CN103700198A - 一种窨井盖无线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窨井盖无线监测系统及方法，包括井下装置和井上装置，所述井下装置包括电源接通开关、无线发射模块、井下MCU和储能电源，所述电源接通开关连接储能电源，所述井下MCU串口控制所述无线发射模块发送窨井盖丢失报警信号；所述井上装置包括井上MCU、无线接收模块、供电电源和GPRS远传模块，所述无线接收模块接收井下装置发送的无线信号，所述井上MCU把无线接收模块接收到的信号通过GPRS远传模块传输给终端服务器。本发明不仅实现了窨井井盖的无线监控，且解决了监控设备防水防腐并且能够长航时的问题。

Description

一种窨井盖无线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及无线传感网络技术领域，尤其涉及到一种城市窨井盖远程无线监测的方法与系统。

背景技术

近年来，国内关于窨井盖丢失所导致的安全事故时有发生，给社会和人民生命财产安全造成了重大损失。为避免窨井盖丢失而导致安全事故的发生，需要在在窨井盖丢失后，及时通知相关市政部门补全井盖，这就涉及到了对窨井盖进行实时监控。

目前国内对城市窨井井盖监控系统产品的都存在一定的缺陷，如专利号ZL201110351316.1公开了一种城市窨井远程综合监控数字化信息系统，实现了窨井井盖的无线组网和远程监控。但是该系统没有解决系统低功耗问题，所以需要与外部送点装置连接。而实际下水道是无法提供外部电源。实践证明，要实现窨井井盖的无线监控，必须要解决监控设备防水防腐并且能够长航时等难题。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种窨井盖无线监测系统及方法，它具有无线自组网、低功耗、长航时和自供电能的优点。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种窨井盖无线监测系统，包括井下装置和井上装置，所述井下装置包括电源接通开关、无线发射模块、井下MCU和储能电源，所述电源接通开关连接储能电源，所述井下MCU串口控制所述无线发射模块发送窨井盖丢失报警信号；所述井上装置包括井上MCU、无线接收模块、供电电源和GPRS远传模块，所述无线接收模块接收井下装置发送的无线信号，所述井上MCU把无线接收模块接收到的信号通过GPRS远传模块传输给终端服务器。

所述井下装置还包括用于固定所述电源接通开关、无线发射模块、井下MCU和储能电源的安装壁架。

所述电源接通开关为摇臂开关。

所述摇臂开关通过导线连接到所述储能电源。

所述储能电源为锂电池。

所述供电电源包括太阳能电池板、充电管理模块以及锂电池，所述充电管理模块对太阳能电池板的充电和锂电池的放电进行管理，当锂电池电压低于3.7V的时候，对锂电池进行恒流充电、当电压高于3.7V时，则进行恒压充电，并且对锂电池充放电进行保护，防止电池过充和过放。

所述井下MCU通过AD转换将储能电源的电压转换为数字信号，并通过串口控制无线发射模块发送储能电源的电压信号，以便在主控制软件上能同步了解电池电量信息。

所述MCU、无线发射模块、以及储能电源安装在井下铸铝防水密封盒中。

所述充电管理模块、井上MCU、无线接收模块以及锂电池安装在井上铸铝防水密封盒中。

一种窨井盖无线监测方法，采用上述的系统，包括步骤如下：

第一步：在井盖盖上时，电源接通开关处于常开状态，井下装置处于待机状态并时刻监测窨井盖是否发送移动；

第二步：当窨井盖被移动时，井下装置接通储能电源，向附近的井上装置发送报警信号；

第三步：井上装置一旦接收到报警信号，立即将井盖信号连同报警窨井的编号打包成一个数据包，通过井上装置的自组网络，将数据包发送给无线/GPRS网关；

第四部：当无线/GPRS网关接收到数据包后通过GPRS远传模块传输给终端服务器，进而在监控平台上发布报警信号。

本发明技术方案，将一个窨井的监测系统分为两个独立部分，即井上装置和井下装置。并且井上装置负责对井下装置进行网络管理和传输中继。本发明不仅实现窨井井盖的无线监控，且解决了监控设备防水防腐并且能够长航时的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的安装壁架结构示意图；

