CN105182868A - 一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子监测技术领域，具体涉及一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统。技术方案：包括井盖监测中心、井盖节点中心和井盖监测软件；所述的井盖监测中心通过带有远程通讯功能的通讯中继器与井盖节点中心相连，实现井盖监测中心对各个井盖的实时监测；所述的井盖监测软件安装在上位机上，完成参数设置、远程控制、井盖状态显示以及文件管理的功能。本发明具有对丢失的井盖状态进行实时监测定位，防止井盖丢失、排除了安全隐患等优点。

Description

一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统

技术领域

本发明属于电子监测技术领域，具体涉及一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统。

背景技术

井盖设施的管理已经成为当前我国安防领域急需攻克的一个难题。目前市场上有各种式样的井盖，但都大同小异，都是从井盖的材料以及防盗设计方面来着手解决井盖被盗现象的。井盖丢失后不能及时确定被盗位置和及时修补，容易造成安全隐患。针对井盖管理及被盗严重的情况，利用目前的先进技术，设计一种多功能的井盖定位及状态监测系统对井盖的状态进行实时监测，及时显示并上报被打开井盖所处位置，尽早对被盗井盖实施修补，从而快速地解决安全隐患。

在对井盖定位及其状态监测方面，专利CN203520595U公开了一种由无线电波信号强度探测电路组成的井盖状态监测装置，但并没有解决井盖定位的问题，对于修补井盖造成了一定的难度；专利CN203616846U公开了一种使用安装在井盖上的水平加速度传感器、液位传感器和井盖监测终端的新型无线井盖状态监测系统，虽然对井盖的所有损坏情况能进行全面监测及时报警，但没有监测出被盗井盖移动的距离；专利CN102622863A公开了一种对于井盖破损、翘起、被盗的实时状态监测系统，由井盖监测仪、信息采集集汇器、GPRS远传模块、窨井盖监测子系统、总控制台组成，并没有对于被盗井盖的定位显示；由上述专利可以看出，目前对于井盖状态监测的综合性设计不多，在井盖状态监测系统中，利用北斗定位模块及Labwindows/CVI设计软件系统的方式使用也较少。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术中存在的井盖丢失严重，不能对丢失的井盖状态进行实时监测定位，容易造成安全隐患等一系列问题，提供一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统，包括井盖监测中心、井盖节点中心和井盖监测软件；所述的井盖监测中心通过带有远程通讯功能的通讯中继器与井盖节点中心相连，实现井盖监测中心对各个井盖的实时监测；所述的井盖监测软件安装在上位机上，完成参数设置、远程控制、井盖状态显示以及文件管理的功能。

所述的井盖监测中心由上位机、主站控制模块、主站扩频传输模块、外置天线和主站电源模块组成；所述的上位机提供井盖监测软件安装的硬件环境；所述的主站控制模块通过RS232串口与上位机相连，通过排线与主站扩频传输模块连接；所述的主站扩频传输模块与主站控制模块通过排线连接，同时接外置天线，在主站控制模块的控制下，完成对井盖状态信息的传输功能；所述的外置天线与主站扩频传输模块连接，使井盖状态信息传输到主站扩频传输模块；所述的主站电源模块与主站控制模块和主站扩频传输模块相连接，为主站控制模块和主站扩频传输模块提供电压。

所述的井盖节点中心由北斗定位模块(2)、位移传感器(3)、GPRS传输模块(4)、节点控制模块(5)和节点电源模块(1)组成；所述的北斗定位模块(2)固定在井盖底面中心位置，并且在井盖边缘使用具有绝缘层的向上发射的双频环形天线接收卫星信号传输NAME语句，通过柔性电缆与GPRS传输模块(4)相连接从而对接收的卫星信号进行传递，再通过中继器传输回井盖监测中心；所述的位移传感器(3)也固定在井盖底面中心位置，用来监测井盖移动的距离，和北斗定位模块(2)获取的井盖状态信息同时通过柔性电缆传递到GPRS传输模块(4)，再通过中继器传输回井盖监测中心；所述的GPRS传输模块(4)固定在井盖周围，与北斗定位模块(2)、位移传感器(3)通过柔性电缆相连接，与节点控制模块(5)通过排线连接，为北斗定位模块(2)及位移传感器(3)实时提供数据网络连接，对井盖状态信息数据进行传输、接收与发送；所述的节点控制模块(5)固定在井盖周围，与GPRS传输模块(4)通过排线相连，对GPRS传输模块(4)进行控制，完成对接收的卫星信号的传输；所述的节点电源模块(1)也固定在井盖周围，与其它各个模块相连接，为北斗定位模块(2)、位移传感器(3)、GPRS传输模块(4)和节点控制模块(5)提供电压。

