基于5G技术的智慧路灯及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于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。

【技术实现步骤摘要】
基于5G技术的智慧路灯及其控制方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术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0-10VPWM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0-10VPWM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，本专利技术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0-10VPWM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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于5G技术的智慧路灯，包括灯杆，其特征在于：/n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）；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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（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0-10VPWM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0-10VPWM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...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓维，张余明，郭振军，蒋昌茂，柯捷，朱昌洪，
申请(专利权)人：桂林航天工业学院，
类型：发明
国别省市：广西;45