CN208317067U - 一种基于NB-IoT的LED监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IoT的LED监控装置，包括NB‑IoT通信模块、前端平台和后端平台；所述前端平台包括信号采集模块、主控芯片、电池模块；所述信号采集模块和电池模块分别和主控芯片连接；所述后端平台包括云端服务器、数据分析服务器；所述云端服务器和数据分析服务器互联；所述数据分析服务器连接有网页端和手机客户端；所述主控芯片通过NB‑IoT通信模块与云端服务器进行数据交互。本实用新型能够实时将LED的工作状态传到云端，便于厂家及时掌握LED工作状态，发现故障所在能够及时维修。

Description

一种基于NB-IoT的LED监控装置

技术领域

本实用新型涉及到一种基于NB-IoT的LED监控装置。

背景技术

随着LED技术的发展，LED应用领域也不断扩展，从较低光通量的指示灯到显示屏，再从中等光通量的功率信号灯和特殊照明的白光光源，最后发展到高光通量的通用照明光源。LED在人们的日常生活中被大量使用，包括汽车用灯、交通信号灯、LED显示屏等等。由于使用环境的复杂多变，LED并不是在设定的额定工作参数条件下运行，从而影响LED的使用寿命。同时由于年久失修导致LED无法正常工作，会在生活中给使用者带来极大的不方便或者造成安全隐患。突出描述为：LED出厂之后，厂家是不知道LED的工作状态的，一旦LED出现问题，厂家没有足够的信息来判断问题产生的根源，不能及时掌握到LED的状态。若是发生了涉及到用户生命财产安全的责任事故，无法有效的对LED的问题进行分析，无法有理有据的定责。LED出厂之后，可能销售到分布很广的地区，在各种各样的环境中使用。一旦在LED质保期以内发生故障，往往由厂家承担损失，并且厂家还需要派人到现场进行故障分析。这样的故障分析耗费大量的时间和人力物力。

NB-IoT技术（窄带物联网技术）具有广覆盖、低功耗、低成本、大联接等特点，基于运营商的投权频谱，可广泛应用于不同的物联网垂直行业应用领域。NB-IoT技术由LTE网络架构演进，使用现有的投权频谱，对信息的安全性和可靠性都进行了较大的提升，并且减少了许多不必要的干扰问题。

NB-IoT技术优势主要体现在以下几个方面：

1、广覆盖: NB-IoT技术与GPRS或LTE相比，最大链路预算提升了20dB,相当于提升了100倍，即使在地下车库、地下室、地下管道等普通无线网络信号难以到达的地方也容易覆盖到。

2、低功耗: NB-IoT技术可以让设备一直在线，但是通过减少不必要的信令、更长的寻呼周期及终端进入PSM状态等机制来达到省电的目的，有些场景的电池供电可以高达10年之久。

3、低成本:低速率、低功耗、低带宽可以带来终端的低复杂度，便于终端轻松实现低成本。同时，NB-IoT基于蜂窝网络，可直接部署于现有的LTE网络，运营商部署成本也比较低。

4、大连接: NB-IoT基站的单扇区可支持超过5万个用户终端与核心网的连接，比现有2G、3G、4G移动网络有50~100倍的用户容量提升。

5、授权频谱: NB-IoT可直接部署于LTE网络，也可以利用2G、3G的频谱重耕来部署，无论是数据安全和建网成本，还是在产业链和网络覆盖，相对于非授权频谱都具有很强的优越性。

6、安全性:继承4G网络安全的能力，支持双向鉴权和空口严格的加密机制，确保UE在发送接收数据时的空口安全性。

NB-IoT的系统带宽为200kHz,传输带宽为180kHz,这种设计优势主要体现在三个方面:

1、NB-IoT系统的传输带宽和LTE系统的一个物理资源块(PhysialResourceBlock,PRB)的载波带宽相同，都是180kHz,这使得NB-IoT系统能够与传统LTE系统很好地兼容。此外，窄带宽的设计为LTE系统的保护带(Guard-Band)部署带来了便利，对于运营商来说，易于实现与传统LTE 网络设备的共站部署，有效降低了NB-IoT网络建设与运维的成本。

2、NB-IoT系统的系统带宽和GSM系统的载波带宽相同，都是200kHz,这使得NB-IoT系统可以在GSM 系统的频谱中实现无缝部署，对运营商重耕2G 网络频谱提供了先天的便利性。

3、NB-IoT将系统带宽收窄至200kHz,将有效降低NB-IoT用户终端射频芯片的复杂度。同时，更窄的带宽提供更低的数据吞吐量，NB-IoT用户终端芯片的数字基带部分的复杂度和规格也将大幅降低。这使得NB-IoT芯片可以实现比传统LTE系统更高的芯片集成度，进一步降低芯片成本及开发复杂度。

发明内容

为解决上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种基于NB-IoT的LED监控装置，该装置能够实时将LED的工作状态传到云端，便于厂家及时掌握LED工作状态，发现故障所在能够及时维修。

