CN101477359B - 窨井集群远程监测管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窨井集群远程监测管理系统，包括窨井集群、窨井数据管理中心；所述的窨井组成窨井集群由多个窨井组成，窨井集群中每一窨井内均安装有窨井盖监测单元；窨井盖监测单元用于当的窨井盖与窨井分离或窨井盖损坏时，使窨井盖监测单元获得信号，并将自身窨井的地址编码通过有线或无线的方式传输到窨井数据管理中心。本发明窨井集群远程监测管理系统的有益效果是，在窨井盖被盗和损坏情况下，将该窨井的地址编码立即发送到窨井数据管理中心，可以使窨井管理部门能实时掌握窨井状态，及时对窨井进行维修和维护，避免城市窨井盖被盗和损坏给人民群众带来的危害。
Description
技术领域 本发明涉及一种监测装置，特别涉及一种窨井集群远程监测管理系统。
背景技术 窨井管理是城市基础设施管理的重要组成部分，是关系到社会安定和人民群众生命财产安全的大事。在城市人行道上有不少的窨井，特别是在城市的主要街道行人多，有地方在夜晚光线不好，当窨井盖被损坏或被盗后，很容易给行人造成人身伤害，每年因窨井盖被损坏或被盗造成的人身伤害达数千起。在城市公路上的窨井被盗或被压坏的情况时有发生，由于机动车辆速度较快往往不能及时避让，导致车辆损坏和驾乘人员受伤事件经常发生，同时由于市民缺乏安全意识，不能及时将窨井被盗或被压坏的情况及时告诉市政部门，结果维修不及时，有的一个窨井可能对行人和车辆造成多次危害，有的甚至造成重大的交通事故。
发明内容 本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种在窨井盖被盗或被压坏的情况，将该窨井的地址编码立即发送到窨井数据管理中心，使窨井管理部门能实时掌握窨井状态的窨井集群远程监测管理系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种窨井集群远程监测管理系统，包括窨井集群、窨井数据管理中心；
所述的窨井集群由多个窨井组成，窨井集群中每一窨井内均安装有窨井盖监测单元；窨井盖监测单元用于当窨井盖与窨井分离或窨井盖损坏时，使窨井盖监测单元获得信号，并将自身窨井的地址编码通过有线或无线的方式传输到窨井数据管理中心；
针对目前窨井盖损坏或被盗通常只能由市民向市政部门反映这种单一、被动信息途径，发明一种窨井集群远程监测管理系统是利用实时监测技术来主动告知窨井状态；窨井集群远程监测管理系统采用低成本、低功耗、具有射频收发无线传输、网络节点多和组网方便的Zigbee技术，来实现窨井无线监测和主动告知功能；同时还要克服传统无线传输模块功耗大、成本高、窨井数量大和窨井现场无电源实际问题，因此传统的无线通讯技术已经不能满足这样的需要；
Zigbee技术网络功能的网络层技术主要负责网络机制的建立和管理，并实现自我组态和自我修复功能；按Zigbee网络功能划分定义二种网络角色：网络协调者负责网络的建立和网络位置的分配；转发者负责搜寻、建立以及修复信息包的路由路径，并负责转发信息包；Zigbee技术的网络功能特别适合用于窨井集群的监测，每个窨井即安装一个具有光电传感器窨井盖监测单元，并将窨井集群中的每个窨井盖监测单元作为网络的一个节点，组成一个无线局域网络，在这个网络中至少有一个具有GPRS无线传输控制电路窨井盖监测单元接收整个网络中信息，并通过GPRS无线传输控制电路将窨井集群中的信息发送至窨井数据管理中心；
窨井集群远程监测管理系统中的窨井盖监测单元主要芯片采用德州仪器公司的CC2430芯片，该芯片是整合ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器的真正系统芯片；CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA，具有休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用；
优选的，所述窨井盖监测单元由光敏传感器、窨井地址码电路、电源、中央处理单元CPU电路、复位电路、实时时钟电路和射频收发电路组成；