图2为本发明一实施例的井下装置结构示意图；

图3为本发明一实施例的井上装置结构示意图；

图4为本发明的工作流程图。

具体实施方式：

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步的说明，以充分了解本发明的目的、特征和效果。

图1～图3所示，本发明所提供的窨井盖无线监测系统，包括井下装置和井上装置。井下装置包括电源接通开关、无线发射模块、井下MCU（微控制器）和储能电源，电源接通开关连接储能电源，井下MCU串口控制所述无线发射模块发送窨井盖丢失报警信号和储能电源的电压信号。

本发明实施例中，电源接通开关为摇臂开关，储能电源为锂电池。摇臂开关、无线发射模块、井下MCU和锂电池均固定安装在安装壁架上。如图1所示，安装壁架1直接挂在两个各不锈钢挂钩2上，不锈钢挂钩2固定在窨井盖下方40cm和60cm处的井壁上安装的膨胀螺栓上面，调节膨胀螺栓使安装壁架1稳固。铸铝防水密封盒3通过侧面的滑块直接装夹在安装壁架1左边的导轨槽中。摇臂开关4通过螺钉固定在安装壁架1的左侧安装板上，摇臂开关4为常开状态。当井盖放下时向下压住摇臂开关4的摇臂，此时摇臂开关打开，当井盖被移动开后摇臂自动抬起，此时摇臂开关闭合。摇臂开关4与井下铸铝防水密封盒3中的锂电池通过导线连接，控制井下装置的电力供应。摇臂开关作为井下模块的电源接通开关也是窨井井盖的防偷报警装置，当井盖脱离井口时，正常情况下被下压的摇臂在内部弹簧作用力下上抬，从而使整个智能无线通信系统接通锂电池。无线发射模块采用在整个无线网络中具有唯一短地址，该短地址作为窨井井盖的为唯一标识，井下装置接通电源后，无线发射模块会自动加入到无线网络中，并且可以向井上装置的无线接收模块发送信息。MUC通过AD转换将电池电压转换为数字信号，并通过串口控制无线发射模块发送井盖丢失报警信号和电池电压信号，以便在主控制软件上能同步了解电池电量信息。整个井下装置的供电电源为高储能的锂电池，以便保证整个装置长时间稳定工作。

本发明实施例中，井上装置的供电电源包括太阳能电池板、充电管理模块以及锂电池。太阳能电池板和井上铸铝防水密封盒全部集中安装在安装支架上面，并且可以通过抱箍固定在窨井附近的路灯杆上面。井上装置的安装距离不超过窨井50m，在50m范围内一个井上装置可以管理多个窨井井盖下面的井下装置。

图2所示，井下装置包括放入钢体安装壁架1、不锈钢挂钩2、井下铸铝防水密封盒3和摇臂开关4，其中井下铸铝防水密封盒3中装有井下MCU、无线发射模块、天线和锂电池。图3所示，井上装置包括：太阳能电池板，安装支架和井上铸铝防水密封盒，其中井上铸铝防水密封盒内部装有太阳能的充电管理模块、井上MCU、无线发射模块、天线和锂电池。

在井上装置与井下装置在进行数据通信时，井下装置除了送发送报警信号（窨井盖是否移动）外，还包括井下装置的电池电量信息，以方便对井下装置进行巡检，以确保井下装置有电能够正常工作。

摇臂开关作为井下模块的电源接通开关也是窨井井盖的防偷报警装置，当井盖脱离井口时，正常情况下被下压的摇臂在内部弹簧作用力下上抬，从而使整个智能无线通信系统接通锂电池。无线发送模块采用在整个无线网络中具有唯一短地址，该短地址作为窨井井盖的为唯一标识，井下装置接通电源后，盖无线发送模块会自动加入到无线网络中，并且可以向井上装置的无线接收模块发送信息。井下MCU通过A/D转换将电池电压转换为数字信号，并通过串口控制无线模块发送井盖丢失报警信号和电池电压信号，以便在主控制软件上能同步了解电池电量信息。整个井下装置的供电电源为高储能的锂电池，以便保证整个装置长时间稳定工作。

