行分析并下发控制指令实现路灯的单一开、关，达到节约能源的效果；同时，当OneNET物联网云平台远程观测到电能监测模块显示的数据与预定数据出现差异后，可通过故障定位模块获取故障路灯的精准位置，帮助维修人员及时处理故障，降低人力巡查维修的成本。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统总体架构示意图；
图2为本发明中单灯控制器的硬件结构示意图；
图3为本发明中电能监测模块的电路图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1-3，一种基于NB-IOT的路灯监控系统，包括感知层、汇聚层、平台层和应用层，所述感知层与汇聚层之间和汇聚层与平台层之间均通过NB-IOT基站进行数据传输，所述平台层和应用层之间通过平台接口连接；
所述感知层包括若干单灯控制器，所述单灯控制器包括微处理器模块、电源模块、故障定位模块、电能监测模块、NB-IOT模块、传感器模块、路灯控制模块，所述电源模块、故障定位模块、电能监测模块、NB-IOT模块、传感器模块和路灯控制模块分别与微处理器模块电连接。
所述故障定位模块，用于快速、准确的定位故障路灯。
本实施例中，故障定位模块采用ATK-S1216F8-BD型GPS/北斗模块，所述ATK-S1216F8-BD型GPS/北斗模块支持多种通信波特率，通过串口与微处理器模块连接，当远程观测到路灯状态发生故障后，一方面通过云端下发对故障路灯的关闭命令，另一方面立即精准定位到故障路灯的位置，帮助维修人员定向维修，提升工作效率，使路灯管理和维修更加智能化、精细化。
所述电能监测模块，用于采集路灯的电流、电压和输出功率。
所述NB-IOT模块，用于指令的接收和数据的上传。
本实施例中，NB-IOT模块采用BC95无线通信模块，所述NB-IOT模块与微处理器模块之间通过串口实现数据交互，所述NB-IOT模块的复位通过微处理器模块拉低管脚电位实现。
具体的，所述微处理器模块，用于单灯控制器数据的处理、分析和监控，通过NB-IOT模块接收到的指令，实现路灯的自动开关控制，同时将采集到的数据通过NB-IOT模块上传至汇聚层。
本实施例中，选用的微处理器模块为意法半导体的STM32L4R5ZIT6单片机，属于STM32L4+系列，在最佳低功耗特性的同时可以提供更优越的性能以及更大容量的内置存储器，工作频率可以达到120MHz，带有MPU和FPU功能，具备SPI、IO、UART等外设接口，其中SPI串口外接有电能监测模块，IO口外接有路灯控制模块和传感器模块，UART口外接有NB-IOT模块和故障定位模块。
具体的，所述路灯控制模块包括继电器，用于路灯电源的通断控制；所述传感器模块包括光照传感器和温湿度传感器，所述光照传感器用于采集光照强度，所述温湿度传感器用于采集环境的温度与湿度。
本实施例中，选用JQC-3FF-S-Z型继电器，控制接触点的开和关，当输入量的变化达到阈值时，在输出端电路中发生阶跃变化，实现小电流控制大电流。实际接入电路时，分为两侧，一侧是主控器控制的低电压和低电流，另一侧是接入电路的高电压和高电流，两侧之间的电路是分隔开的。
所述汇聚层包括若干NB-IOT基站，用于感知层的数据接入和指令的下发，同时与平台层相连。
具体的，所述平台层采用OneNET物联网云平台，用于汇聚层数据的管理，同时与汇聚层和应用层之间进行数据的传输，所述单灯控制器与OneNET物联网云平台之间通过MQTT协议进行数据传输。
本实施例中，OneNET物联网云平台可以实时监测路灯的亮度、环境温湿度信息，并且可以储存路灯的参数数据。同时，PC终端和APP手机端可以调用OneNET物联网云平台的数据查询接口，实现移动端对每一台路灯设备参数的实时监测；系统通过MQTT协议实现感知层和平台层之间的通信，MQTT协议作为一种即时通信协议，具有所占内存少，对网络质量要求不高等优点。故障定位模块、电能监测模块和传感器模块将采集的数据包含在MQTT协议消息体的有效载荷中，按照MQTT协议的报文格式、协议规范，通过C语言在微处理器模块中实现消息协议的封装，NB-IOT模块通过MQTT协议连接到OneNET物联网云平台。
所述应用层包括PC终端和APP手机端，用于便携获取路灯信息以及控制路灯的开关。
所述电能监测模块包括计量芯片，用于电平信号的采集，并将所述电平信号转换为数字信号。
具体的，所述计量芯片的电源接口处并联一个滤波电容，用于保持稳定的工作电压，所述计量芯片的第一路通道设置有采样电阻，用于测定负载的电流参数，所述第一路通道和采样电阻之间设置有滤波电路。