光敏传感器安装在窨井内壁上，位于窨井盖的下方；光敏传感器用于感应窨井盖是否与窨井分离或窨井盖损坏，当窨井盖与窨井分离或窨井盖损坏时，光敏传感器将感应到的光信号转换为电信号，并传输到中央处理单元CPU电路中；
窨井盖监测传感器可以使用光敏传感器和接触式传感器，也可以是两种方式同时使用，这种方式能监测到夜晚没有光照时，窨井被盗或被损坏的状态，避免了只有光敏传感器在夜间对窨井盖监测不灵敏的弊端；
窨井地址码电路用于设置窨井地址编号；采用CC2430芯片内的32K闪存设置窨井地址编码；
电源为窨井盖监测单元提供电能；采用高能锂电池为具有休眠模式窨井盖监测单元提供电能，能为休眠模式窨井盖监测单元提供电能的时间长达2年左右；同时CC2430芯片的电池监测功能的供电提供了有力的保障；
中央处理单元CPU电路，用于接收本窨井光敏传感器的触发信号，以及读取本窨井编码信息；
中央处理单元CPU电路，还用于通过射频收发电路接收最邻近窨井的窨井盖监测单元发送的地址编码，并将接收到的最邻近窨井盖监测单元发送的地址编码转发到下一个邻近的窨井盖监测单元中；
采用上述方式，窨井地址编码被接力发送的方式转发，直至转发到窨井数据管理中心进行解码识别；
休眠模式时CC2430芯片少于0.6μA的流耗，由外部的中断或RTC能唤醒系统的中央处理单元CPU电路，这种具有休眠功能的CPU电路安装在窨井现场是其它CPU电路无法比拟的。
复位电路用于窨井盖监测单元初始化复位功能；
实时时钟电路为CPU正常工作提供工作时钟；
射频收发电路与中央处理单元CPU电路联接，用于接收邻近窨井盖监测单元发送的地址编码，并将接收到的地址编码发送到邻近窨井盖监测单元的射频收发电路中；
射频收发电路还用于发送本窨井光敏传感器触发时所读取的本窨井地址编码，并将读取的地址编码发送到邻近窨井盖监测单元的射频收发电路中。
具有ZigBeer技术的射频通讯能以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，允许在数以千个传感器间相互协调实现通讯；
进一步优选的，所述电源为3.6V直流电池。
优选的，在所述窨井集群中至少一个窨井盖监测单元中还设有GPRS无线传输控制电路，该窨井盖监测单元构成路由转发器；所述电源通过交直流电源转换电路将220V市电转换为3.6V直流电，为具有GPRS无线传输控制电路的窨井盖监测单元提供电力。
GPRS技术把无线网络和计算机网络有机的连接在一起，克服窨井监测现场不能接入有线网络困难；GPRS同时还负责将整个ZigBeer网络节点传感器地址编码信息，即窨井地址编码发送到窨井数据管理中心数据库服务器中；考虑到GPRS无线传输控制电路在发射功耗较大，所以原窨井盖监测单元的电池电源替换为220市电转换的3.6V直流电源；
优选的，所述的窨井数据管理中心由GPRS应用网关、数据库服务器、WEB应用服务器、城市窨井远程监测管理装置、管理中心PC电脑和防火墙构成；
GPRS应用网关与固定IP地址数据库服务器联通，用于接收来自GPRS无线传输控制电路发送来的窨井地址编码，并将接收到的窨井地址编码发送到数据库服务器中；
数据库服务器与WEB服务器联通；用于存储窨井地理坐标、窨井地址编码，以及窨井的信息，为城市窨井远程监测管理装置存储数据；
WEB服务器与管理中心PC电脑联通；用于为城市窨井远程监测管理装置提供运行平台；
城市窨井远程监测管理装置，用于读取数据库服务器接收的窨井地址编码，并与预先存储的窨井地址编码进行比较，对相同地址编码的窨井在管理中心PC电脑的显示器上显示GIS电子地图中的具体地理位置，同时在显示器上显示具体地理位置的文字信息，并由管理中心PC电脑扬声器发出报警提示声音；
管理中心PC电脑用于提供人机界面接口，并且产生数据报表、历史趋势记录、打印；
防火墙主要用于防止互联网黑客和非法用户对城市窨井远程监测管理装置的恶意攻击。
进一步优选的，所述窨井的信息包括窨井编号、窨井地理位置、窨井所属单位、窨井生产日期、窨井安装日期、窨井损坏记录、窨井盖被盗记录、窨井维护记录。
本发明窨井集群远程监测管理系统的有益效果是，在窨井盖被盗和损坏情况下，将该窨井的地址编码立即发送到窨井数据管理中心，可以使窨井管理部门能实时掌握窨井状态，及时对窨井进行维修和维护，避免城市窨井盖被盗和损坏给人民群众带来的危害。
