CN106209152A - 智能井盖装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种智能井盖装置，包括电源及电源管理电路、MCU、GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路；当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每小时自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换。本发明提出的智能井盖装置，可实现各节点的数据传输，并且能够可靠的连接附近的传感器小网络，常规的传感器可以方便组网，并通过节点和远程大数据平台对接，同时节点可以自带传感器实现移动报警，断线报警等辅助功能。

Description

智能井盖装置

技术领域

本发明属于物联网技术领域，涉及一种井盖装置，尤其涉及一种智能井盖装置。

背景技术

为了发展地下智能管网技术给城市带来便捷管理,以及及时防范风险为前提,从实际出发,需要智能化和网络化地下管道以及管道节点传感器,并且需要在各节点把相关数据连接到远程大数据平台。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的井盖装置，以便克服现有井盖装置存在的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能井盖装置，可可实现各节点的数据传输，并且能够可靠的连接附近的传感器小网络，常规的传感器可以方便组网，并通过节点和远程大数据平台对接，同时节点可以自带传感器实现移动报警，断线报警等辅助功能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种智能井盖装置，所述智能井盖装置包括：电源及电源管理电路、MCU、GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，组成的一个完整系统，整个系统密闭在塑料容器中；

所述MCU分别连接GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，电源及电源管理电路为智能井盖装置提供电源；

当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每小时自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换；

当周期唤醒时间到达，系统首先检查是否有短信指令，如果有首先处理，其次主动连接到远程数据平台，如数据平台有指令执行指令，没有就递交周期报告；如果节点带有传感器网络，节点自动搜集当前时刻的传感器数据主动返回报告；读取传感器数据由云端提供参考时间基准以及获取时间设置来达到准同步采集的方式采集；

电源及电源管理电路包含电池、稳压器LDO以及可控制的电源开关；其中，电池BAT3是系统主要工作电源，第三十九电容C39、第四十电容C40、第三十八电容C38和第六芯片U6构成的电源电路给MCU提供不间断的供电；

电池BAT3的正极VCC连接第六芯片U6的输入端口、第三十九电容C39的正极、第四十电容C40的正极，第六芯片U6的输入端口连接第三十八电容C38的正极，第三十九电容C39的负极、第四十电容C40的负极、第三十八电容C38的负极、电池BAT3的负极接地；

由第四十三电容C43、第四十四电容C44、第四十五电容C45、第四十九电容C49、第四十二电容C42、第四十八电容C48、第四十六电容C46、第四十七电容C47、第三十七电阻R37、第三十六电阻R36、第三十八电阻R38、第二二极管D2、第一电感L1及第七芯片U7组成的可控DCDC给GPRS模块提供可关断的电源，控制信号来自MCU的GPS_S通过第三十七电阻R37给到第七芯片U7的第三脚EN控制端口；

电池BAT3的正极连接第四十三电容C43的正极、第四十四电容C44的正极、第四十五电容C45的正极、第七芯片U7的VIN端口，第七芯片U7的EN端口通过第三十七电阻连接MCU，第七芯片U7的SS端口接地；第七芯片U7的第七端口连接第四十二电容C42的第一端，第七芯片U7的SW端口连接第四十二电容C42的第二端、第二二极管D2的负极、第一电感L1的第一端；第七芯片U7的GS端口、第二二极管D2的正极接地；第一电感L1的第二端连接第四十八电容C48的第一端、第三十六电阻R36的第一端、第四十六电容C46的正极、第四十七电容C47的正极；第七芯片U7的FB端口连接第四十八电容C48的第二端、第三十六电阻R36的第二端、第三十八电阻R38的第一端，第三十八电阻R38的第二端接地；

所述MCU包括第一芯片U1、第一高低频晶振OSC1、第二高低频晶振OSC2、掉电监测芯片U2、辅助电池BAT1、若干电阻、若干电容；主要提供串口ISP同步串口以及AD采样，以及电池电压检测、断线检测、机械运动检测动作控制能力；其中，第十七电阻R17、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二MOS管M2组成的电路用来采集主电池的电压情况，用来评估剩余电量；采集结束后关断第二MOS管M2避免电路额外的功耗电流；P1口用来调试以及灌程序；

所述GPRS模块包括SIM卡电路、通讯电路；SIM卡电路包括第三芯片U3、第二十电容C20、第十六电容C16、第二十一电容C21、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十二电容C22；