所述的井盖监测软件安装在上位机上，通过控制软件界面进行参数设置；通过RS232串口与主站控制模块相连，完成对于井盖状态信息的远程控制；控制主站扩频传输模块和外置天线读取监测的井盖状态信息的数据，显示井盖的位置、井盖移动距离或丢失的状态；完成对于监测结果的打开、保存和打印的文件管理功能。

本发明根据井盖定位及监测井盖丢失状态的要求，实现了基于模块化和小型化的创新性井盖定位及其状态监测的功能。因此，与现有技术相比，具有以下显著的有益效果：第一，由于北斗定位模块、位移传感器和GPRS传输模块的结合，可以对井盖状态进行实时监测及井盖定位的要求，解决了井盖定位的问题，因此在井盖丢失或被盗的情况下，能够尽快对被盗的井盖进行修补，解决安全隐患；第二，由于通过模块化的设计，便于系统的设计与调试，同时可以通过更换部分功能模块进行系统的升级，也可以增加模块来使系统增加新的功能；第三，利用虚拟仪器Labwindows/CVI可以实现对于井盖状态监测系统平台的远程监控，并且也能完成对于其位置状态信息监测结果的打开、保存和打印的文件管理功能；第四，通过虚拟仪器的人机交互界面，可以实现对系统平台的智能管理，实时监测井盖的位置信息，快速进行修补与防护；第四，可以进一步通过互联网完成远程井盖状态监测，实现资源共享；第五，由于本发明利用位移传感器能够实时测量井盖移动的距离，对被盗井盖的寻回有极大的作用。

附图说明

图1为本发明基于北斗的井盖状态监测系统的结构示意图；

图2为本发明基于北斗的井盖状态监测系统井盖节点中心结构图；

图3为本发明井盖节点中心原理框图；

图4为本发明井盖监测中心原理框图；

图5为基于北斗的井盖监测软件图。

具体实施方式

本实施例一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统，包括井盖监测中心、井盖节点中心和井盖监测软件；所述的井盖监测中心通过带有远程通讯功能的通讯中继器与井盖节点中心相连，实现井盖监测中心对各个井盖的实时监测；所述的井盖监测软件安装在上位机上，完成参数设置、远程控制、井盖状态显示以及文件管理的功能。

如图1、图4所示，所述的井盖监测中心由上位机、主站控制模块、主站扩频传输模块、外置天线和主站电源模块组成；所述的上位机提供井盖监测软件安装的硬件环境；所述的主站控制模块通过RS232串口与上位机相连，通过排线与主站扩频传输模块连接；所述的主站扩频传输模块与主站控制模块通过排线连接，同时接外置天线，在主站控制模块的控制下，完成对井盖状态信息的传输功能；所述的外置天线与主站扩频传输模块连接，使井盖状态信息传输到主站扩频传输模块；所述的主站电源模块与主站控制模块和主站扩频传输模块相连接，为主站控制模块和主站扩频传输模块提供电压。

所述的井盖节点中心由北斗定位模块2、位移传感器3、GPRS传输模块4、节点控制模块5和节点电源模块1组成；如图2所示，所述的北斗定位模块2固定在井盖底面中心位置，并且在井盖边缘使用具有绝缘层的向上发射的双频环形天线接收卫星信号传输NAME语句，通过柔性电缆与GPRS传输模块4相连接从而对接收的卫星信号进行传递，再通过中继器传输回井盖监测中心；所述的位移传感器3也固定在井盖底面中心位置，用来监测井盖移动的距离，和北斗定位模块2获取的井盖状态信息同时通过柔性电缆传递到GPRS传输模块4，再通过中继器传输回井盖监测中心；所述的GPRS传输模块4固定在井盖周围，与北斗定位模块2、位移传感器3通过柔性电缆相连接，与节点控制模块5通过排线连接，为北斗定位模块2及位移传感器3实时提供数据网络连接，对井盖状态信息数据进行传输、接收与发送；所述的节点控制模块5固定在井盖周围，与GPRS传输模块4通过排线相连，对GPRS传输模块4进行控制，完成对接收的卫星信号的传输；如图3所示，所述的节点电源模块1也固定在井盖周围，与其它各个模块相连接，为北斗定位模块2、位移传感器3、GPRS传输模块4和节点控制模块5提供电压。