本实用新型采用的技术方案：一种基于NB-IoT的LED监控装置，包括NB-IoT通信模块、前端平台和后端平台；所述前端平台包括信号采集模块、主控芯片、电池模块；所述信号采集模块和电池模块分别和主控芯片连接；所述后端平台包括云端服务器、数据分析服务器；所述云端服务器和数据分析服务器互联；所述数据分析服务器连接有网页端和手机客户端；所述主控芯片通过NB-IoT通信模块与云端服务器进行数据交互。

优选的，所述信号采集模块包括用于检测LED实时电流的电流传感器。

优选的，所述信号采集模块包括用于检测LED实时电压的电压传感器。

优选的，所述信号采集模块包括用于检测LED实时温度的温度传感器。

优选的，所述信号采集模块包括用于检测LED实时湿度的湿度传感器。

NB-IoT的下行和上行链路UE的系统带宽都是200kHz，传输带宽都是180kHz。NB-IoT简化了下行链路传输机制，采用OFDMA 技术，NPSS 和NSSS 同步信号是非常重要的环节，和LTE 系统差异较大，PCID 的计算规则也和LTE 系统不同。NB-IoT下行链路共享信道的编码方式是TBCC，而LTE 系统使用的是Turbo 码。NB-IoT的下行链路控制信道没有定义REG 的概念，直接定义了NCCE 为一个子帧中的连续的6 个子载波。和LTE 系统一样，UE在解码NPBCH信道时，通过CRC 掩码确定小区的天线端口数量。不同的是NB-IoT最多只支持2个天线端口。

上行链路支特singe-one 和Multi-tone 两种工作模式。在Single-tone 模式下，网络侧可配置15kHz或3.75kHz两种子载波间隔。在Multi-tone 模式下，网络侧只配置15kHz一种子载波间隔。

NB-IoT的上行链路传输机制实现了广覆盖能力的提升，采用重传机制，在网络信号覆盖较弱的情况下，通过协商机制来实现信息的传输，上行重传可高达128次，下行重传可高达2048次，有效解决了恶劣场景下的无线通信覆盖。

NB-IoT 直接部署于GSM、UMTS 或LTE 网络，可以与现有网络基站复用以降署成本、实现平滑升级，使用单独的180kHz 传输带宽，不占用现有网络的语音和带宽，保证传统业务和未来物联网业务稳定可靠地运行。

本实用新型的有益效果：1、本实用新型可实时采集LED灯工作时的电压和电流，以便在控制中心通过LED灯的电流和电压得知LED灯的工作情况，随时进行调整，能够及时发现LED的故障发生处，方便维修。同时采用NB-IoT技术实现了信息在较低成本下高效准确的传输。

2、本实用新型还可以被广泛应用于车辆灯光系统监控，交通灯监控，家庭或者企业灯光监控系统等应用上，具有应用范围广，实用性强的优点。

附图说明

图1为本实用新型基于NB-IoT技术的LED监控装置的结构示意图；

图2为本实用新型基于NB-IoT技术的LED监控装置的程序流程图；

图3为本实用新型基于NB-IoT技术的LED监控系统终端与云端的交互示意图；

图4为本实用新型基于NB-IoT技术的LED监控装置的连接关系图。

图中符号说明：1、设备前端，11、信号采集模块，110、电流传感器，111、电压传感器，112、温度传感器，113、湿度传感器，12、主控芯片，13、电池模块，2、NB-IOT通信模块，3、设备后端，31、云端服务器，32、数据分析服务器，33、网页端，34、手机客户端。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示的是本实用新型的选定实施例。基于本实验实用新型的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1和图3所示，一种基于NB-IoT的LED监控装置，包括NB-IoT通信模块2、前端平台1和后端平台3；前端平台1包括信号采集模块11、主控芯片12、电池模块13；信号采集模块11和电池模块13分别和主控芯片12连接；后端平台3包括云端服务器31、数据分析服务器32；云端服务器31和数据分析服务器32互联；数据分析服务器32连接有网页端33和手机客户端34；主控芯片12通过NB-IoT通信模块2与云端服务器31进行数据交互。NB-IoT通信模块2用于将采集到的数据发送至云数据管理中心，电池模块13通过连接电源为监控装置供电，信号采集模块11与主控芯片12连接用于获取对应LED的实时电压和电流信息。

信号采集模块11包括用于检测LED实时电流的电流传感器110。

信号采集模块11包括用于检测LED实时电压的电压传感器111。

信号采集模块11包括用于检测LED实时温度的温度传感器112。

信号采集模块11包括用于检测LED实时湿度的湿度传感器113。电流传感器110、电压传感器111、温度传感器112、湿度传感器113所采用的传感器型号市面上大部分型号均可用，本实施例中不再提供型号。

如图4所示，本实施例中所述的主控芯片12采用STM32F103VCT6芯片，用于处理信息，并控制NB-IoT通信模块2进行信息交互。主控芯片12将数据采集模块11中采集到的信息，分别写入ASCII码并传送至NB-IoT通信模块2。其中，主控芯片12的AD1接口连接电流传感器110，主控芯片12的AD2接口连接电压传感器111，主控芯片12的接口连接温度传感器112和湿度传感器113。