本实施例中，计量芯片选用HLW8112芯片，通过SPI方式与微处理器模块实现通信，并通过INT1和INT2两个中断输出引脚实现对过流、过压等异常状态的反馈，电源接口VDD处并联的滤波电容C5保证了HLW8112芯片工作电压的稳定性，R2为采样电阻，用来测定负载的电流。R1、R3、C1和C2组成了滤波电路，电流通过滤波电路并送至HLW8112芯片的第一路通道，R4、R5、R6、R7和R8为串联分压电阻，R9和C3组成了RC滤波电路，用于稳定分压后的电压；引脚10（SPIEN）的电平设置为高电平，并通过引脚12（SCSN）、引脚16（SDI）、引脚15（SDO）和引脚14（SCLK）四个引脚与微处理器模块的SPI串口相连接。
本发明中，NB-IOT模块作为连接单灯控制器与OneNET物联网云平台的传输中介，单灯控制器通过故障定位模块、电能监测模块和传感器模块将采集的数据信息上传至OneNET物联网云平台，当发生故障时，OneNET物联网云平台或者PC终端和APP手机端下发控制指令到具体的单灯控制器，灵活调节路灯的状态。
本发明，通过单灯控制器和OneNET物联网云平台，实时监测路灯设备的状态数据，根据环境的变化灵活调节路灯的开、关，更好的节约能源；同时，当远程观测到路灯状态发生故障后，可精准定位故障路灯的位置，帮助维修人员及时处理故障，降低人力巡查维修的成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种基于NB-IOT的路灯监控系统，其特征在于：包括感知层、汇聚层、平台层和应用层，所述感知层与汇聚层之间和汇聚层与平台层之间均通过NB-IOT基站进行数据传输，所述平台层和应用层之间通过平台接口连接；
所述感知层包括若干单灯控制器，所述单灯控制器包括微处理器模块、电源模块、故障定位模块、电能监测模块、NB-IOT模块、传感器模块、路灯控制模块，所述电源模块、故障定位模块、电能监测模块、NB-IOT模块、传感器模块和路灯控制模块分别与微处理器模块电连接；
所述故障定位模块，用于快速、准确的定位故障路灯；
所述电能监测模块，用于采集路灯的电流、电压和输出功率；
所述NB-IOT模块，用于指令的接收和数据的上传。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的路灯监控系统，其特征在于：所述微处理器模块，用于单灯控制器数据的处理、分析和监控，通过NB-IOT模块接收到的指令，实现路灯的自动开关控制，同时将采集到的数据通过NB-IOT模块上传至汇聚层。
3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的路灯监控系统，其特征在于：所述路灯控制模块包括继电器，用于路灯电源的通断控制；所述传感器模块包括光照传感器和温湿度传感器，所述光照传感器用于采集光照强度，所述温湿度传感器用于采集环境的温度与湿度。
4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的路灯监控系统，其特征在于：所述汇聚层包括若干NB-IOT基站，用于感知层的数据接入和指令的下发，同时与平台层相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的路灯监控系统，其特征在于：所述平台层采用OneNET物联网云平台，用于汇聚层数据的管理，同时与汇聚层和应用层之间进行数据的传输，所述单灯控制器与OneNET物联网云平台之间通过MQTT协议进行数据传输。
6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的路灯监控系统，其特征在于：所述应用层包括PC终端和APP手机端，用于便携获取路灯信息以及控制路灯的开关。
7.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的路灯监控系统，其特征在于：所述电能监测模块包括计量芯片，用于电平信号的采集，并将所述电平信号转换为数字信号。
8.根据权利要求7所述的一种基于NB-IOT的路灯监控系统，其特征在于：所述计量芯片的电源接口处并联一个滤波电容，用于保持稳定的工作电压，所述计量芯片的第一路通道设置有采样电阻，用于测定负载的电流参数，所述第一路通道和采样电阻之间设置有滤波电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221202 |