通讯电路包括第五芯片U5、第一二极管D1、第一LED灯LED1、第三十三电容C33、第三十二电容C32、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十四电容C34、第三十七电容C37、第三十六电容C36、第四十一电容C41、第二十九电容R29、第三十电容R30、第三十一电容R31、第三十二电容R32、第三十三电容R33以及天线ANT1 BT-ANT；主要负责MCU和云端的数据通讯，必要的时候开启，通讯完毕关闭；

第一二极管D1的负极连接第三十三电容C33的第一端、第三十二电容C32的第一端、第三十一电容C31的第一端、第三十五电容C35的正极、第三十四电容C34的正极、第五芯片U5，第三十三电容C33的第二端、第三十二电容C32的第二端、第三十一电容C31的第二端、第三十五电容C35的负极、第三十四电容C34的负极接地；

所述网络通讯总线包括第四芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第十九电阻R19、第二十四电阻R24、第二十八电阻R28、第二十七电容C27、第二十九电容C29、第二十八电容C28、第三十电容C30、第三MOS管M3以及网络变压器B2；主要提供数据信号方式的转换，实现低功耗高隔离，提高产品的可靠性和IPI等级；第二十电阻R20充当终端设备电阻，第十八电阻R18、第十九电阻R19是一个可设置的终端电阻，由配置决定带负载电阻还是不带负载电阻；

震动传感器包括第五十一退偶电容C51、第五十二退偶电容C52、第四十三电阻R43、第四十二电阻R42以及传感器U1，主要作用是在产品感知到大的震动以及产品翻转时及时通过中断唤醒MCU，让MCU处理告警信号通知云端；震动传感器使用半导体加速度倾角传感器；

所述断线检测传感电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第一MOS管M1、第一隔离变压器B1；

第一电容C1的正极连接电源电压VCC、第一隔离变压器B1的第一端，第一电容C1的负极接地；第一隔离变压器B1的第二端连接第一MOS管M1的漏极；第一MOS管M1的源极连接第七电阻R7、第八电阻R8，第一MOS管M1的栅极连接第一电阻R1、第四电阻R4；

MCU提供固定宽度的脉冲信号给第一MOS管M1，第一MOS管M1则有固定的打开时间，脉冲电流经过互偶得第一隔离变压器B1产生一个变化的电流斜率信号，第一隔离变压器B1的次级BT1、BT2分别呈现短路开路状态时，初级的电流斜率会发生大范围改变，用ADC固定延时采集到的信号也会发生很大的区别，以此判断安全线是否断裂，是否需要向远程云端递交告警判断；使用本电路的好处是隔离，和被检测部份没有直接接触，提升可靠性；

所述智能井盖装置还包括盖体，盖体的中部设有安装腔，用于安装电子元件，检测线接入安装腔；安装腔设有透光孔，透光孔处设置光伏电池；安装腔与盖体四周之间通过加强机构连接。

一种智能井盖装置，所述智能井盖装置包括：电源及电源管理电路、MCU、GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，组成的一个完整系统，整个系统密闭在塑料容器中；

所述MCU分别连接GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，电源及电源管理电路为智能井盖装置提供电源；

当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每间隔设定时间自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换；

当周期唤醒时间到达，系统首先检查是否有短信指令，如果有首先处理，其次主动连接到远程数据平台，如数据平台有指令执行指令，没有就递交周期报告；如果节点带有传感器网络，节点自动搜集当前时刻的传感器数据主动返回报告；读取传感器数据由云端提供参考时间基准以及获取时间设置来达到准同步采集的方式采集。

作为本发明的一种优选方案，电源及电源管理电路包含电池、稳压器LDO以及可控制的电源开关；其中，电池BAT3是系统主要工作电源，第三十九电容C39、第四十电容C40、第三十八电容C38和第六芯片U6构成的电源电路给MCU提供不间断的供电；

电池BAT3的正极VCC连接第六芯片U6的输入端口、第三十九电容C39的正极、第四十电容C40的正极，第六芯片U6的输入端口连接第三十八电容C38的正极，第三十九电容C39的负极、第四十电容C40的负极、第三十八电容C38的负极、电池BAT3的负极接地；

由第四十三电容C43、第四十四电容C44、第四十五电容C45、第四十九电容C49、第四十二电容C42、第四十八电容C48、第四十六电容C46、第四十七电容C47、第三十七电阻R37、第三十六电阻R36、第三十八电阻R38、第二二极管D2、第一电感L1及第七芯片U7组成的可控DCDC给GPRS模块提供可关断的电源，控制信号来自MCU的GPS_S通过第三十七电阻R37给到第七芯片U7的第三脚EN控制端口；

