基于NB-IoT和物聯網技術的地下停車庫節能照明系統

作者/ 周震宇¹ 蔡楊²  1.浙江利爾達物聯網技術有限公司(浙江 杭州 310011) 2.浙江水利水電學校(浙江 杭州 310011)

　　周震宇(1978-)，男，碩士，中級工程師，研究方向：機械設計及理論;蔡楊，女，碩士，講師，研究方向：機械電子工程。

摘要：地下停車場節能照明系統從實際需求出發，采用基于蜂窩的窄帶物聯網NB-IoT技術和 ZigBee無線網絡技術，將微波感應器的物聯網技術和智能節能燈具結合，實現了智能綠色照明。采用該系統后，可使照明系統工作在全自動狀態，系統將按預先設置切換若干工作狀態，根據預先設定的時間自動地在各種工作狀態之間轉換。通過NB-IoT與云平臺數據交互，實現云平臺集中管理控制微波感應器和智能節能燈具，同時云平臺實現設備故障監控和節能數據分析。

引言

　　目前很多在建和已建各類建筑大部分都有配套的地下停車場，這些停車場一般都有多個人員出入口和多個車輛出入口，由于這些停車場面積大、光線差，需要大量的照明設備長期照明。如采用通常的控制方法則需要較長的線路，且回路復雜。由于各出人口與行車路線之間不是簡單的一一對應關系，因此很難用簡單的強電控制方式實現停車場內部照明的自動控制，通常只能采用連續照明方式。有的地方雖然采用紅外或聲控開關來控制照明，但只能實現小區域內的照明效果，無法給行人和司機提供良好的前端視野。

　　地下車庫作為停放車輛的場所，必須保持良好的照明效果，而現實生活中，車庫的使用也就車輛進出和人員走動的時間需要提供照明，大多數時間的照明都屬于“無效照明”。而這些無效照明造成大量的電能浪費，增加了物業公司的經濟負擔，還浪費了大量的社會公共資源。所以，在地下車庫中實行“按需照明”，“節能照明”是社會發展的必然趨勢。采用LED“按需照明”兼顧“照明體驗”的控制方式是未來地下車庫照明的發展趨勢，同時也是積極響應國家推行新能源，提倡低碳環保的政策。采用LED“按需照明”的節能照明模式大幅度減少用電量，減少對社會公共資源的浪費。

　　基于NB-IoT和物聯網技術的地下停車庫節能照明系統采用智能化控制的方法改變燈光環境，延長光源使用壽命，節約人力資源和能源，降低人力工作強度，減少人力工作疏忽，增強控制的靈活性和可靠性。

1 系統架構

　　地下停車庫節能照明系統以智能網關為核心，網關與云平臺的數據交互采用NB-IoT通信技術，實現低成本大容量的數據接入，使工程的安裝實施大大簡化，也為長期的運維帶來很大的便利，如圖1。

　　網關與智能節能燈具和微波感應器之間采用ZigBee的通信技術，將微波感應器的物聯網技術和節能燈具結合，實現了智能綠色照明。采用該系統后，可使照明系統工作在全自動狀態，系統將按預先設置切換若干工作狀態，根據預先設定的時間自動地在各種工作狀態之間轉換。例如，上下班時間，此時車庫的車流量最大，可以打開所有區域的燈光，以方便人員進出;白天的時候，車庫車流量小，室外照度充足，就可以關閉車庫內車位照明，車道照明保持1/2或1/3照度，以節約能源;等到深夜后，此時車庫車流量最小，可以關閉車庫內所有照明，只保留指示照明，以保證最基本的照度。另外還可以通過后臺管理系統，根據特殊情況，隨時切換不同場景，以適應各種情況下對燈光的要求。

　　結合以上的系統架構和地下停車庫的實際需求，智能網關具備特性如表1。

2 基于蜂窩的窄帶物聯網NB-IoT的設計

　　基于蜂窩的窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成為萬物互聯網絡的一個重要分支。NB-IoT構建于蜂窩網絡，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以降低部署成本、實現平滑升級。NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網(LPWAN)。NB-IoT支持待機時間長、對網絡連接要求較高設備的高效連接。據說NB-IoT設備電池壽命可以提高至至少10年，同時還能提供非常全面的室內蜂窩數據連接覆蓋。

2.1 NB-IoT的主要特性

　　NB-IoT與移動網絡運營商通信基礎設施設備使用廣播協議(3GPP NB-IoT Rel-13 )，關鍵特性如表2。嵌入到應用電路中的NB-IoT系統框圖如圖2。

2.2 NB-IoT供電時序設計

　　NB-IoT供電范圍為3.1 V至4.2 V，要確保輸入電壓不會低于3.1V。如果電源電壓低于3.1 V，將會出現異常。NB-IoT性能的好壞很大程度上取決于電源，所以電源模塊的設計是非常重要的，其中電源提供的電流至少0.5A。為更好的提高性能，需要在在VBAT附近放一個100uF的鉭電容和三個陶瓷電容器100 nf 、100 pf和22 pf 。電源設計如圖3。

　　上電模式：該模塊可以通過給VBAT引腳供電而自動開始工作，時序圖如圖4。

　　掉電模式：該模塊可以通過斷開VBAT引腳的電而自動停止工作，時序圖如圖5。

2.3 USIM卡接口