如图5所示，所述的井盖监测软件是基于虚拟仪器Labwindows/CVI开发的，安装在上位机上，通过控制软件界面进行参数设置；通过RS232串口与主站控制模块相连，完成对于井盖状态信息的远程控制；控制主站扩频传输模块和外置天线读取监测的井盖状态信息的数据，显示井盖的位置、井盖移动距离或丢失的状态；完成对于监测结果的打开、保存和打印的文件管理功能。

本发明工作过程：

总体过程下，在节点电源模块和主站电源模块为其他各个模块进行供电后，由北斗定位模块2及位移传感器3获得的位置状态信息通过柔性电缆传输到GPRS传输模块4，再将此状态信息传输到中继站，从而传输回井盖监测中心，传输主要采用扩频通信模式，实现抗干扰，最后传回上位机，由Labwindows/CVI开发的井盖监测软件实现参数设置、远程控制、井盖状态显示以及文件管理的功能。

各个部分工作过程分别如下：

井盖节点中心

节点中心主要是由北斗定位模块2、位移传感器3、GPRS传输模块4、节点控制模块5和节点电源模块1组成，其结构图如图2所示，其原理框图如图3所示。井盖节点中心的各个模块通过排线连接，可独立工作，也可拔插，达到模块化设计的要求。

1)北斗定位模块

井盖节点中心的北斗定位模块2采用北斗UM220，它是市场上尺寸最小的BD2/GPS模块,集成度高,功耗低,单芯片支持BD2/GPS功能,无需外接CPU即可直接输出NAME数据，非常适合井盖状态监测系统小型化的要求。

2)位移传感器

井盖节点中心的位移传感器3采用FTM-50S激光位移，它是世界上体积最小的高精度大量程激光位移传感器，用来测量井盖移动的距离，与和北斗定位模块2同时获取井盖状态信息，实现井盖位置信息监测的具体化。

3)GPRS传输模块

井盖节点中心的GPRS传输模块4与北斗定位模块2和位移传感器3通过柔性电缆连接，为北斗定位模块2和位移传感器3实时提供数据网络连接，对井盖状态信息数据进行传输、接收与发送。将状态信息数据传输到中继站，从而传输回井盖监测中心，传输主要采用扩频通信模式，实现抗干扰，最后传回上位机，显示井盖状态信息。

4)节点控制模块

节点控制模块5与GPRS传输模块4通过排线连接，控制GPRS传输模块4对于状态信息数据的传输。

5)节点电源模块

节点电源模块1与北斗定位模块2、位移传感器3、GPRS传输模块4和节点控制模块5相连接，为各个模块进行供电。

井盖监测中心

井盖监测中心主要由上位机、主站控制模块、主站扩频传输模块、外置天线和主站电源模块组成，其原理框图如图4所示。上位机与主站控制模块通过RS232串口相连，主站控制模块与主站扩频传输模块通过排线相连，同时接外置天线，主站电源模块与主站控制模块和主站扩频传输模块连接。

在进行井盖状态监测时，首先，打开主站电源模块为各个模块进行供电，外置天线接收到通过中继器传输来的状态信息数据，传递给主站扩频传输模块，在主站控制模块的控制下提供给上位机；其次，通过上位机上安装的井盖监测软件界面设置传输接口、井盖编号和传输速率参数后，进行系统初始化，完成系统初始化后，在上位机上的井盖监测软件平台点击“打开”按钮，将北斗定位模块2输出的NAME语句、位移传感器3测量的井盖移动距离等井盖状态信息数据输入到上位机中，再通过虚拟仪器Labwindows/CVI设计的井盖监测软件对其数据进行分析处理，显示井盖状态；最后，在井盖监测软件平台上点击“退出”按钮，退出对于井盖状态的监测。监测结束后，通过上位机上安装的井盖监测软件可以进行对于监测结果的打开、保存和打印的功能。