附图说明 图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明窨井盖监测单元框图；
图3是本发明光电传感器电路图；
图4是本发明窨井地址码电路编码电路；
图5是本发明中央处理单元CPU电路；
图6是本发明复位电路；
图7是本发明实时时钟电路；
图8是本发明射频收发电路；
图9是本发明交直流电源转换电路；
图10是本发明GPRS无线传输控制电路；
具体实施方式 下面结合附图对本发明作进一步的说明：
参见图1，一种窨井集群远程监测管理系统，包括窨井集群1、窨井数据管理中心3；
所述的窨井集群1由多个窨井11组成，窨井集群1中每一窨井11内均安装有窨井盖监测单元12；窨井盖监测单元12用于当窨井11的窨井盖与窨井11分离或窨井盖损坏时，使窨井盖监测单元12获得信号，并将自身窨井11的地址编码通过有线或无线的方式传输到窨井数据管理中心3；
参见图2，所述窨井盖监测单元12由光敏传感器121、窨井地址码电路122、电源123、中央处理单元CPU电路124、复位电路125、实时时钟电路126和射频收发电路127组成；
窨井盖监测单元12内窨井地址码电路122、中央处理单元CPU电路124、复位电路125和射频收发电路127在没有监测到窨井盖异常情况下，均处于休眠状态，当光敏传感器121导通为低信号时，窨井地址码电路122、中央处理单元CPU电路124和射频收发电路127被唤醒，中央处理单元CPU电路124读取窨井地址码电路122的编码并通过射频收发电路127将窨井地址码信息发送到最邻近的窨井盖监测单元12上，邻近的窨井盖监测单元12采用接力方式将收到的窨井地址码信息发送到下一个最邻近的窨井盖监测单元12上，如此接力传递窨井地址码信息，最终由具有GPRS无线传输控制电路128的窨井盖监测单元12接收到窨井地址码信息后，再通过GPRS无线传输控制电路128将窨井地址码信息发送到窨井数据管理中心3，窨井数据管理中心3将接收到的窨井地址码信息与预先设置在窨井数据管理中心3数据库服务器32中的窨井编码进行比较，查询出匹配的窨井数据，并将匹配的窨井具体地理位置显示在GIS电子地图中，同时发出提示和报警；
参见图3，所述的光敏传感器121，可由光敏三极管、接触式传感器或两者同时使用；光敏传感器121安装在窨井内壁上，位于窨井盖的下方；光敏传感器121用于感应窨井盖是否与窨井分离或窨井盖损坏，当窨井盖与窨井分离或窨井盖损坏时，光敏传感器121将感应到的光信号转换为电信号，并传输到中央处理单元CPU电路124中；
参见图4，所述的窨井地址码电路122用于设置窨井地址编号，其地址编码由地区编码和设备编码构成唯一窨井地址编号，用于窨井数据管理中心3识别；
参见图5，所述的电源123是3.6V直流电池为处于休眠状态的低功耗窨井盖监测单元12中提供电能；
参见图5，所述的中央处理单元CPU电路124，用于接收本窨井光敏传感器121的触发信号，以及读取本窨井编码信息；
中央处理单元CPU电路124，还用于通过射频收发电路127接收最邻近窨井的窨井盖监测单元12发送的地址编码，并将接收到的最邻近窨井盖监测单元12发送的地址编码转发到下一个邻近的窨井盖监测单元12中；
采用上述方式，窨井地址编码被接力发送的方式转发，直至转发到具有GPRS无线传输控制电路128的窨井盖监测单元12上，再收窨井盖监测单元12中的GPRS无线传输控制电路128将窨井地址编码发送至窨井数据管理中心3进行解码识别；
参见图6，复位电路125用于窨井盖监测单元12初始化复位功能；
参见图7，实时时钟电路126为中央处理单元CPU电路正常工作提供工作时钟；
参见图8，射频收发电路127与中央处理单元CPU电路124联接，用于接收邻近窨井盖监测单元12发送的地址编码，并将接收到的地址编码发送到下一个邻近窨井盖监测单元12的射频收发电路127中；
射频收发电路127还用于发送本窨井光敏传感器121触发时所读取的本窨井地址编码，并将读取的地址编码发送到下一个邻近窨井盖监测单元12的射频收发电路127中。