电池BAT3的正极连接第四十三电容C43的正极、第四十四电容C44的正极、第四十五电容C45的正极、第七芯片U7的VIN端口，第七芯片U7的EN端口通过第三十七电阻连接MCU，第七芯片U7的SS端口接地；第七芯片U7的第七端口连接第四十二电容C42的第一端，第七芯片U7的SW端口连接第四十二电容C42的第二端、第二二极管D2的负极、第一电感L1的第一端；第七芯片U7的GS端口、第二二极管D2的正极接地；第一电感L1的第二端连接第四十八电容C48的第一端、第三十六电阻R36的第一端、第四十六电容C46的正极、第四十七电容C47的正极；第七芯片U7的FB端口连接第四十八电容C48的第二端、第三十六电阻R36的第二端、第三十八电阻R38的第一端，第三十八电阻R38的第二端接地。

作为本发明的一种优选方案，所述MCU包括第一芯片U1、第一高低频晶振OSC1、第二高低频晶振OSC2、掉电监测芯片U2、辅助电池BAT1、若干电阻、若干电容；主要提供串口ISP同步串口以及AD采样，以及电池电压检测、断线检测、机械运动检测动作控制能力；其中，第十七电阻R17、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二MOS管M2组成的电路用来采集主电池的电压情况，用来评估剩余电量；采集结束后关断第二MOS管M2避免电路额外的功耗电流；P1口用来调试以及灌程序。

作为本发明的一种优选方案，所述GPRS模块包括SIM卡电路、通讯电路；SIM卡电路包括第三芯片U3、第二十电容C20、第十六电容C16、第二十一电容C21、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十二电容C22；

通讯电路包括第五芯片U5、第一二极管D1、第一LED灯LED1、第三十三电容C33、第三十二电容C32、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十四电容C34、第三十七电容C37、第三十六电容C36、第四十一电容C41、第二十九电容R29、第三十电容R30、第三十一电容R31、第三十二电容R32、第三十三电容R33以及天线ANT1BT-ANT；主要负责MCU和云端的数据通讯，必要的时候开启，通讯完毕关闭；

第一二极管D1的负极连接第三十三电容C33的第一端、第三十二电容C32的第一端、第三十一电容C31的第一端、第三十五电容C35的正极、第三十四电容C34的正极、第五芯片U5，第三十三电容C33的第二端、第三十二电容C32的第二端、第三十一电容C31的第二端、第三十五电容C35的负极、第三十四电容C34的负极接地。

作为本发明的一种优选方案，所述网络通讯总线包括第四芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第十九电阻R19、第二十四电阻R24、第二十八电阻R28、第二十七电容C27、第二十九电容C29、第二十八电容C28、第三十电容C30、第三MOS管M3以及网络变压器B2；主要提供数据信号方式的转换，实现低功耗高隔离，提高产品的可靠性和IPI等级；第二十电阻R20充当终端设备电阻，第十八电阻R18、第十九电阻R19是一个可设置的终端电阻，由配置决定带负载电阻还是不带负载电阻。

作为本发明的一种优选方案，所述震动传感器包括第五十一退偶电容C51、第五十二退偶电容C52、第四十三电阻R43、第四十二电阻R42以及传感器U1，主要作用是在产品感知到大的震动以及产品翻转时及时通过中断唤醒MCU，让MCU处理告警信号通知云端；震动传感器使用半导体加速度倾角传感器。

作为本发明的一种优选方案，所述断线检测传感电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第一MOS管M1、第一隔离变压器B1；

第一电容C1的正极连接电源电压VCC、第一隔离变压器B1的第一端，第一电容C1的负极接地；第一隔离变压器B1的第二端连接第一MOS管M1的漏极；第一MOS管M1的源极连接第七电阻R7、第八电阻R8，第一MOS管M1的栅极连接第一电阻R1、第四电阻R4；

MCU提供固定宽度的脉冲信号给第一MOS管M1，第一MOS管M1则有固定的打开时间，脉冲电流经过互偶得第一隔离变压器B1产生一个变化的电流斜率信号，第一隔离变压器B1的次级BT1、BT2分别呈现短路开路状态时，初级的电流斜率会发生大范围改变，用ADC固定延时采集到的信号也会发生很大的区别，以此判断安全线是否断裂，是否需要向远程云端递交告警判断；使用本电路的好处是隔离，和被检测部份没有直接接触，提升可靠性。