井盖监测软件

虚拟仪器Labwindows/CVI是一个完全的ANSIC开发环境，主要用于仪器控制、自动检测、数据处理等领域。它以ANSIC为核心，将功能强大、使用灵活的C语言平台与用于数据采集、分析和显示的测控专业工具有机结合起来，具有交互性强、功能面板丰富、函数库齐全、易升级的特点。

基于虚拟仪器技术的井盖状态监测系统的优势体现在上位机的井盖监测软件的设计上，它采用虚拟仪器Labwindows/CVI软件开发平台，完成以下功能，如图5所示：

(1)参数设置：主要实现对传输接口、井盖编号和传输速率的参数的选择和配置；

(2)远程控制：主要实现对井盖状态的初始化、状态信息数据的开始接收、数据传输及退出接收；

(3)井盖状态显示：将各个井盖是否丢失的状态信息实时显示出来，便于修补和防护；

(4)文件管理：主要完成井盖监测软件中监测结果的打开、保存及打印的文件管理功能。

Claims (4)

1.一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统，包括井盖监测中心、井盖节点中心和井盖监测软件；所述的井盖监测中心通过带有远程通讯功能的通讯中继器与井盖节点中心相连，实现井盖监测中心对各个井盖的实时监测；所述的井盖监测软件安装在上位机上，完成参数设置、远程控制、井盖状态显示以及文件管理的功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统，其特征是：所述的井盖监测中心由上位机、主站控制模块、主站扩频传输模块、外置天线和主站电源模块组成；所述的上位机提供了井盖监测软件安装的硬件环境；所述的主站控制模块通过RS232串口与上位机相连，通过排线与主站扩频传输模块连接；所述的主站扩频传输模块与主站控制模块通过排线连接，同时接外置天线，在主站控制模块的控制下，完成对井盖状态信息的传输功能；所述的外置天线与主站扩频传输模块连接，使井盖状态信息传输到主站扩频传输模块；所述的主站电源模块与主站控制模块和主站扩频传输模块相连接，为主站控制模块和主站扩频传输模块提供电压。

3.根据权利要求1所述的一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统，其特征是：所述的井盖节点中心由北斗定位模块(2)、位移传感器(3)、GPRS传输模块(4)、节点控制模块(5)和节点电源模块(1)组成；所述的北斗定位模块(2)固定在井盖底面中心位置，并且在井盖边缘使用具有绝缘层的向上发射的双频环形天线接收卫星信号传输NAME语句，通过柔性电缆与GPRS传输模块(4)相连接从而对接收的卫星信号进行传递，再通过中继器传输回井盖监测中心；所述的位移传感器(3)也固定在井盖底面中心位置，用来监测井盖移动的距离，和北斗定位模块(2)获取的井盖状态信息同时通过柔性电缆传递到GPRS传输模块(4)，再通过中继器传输回井盖监测中心；所述的GPRS传输模块(4)固定在井盖周围，与北斗定位模块(2)、位移传感器(3)通过柔性电缆相连接，与节点控制模块(5)通过排线连接，为北斗定位模块(2)及位移传感器(3)实时提供数据网络连接，对井盖状态信息数据进行传输、接收与发送；所述的节点控制模块(5)固定在井盖周围，与GPRS传输模块(4)通过排线相连，对GPRS传输模块(4)进行控制，完成对接收的卫星信号的传输；所述的节点电源模块(1)也固定在井盖周围，与其它各个模块相连接，为北斗定位模块(2)、位移传感器(3)、GPRS传输模块(4)和节点控制模块(5)提供电压。

4.根据权利要求1所述的一种基于模块化和虚拟仪器的井盖状态监测系统，其特征是：所述的井盖监测软件安装在上位机上，通过控制软件界面进行参数设置；通过RS232串口与主站控制模块相连，完成对于井盖状态信息的远程控制；控制主站扩频传输模块和外置天线读取监测的井盖状态信息的数据，显示井盖的位置、井盖移动距离或丢失的状态；完成对于监测结果的打开、保存和打印的文件管理功能。