参见图9、参见图10，在所述窨井集群1中至少一个窨井盖监测单元12中还设有GPRS无线传输控制电路128，该窨井盖监测单元12构成路由转发器；所述电源123通过交直流电源转换电路129将220V市电转换为3.6V直流电，为具有GPRS无线传输控制电路128的窨井盖监测单元12提供电力。
参见图10，在所述窨井集群1中至少一个窨井盖监测单元12中还设有GPRS无线传输控制电路128，GPRS无线传输控制电路128通过无线的方式将射频收发电路127接收到的窨井地址编码传输至窨井数据管理中心3；同样设有GPRS无线传输控制电路128的窨井盖监测单元12还可以在当窨井11的窨井盖与窨井11分离或窨井盖损坏时，将自身的窨井地址码电路122的地址编码由GPRS无线传输控制电路128通过无线的方式发送至窨井数据管理中心3；
参见图9，交直流电源转换电路129将220V市电转换为3.6V直流电，为具有GPRS无线传输控制电路128的窨井盖监测单元12提供电力。
所述的窨井数据管理中心3由GPRS应用网关、数据库服务器、WEB应用服务器、城市窨井远程监测管理装置、管理中心PC电脑和防火墙构成；
GPRS应用网关与固定IP地址数据库服务器联通，用于接收来自GPRS无线传输控制电路128发送来的窨井地址编码，并将接收到的窨井地址编码发送到数据库服务器中；
数据库服务器与WEB服务器联通，用于存储窨井地理坐标、窨井地址编码，以及窨井的信息，为城市窨井远程监测管理装置存储数据；
WEB服务器与管理中心PC电脑联通；用于为城市窨井远程监测管理装置提供运行平台；
城市窨井远程监测管理装置，用于读取数据库服务器接收的窨井地址编码，并与预先存储的窨井地址编码进行比较，对相同地址编码的窨井在管理中心PC电脑的显示器上显示GIS电子地图中的具体地理位置，同时在显示器上显示具体地理位置的文字信息，并由管理中心PC电脑扬声器发出报警提示声音；
管理中心PC电脑用于提供人机界面接口，并且产生数据报表、历史趋势记录、打印；
防火墙主要用于防止互联网黑客和非法用户对城市窨井远程监测管理装置的恶意攻击。
所述窨井的信息包括窨井编号、窨井地理位置、窨井所属单位、窨井生产日期、窨井安装日期、窨井损坏记录、窨井盖被盗记录、窨井维护记录。
工作原理 窨井集群远程监测管理系统是一种集嵌入式开发技术、射频通讯技术、GPRS无线通讯技术、网络技术和数据库技术为一体的实时监测系统，本系统工作原理如下：
将城市按街道或每平方公里为一个栅格划分为单位区域，在单位区域内的多个窨井11形成窨井集群1，在窨井集群1内的每个窨井11中均安装有窨井盖监测单元12，当安装在窨井11位于窨井盖的下方的光敏传感器121感应到窨井盖已经与窨井分离或窨井盖已经损坏时，则光敏传感器121将感应到的光信号转换为电信号，这个电信号将处于休眠状态的中央处理单元CPU电路124、窨井地址码电路122和射频收发电路127被唤醒，中央处理单元CPU电路124立刻读取害井地址码电路122设置的本窨井地址编码，并通过射频收发电路127将窨井地址编码发送到下一个最邻近的窨井盖监测单元12中，接收到窨井地址编码的窨井盖监测单元12通过自身的射频收发电路127将接收到的地址编码再转发到最邻近的下一个窨井盖监测单元12中；
采用上述方式，窨井地址编码被接力发送的方式转发，直至转发到具有GPRS无线传输控制电路128的窨井盖监测单元12中，再窨井盖监测单元12中的GPRS无线传输控制电路128将接收到的窨井地址编码发送到窨井数据管理中心3的数据库服务器中，便于窨井数据管理中心3中城市窨井远程监测管理装置对窨井地址编码进行解码识别；
窨井数据管理中心3的城市窨井远程监测管理装置实时动态读取数据库服务器中接收的窨井地址码数据，当发现有新窨井地址码数据后，立即将接收到的窨井地址码与预先设置在数据库服务器地址码进行查询和比较，若查询到匹配的地址时，城市窨井远程监测管理装置立即在管理中心PC电脑上通过GIS电子地图显示出告警窨井具体物理位置，并发出报警提示；
管理中心工作人员根据报警提示在第一时间通知相关责任部门对窨井进行维修，避免了窨井盖损坏或被盗给人民群众造成的人身伤害。
Claims (5)
