基于NB-IoT和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下停車(chē)庫節能照明系統

作者/ 周震宇¹ 蔡楊²  1.浙江利爾達物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司(浙江 杭州 310011) 2.浙江水利水電學(xué)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(chē)場(chǎng)節能照明系統從實(shí)際需求出發(fā)，采用基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT技術(shù)和 ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，將微波感應器的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能節能燈具結合，實(shí)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(dòng)狀態(tài)，系統將按預先設置切換若干工作狀態(tài)，根據預先設定的時(shí)間自動(dòng)地在各種工作狀態(tài)之間轉換。通過(guò)NB-IoT與云平臺數據交互，實(shí)現云平臺集中管理控制微波感應器和智能節能燈具，同時(shí)云平臺實(shí)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(lèi)建筑大部分都有配套的地下停車(chē)場(chǎng)，這些停車(chē)場(chǎng)一般都有多個(gè)人員出入口和多個(gè)車(chē)輛出入口，由于這些停車(chē)場(chǎng)面積大、光線(xiàn)差，需要大量的照明設備長(cháng)期照明。如采用通常的控制方法則需要較長(cháng)的線(xiàn)路，且回路復雜。由于各出人口與行車(chē)路線(xiàn)之間不是簡(jiǎn)單的一一對應關(guān)系，因此很難用簡(jiǎn)單的強電控制方式實(shí)現停車(chē)場(chǎng)內部照明的自動(dòng)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(kāi)關(guān)來(lái)控制照明，但只能實(shí)現小區域內的照明效果，無(wú)法給行人和司機提供良好的前端視野。

　　地下車(chē)庫作為停放車(chē)輛的場(chǎng)所，必須保持良好的照明效果，而現實(shí)生活中，車(chē)庫的使用也就車(chē)輛進(jìn)出和人員走動(dòng)的時(shí)間需要提供照明，大多數時(shí)間的照明都屬于“無(wú)效照明”。而這些無(wú)效照明造成大量的電能浪費，增加了物業(yè)公司的經(jīng)濟負擔，還浪費了大量的社會(huì )公共資源。所以，在地下車(chē)庫中實(shí)行“按需照明”，“節能照明”是社會(huì )發(fā)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(lái)地下車(chē)庫照明的發(fā)展趨勢，同時(shí)也是積極響應國家推行新能源，提倡低碳環(huán)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(huì )公共資源的浪費。

　　基于NB-IoT和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下停車(chē)庫節能照明系統采用智能化控制的方法改變燈光環(huán)境，延長(cháng)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(chē)庫節能照明系統以智能網(wǎng)關(guān)為核心，網(wǎng)關(guān)與云平臺的數據交互采用NB-IoT通信技術(shù)，實(shí)現低成本大容量的數據接入，使工程的安裝實(shí)施大大簡(jiǎn)化，也為長(cháng)期的運維帶來(lái)很大的便利，如圖1。

　　網(wǎng)關(guān)與智能節能燈具和微波感應器之間采用ZigBee的通信技術(shù)，將微波感應器的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和節能燈具結合，實(shí)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(dòng)狀態(tài)，系統將按預先設置切換若干工作狀態(tài)，根據預先設定的時(shí)間自動(dòng)地在各種工作狀態(tài)之間轉換。例如，上下班時(shí)間，此時(shí)車(chē)庫的車(chē)流量最大，可以打開(kāi)所有區域的燈光，以方便人員進(jìn)出;白天的時(shí)候，車(chē)庫車(chē)流量小，室外照度充足，就可以關(guān)閉車(chē)庫內車(chē)位照明，車(chē)道照明保持1/2或1/3照度，以節約能源;等到深夜后，此時(shí)車(chē)庫車(chē)流量最小，可以關(guān)閉車(chē)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(guò)后臺管理系統，根據特殊情況，隨時(shí)切換不同場(chǎng)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(chē)庫的實(shí)際需求，智能網(wǎng)關(guān)具備特性如表1。

2 基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT的設計

　　基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成為萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)重要分支。NB-IoT構建于蜂窩網(wǎng)絡(luò )，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò )、UMTS網(wǎng)絡(luò )或LTE網(wǎng)絡(luò )，以降低部署成本、實(shí)現平滑升級。NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)。NB-IoT支持待機時(shí)間長(cháng)、對網(wǎng)絡(luò )連接要求較高設備的高效連接。據說(shuō)NB-IoT設備電池壽命可以提高至至少10年，同時(shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商通信基礎設施設備使用廣播協(xié)議(3GPP NB-IoT Rel-13 )，關(guān)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(shí)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(huì )低于3.1V。如果電源電壓低于3.1 V，將會(huì )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(gè)100uF的鉭電容和三個(gè)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(guò)給VBAT引腳供電而自動(dòng)開(kāi)始工作，時(shí)序圖如圖4。

　　掉電模式：該模塊可以通過(guò)斷開(kāi)VBAT引腳的電而自動(dòng)停止工作，時(shí)序圖如圖5。

2.3 USIM卡接口