本实施例中所述的电源模块13，采用充电式电池，电源模块13配置有充电接口为电池充电；或者电源模块13采用一次性充放电电池，电源模块13配置可开合式盖子以便更换电池。

本实施例中所述的数据采集模块11，用于感知信息，并将感知信息发送给主控芯片12。数据采集模块众多，包含电流传感器，电压传感器，温度传感器，湿度传感器等。其中，电流传感器作为一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。电压传感器同电流传感器的功能基本相同，用于检测电压。温度传感器是能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。湿度传感器是用于检测LED所处环境并转换成可用输出信号的传感器。

本实施例中所述的NB-IoT通信模块2，用于将LED的状态信息传输至云端服务器31。NB-IoT通信模块2与主控芯片12之间通过串口1连接，相互之间的通信速率可调。

在LED正常运作的过程中，采集模块将采集到的信息传送到主控芯片12。主控芯片12整合传输过来的LED实时电压和电流信息以及LED的编号，LED的编号即采集模块的编号，将整合后的数据以10进制ASCII码传送至NB-IoT通信模块2（无单位）。

例如：

# LEDDAT$ID：010；VLED：15.0；ALED：5.0；TEM：26；HUM：30

其中，

1）ID = LED编号

2）VLED = LED电压（单位：V）

3）ALED = LED电流（单位：A）

4）TEM = LED所处环境的温度（单位：℃）

5）HUM = LED所处环境的湿度（单位：%RH）

主控芯片12是整个装置的控制中心，信息采集以后通过NB-IoT传输到云端，中间的一系列过程由主控芯片12控制完成。本实施例通过数据采集模块11实时采集LED的工作电流和电压，经过主控芯片12整合打包之后，通过NB-IoT技术将LED的运行状态传至云端，再通过后端进行实时监控。用户可以通过手机客户端34和网页端33实时接收或者查看LED的运行状态，并随时查看相关记录，以便及时发现问题出现在哪一模块并进行维修，避免不必要的损失。

整个系统采用NB-IoT窄带物联网和云管理技术，LED实时信息通过NB-IoT传输到云端数据管理中心。如图2所示，系统通过数据分析、计算，向用户提供LED的工作年限、工作状态以及是否有故障提示。厂家也可通过此系统对产品进行跟踪调查，以便后续的升级和改进。云端数据用户可通过手机或者电脑登录网站查看，或者通过APP实时查看，当LED运行出现故障时，系统会采取通知栏弹出通知和短信通知两种方式提示用户。

云端服务器接收NB-IoT通信模块传送来的信息帧，将信息分类储存，并提供web服务来显示相应的数据。信息帧采用ASCII码传送，VBAT表示工作电压，ABAT表示工作电流，TEM表示温度，HUM表示湿度。云端服务器对接受到的数据进行分析，并采用曲线显示出来。也可对某一天某个时段的LED状态进行查询，具体的数据会用表格的形式显示出来。所述LED监控系统中也会以一段时间信息的平均值作为基准，在曲线图中显示一条基准线。APP中与云端服务器中数据的显示大致相同，数据默认为曲线显示，用户也可根据需求切换表格显示。

NB-IoT是英文Narrow Band Internet of Things的缩写，是窄带物联网的意思。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，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持待机时间短、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。由于NB-IoT具有的超低功耗和成本低的特点，能在消耗较低电量下维持监控装置的正常运作，同时因为成本低可以大量投入市场，也更容易被用户接受。

综上所述，本实用新型中的监控装置利用NB-IoT通信技术超低功耗、高可靠性的特点，能让监控装置在低消耗下长期稳定的工作，还可以被广泛应用在汽车灯光监控系统、交通灯监控系统或者家用灯光上，具有应用范围广的优势。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施方式而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于NB-IoT的LED监控装置，其特征在于：包括NB-IoT通信模块（2）、前端平台（1）和后端平台（3）；

所述前端平台（1）包括信号采集模块（11）、主控芯片（12）、电池模块（13）；所述信号采集模块（11）和电池模块（13）分别和主控芯片（12）连接；

所述后端平台（3）包括云端服务器（31）、数据分析服务器（32）；所述云端服务器（31）和数据分析服务器（32）互联；所述数据分析服务器（32）连接有网页端（33）和手机客户端（34）；

所述主控芯片（12）通过NB-IoT通信模块（2）与云端服务器（31）进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的LED监控装置，其特征在于：所述信号采集模块（11）包括用于检测LED实时电流的电流传感器（110）。

3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的LED监控装置，其特征在于：所述信号采集模块（11）包括用于检测LED实时电压的电压传感器（111）。

4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的LED监控装置，其特征在于：所述信号采集模块（11）包括用于检测LED实时温度的温度传感器（112）。

5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的LED监控装置，其特征在于：所述信号采集模块（11）包括用于检测LED实时湿度的湿度传感器（113）。