1.一种窨井集群远程监测管理系统，其特征在于：包括窨井集群(1)、窨井数据管理中心(3)；
所述的窨井集群(1)由多个窨井(11)组成，窨井集群(1)中每一窨井(11)内均安装有窨井盖监测单元(12)；窨井盖监测单元(12)用于当窨井盖与窨井(11)分离或窨井盖损坏时，使窨井盖监测单元(12)获得信号，并将自身窨井(11)的地址编码通过有线或无线的方式传输到窨井数据管理中心(3)；
所述窨井盖监测单元(12)由光敏传感器(121)、窨井地址码电路(122)、电源(123)、中央处理单元CPU电路(124)、复位电路(125)、实时时钟电路(126)和射频收发电路(127)组成；
光敏传感器(121)安装在窨井内壁上，位于窨井盖的下方；光敏传感器(121)用于感应窨井盖是否与窨井分离或窨井盖损坏，当窨井盖与窨井分离或窨井盖损坏时，光敏传感器(121)将感应到的光信号转换为电信号，并传输到中央处理单元CPU电路(124)中；
窨井地址码电路(122)用于设置窨井地址编号；
电源(123)为窨井盖监测单元(12)提供电能；
中央处理单元CPU电路(124)，用于接收本窨井光敏传感器(121)的触发信号，以及读取本窨井编码信息；
中央处理单元CPU电路(124)，还用于通过射频收发电路(127)接收最邻近窨井的窨井盖监测单元(12)发送的地址编码，并将接收到的最邻近窨井盖监测单元(12)发送的地址编码转发到下一个邻近的窨井盖监测单元(12)中；
采用上述方式，窨井地址编码被接力发送的方式转发，直至转发到窨井数据管理中心(3)进行解码识别；
复位电路(125)用于窨井盖监测单元(12)初始化复位功能；
实时时钟电路(126)为CPU正常工作提供工作时钟；
射频收发电路(127)与中央处理单元CPU电路(124)联接，用于接收邻近窨井盖监测单元(12)发送的地址编码，并将接收到的地址编码发送到下一个邻近窨井盖监测单元(12)的射频收发电路(127)中；
射频收发电路(127)还用于发送本窨井光敏传感器(121)触发时所读取的本窨井地址编码，并将读取的地址编码发送到下一个邻近窨井盖监测单元(12)的射频收发电路(127)中。
2.根据权利要求1所述的窨井集群远程监测管理系统，其特征在于：所述电源(123)为3.6V直流电池。
3.根据权利要求1所述的窨井集群远程监测管理系统，其特征在于：在所述窨井集群(1)中至少一个窨井盖监测单元(12)中还设有GPRS无线传输控制电路(128)，该窨井盖监测单元(12)构成路由转发器；所述电源(123)通过交直流电源转换电路(129)将220V市电转换为3.6V直流电，为具有GPRS无线传输控制电路(128)的窨井盖监测单元(12)提供电力。
4.根据权利要求1所述的窨井集群远程监测管理系统，其特征在于：所述的窨井数据管理中心(3)由GPRS应用网关、数据库服务器、WEB应用服务器、城市窨井远程监测管理装置、管理中心PC电脑和防火墙构成；
GPRS应用网关与固定IP地址数据库服务器联通，用于接收来自GPRS无线传输控制电路(128)发送来的窨井地址编码，并将接收到的窨井地址编码发送到数据库服务器中；
数据库服务器与WEB服务器联通，用于存储窨井地理坐标、窨井地址编码，以及窨井的信息，为城市窨井远程监测管理装置存储数据；
WEB服务器与管理中心PC电脑联通；用于为城市窨井远程监测管理装置提供运行平台；
城市窨井远程监测管理装置，用于读取数据库服务器接收的窨井地址编码，并与预先存储的窨井地址编码进行比较，对相同地址编码的窨井在管理中心PC电脑的显示器上显示GIS电子地图中的具体地理位置，同时在显示器上显示具体地理位置的文字信息，并由管理中心PC电脑扬声器发出报警提示声音；
管理中心PC电脑用于提供人机界面接口，并且产生数据报表、历史趋势记录、打印；
防火墙主要用于防止互联网黑客和非法用户对城市窨井远程监测管理装置的恶意攻击。
5.根据权利要求4所述的窨井集群远程监测管理系统，其特征在于：所述窨井的信息包括窨井编号、窨井地理位置、窨井所属单位、窨井生产日期、窨井安装日期、窨井损坏记录、窨井盖被盗记录、窨井维护记录。
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