井上装置的能量来源采用柔性太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过太阳能充电模块储存在锂电池中，太阳能充电模块的功能是将太阳能电池板输出的0～6V的电压稳定在4.2V，以便能够给锂电池充电，并能够防止电池过充。无线接收模块与无线发射模块组成无线网络，负责接收井下装置发送的无线信号。整个网络中的无线信号全部汇聚到网关节点，井上MCU将无线接收模块的接收的信号报警信号打包成一个数据包，然后控制GPRS模块连接控制终端的服务器，并将数据包通过TCP/IP协议转发到服务器的数据库中。服务器通过对数据包进行解析将数据，将报警信息通过GIS-Web发布出来。

本发明所提供的窨井盖无线监测方法，如图4所示，包括：第一步：摇臂开关的摇臂被井盖压住，井下装置处于待机状态并时刻监测窨井盖是否发送移动；第二步：当窨井盖被移动，摇臂自动抬起，井下装置接通电源，向附近的井上装置发送报警信号；第三步：井上装置一旦接收到报警信号，立即将盖信号连同报警窨井的编号打包成一个数据包，通过井上装置的自组网络，将数据包发送给无线/GPRS网关。第四部：当无线/GPRS网关接收到数据包后会通过GPRS模块远传给终端服务器，进而在监控平台上发布报警信号。

以上内容是结合具体的优选实施例来对本发明所作进一步详细说明，所以不能将本发明局限在上述这些说明中。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在本发明的构思基础上所做的推演和替换都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，包括井下装置和井上装置，所述井下装置包括电源接通开关、无线发射模块、井下MCU和储能电源，所述电源接通开关连接储能电源，所述井下MCU串口控制所述无线发射模块发送窨井盖丢失报警信号；所述井上装置包括井上MCU、无线接收模块、供电电源和GPRS远传模块，所述无线接收模块接收井下装置发送的无线信号，所述井上MCU把无线接收模块接收到的信号通过GPRS远传模块传输给终端服务器。

2.根据权利要求1所述的一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，所述井下装置还包括用于固定所述电源接通开关、无线发射模块、井下MCU和储能电源的安装壁架。

3.所述根据权利要求1所述的一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，所述电源接通开关为摇臂开关。

4.所述根据权利要求3所述的一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，所述摇臂开关通过导线连接到所述储能电源。

5.根据权利要求1所述的一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，所述储能电源为锂电池。

6.根据权利要求1所述的一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，所述供电电源包括太阳能电池板、充电管理模块以及锂电池，所述充电管理模块对太阳能电池板的充电和锂电池的放电进行管理，当锂电池电压低于3.7V的时候，对锂电池进行恒流充电、当电压高于3.7V时，则进行恒压充电，并且对锂电池充放电进行保护，防止电池过充和过放。

7.根据权利要求1所述的一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，所述井下MCU通过A/D转换将储能电源的电压转换为数字信号，并通过串口控制无线发射模块发送储能电源的电压信号，以便在主控制软件上能同步了解电池电量信息。

8.根据权利要求1所述的一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，所述MCU、无线发射模块、以及储能电源安装在井下铸铝防水密封盒中。

9.根据权利要求6所述的一种窨井盖无线监测系统，其特征在于，所述充电管理模块、井上MCU、无线接收模块以及锂电池安装在井上铸铝防水密封盒中。

10.一种窨井盖无线监测方法，其特征在于，采用如权利要求1至9所述的系统，包括步骤如下：

第一步：在井盖盖上时，电源接通开关处于常开状态，井下装置处于待机状态并时刻监测窨井盖是否发送移动；

第二步：当窨井盖被移动时，井下装置接通储能电源，向附近的井上装置发送报警信号；

第三步：井上装置一旦接收到报警信号，立即将井盖信号连同报警窨井的编号打包成一个数据包，通过井上装置的自组网络，将数据包发送给无线/GPRS网关；

第四部：当无线/GPRS网关接收到数据包后通过GPRS远传模块传输给终端服务器，进而在监控平台上发布报警信号。

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