作为本发明的一种优选方案，所述智能井盖装置还包括盖体，盖体的中部设有安装腔，用于安装电子元件，检测线接入安装腔；安装腔设有透光孔，透光孔处设置光伏电池；安装腔与盖体四周之间通过加强机构连接。

本发明的有益效果在于：本发明提出的智能井盖装置，可实现各节点的数据传输，并且能够可靠的连接附近的传感器小网络，常规的传感器可以方便组网，并通过节点和远程大数据平台对接，同时节点可以自带传感器实现移动报警，断线报警等辅助功能。

附图说明

图1为本发明智能井盖装置的组成示意图。

图2为电源及电源管理电路的电路示意图。

图3为MUC部分的电路示意图。

图4为GPRS模块的电路示意图。

图5为网络通讯总线的电路示意图。

图6为震动传感器的电路示意图。

图7为断线检测传感的电路示意图。

图8为本发明智能井盖装置盖体的结构示意图。

图9为本发明智能井盖装置盖体的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种智能井盖装置，所述智能井盖装置包括：电源及电源管理电路1、MC U2、GPRS模块3、网络通讯总线4、震动传感器5、断线检测传感电路6，组成的一个完整系统，整个系统密闭在塑料容器中。

所述MCU 2分别连接GPRS模块3、网络通讯总线4、震动传感器5、断线检测传感电路6，电源及电源管理电路1为智能井盖装置提供电源。

网络通讯总线通过隔离变压器通讯；网络通讯总线提供对外局部组网的结构，并且网络上的节点传感器可以通过智能井盖的GPRS模块和远程大数据平台交换数据。智能井盖带一个震动传感器的结构，并且可以用来实现的的震动探测以及智能井盖安装方向改变时提主动发送给远程大数据平台告警信息。智能井盖带直接安装于检查井井盖的安装方法，以及在井盖上增加透光窗口和断裂检测线。智能井盖带一光伏电池，能够给电池分担电力增加电池寿命；此外，智能井盖震动传感器使用半导体加速度倾角传感器。

当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每小时自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换。

当周期唤醒时间到达，系统首先检查是否有短信指令，如果有首先处理，其次主动连接到远程数据平台，如数据平台有指令执行指令，没有就递交周期报告；如果节点带有传感器网络，节点自动搜集当前时刻的传感器数据主动返回报告；读取传感器数据由云端提供参考时间基准以及获取时间设置来达到准同步采集的方式采集。

请参阅图2，电源及电源管理电路包含电池、稳压器LDO(包括第六芯片U6)以及可控制的电源开关(包括第七芯片U7)；其中，电池BAT3是系统主要工作电源，第三十九电容C39、第四十电容C40、第三十八电容C38和第六芯片U6构成的电源电路给MCU提供不间断的供电。

电池BAT3的正极VCC连接第六芯片U6的输入端口、第三十九电容C39的正极、第四十电容C40的正极，第六芯片U6的输入端口连接第三十八电容C38的正极，第三十九电容C39的负极、第四十电容C40的负极、第三十八电容C38的负极、电池BAT3的负极接地。

由第四十三电容C43、第四十四电容C44、第四十五电容C45、第四十九电容C49、第四十二电容C42、第四十八电容C48、第四十六电容C46、第四十七电容C47、第三十七电阻R37、第三十六电阻R36、第三十八电阻R38、第二二极管D2、第一电感L1及第七芯片U7组成的可控DCDC给GPRS模块提供可关断的电源，控制信号来自MCU的GPS_S通过第三十七电阻R37给到第七芯片U7的第三脚EN控制端口。

电池BAT3的正极连接第四十三电容C43的正极、第四十四电容C44的正极、第四十五电容C45的正极、第七芯片U7的VIN端口，第七芯片U7的EN端口通过第三十七电阻连接MCU，第七芯片U7的SS端口接地；第七芯片U7的第七端口连接第四十二电容C42的第一端，第七芯片U7的SW端口连接第四十二电容C42的第二端、第二二极管D2的负极、第一电感L1的第一端；第七芯片U7的GS端口、第二二极管D2的正极接地；第一电感L1的第二端连接第四十八电容C48的第一端、第三十六电阻R36的第一端、第四十六电容C46的正极、第四十七电容C47的正极；第七芯片U7的FB端口连接第四十八电容C48的第二端、第三十六电阻R36的第二端、第三十八电阻R38的第一端，第三十八电阻R38的第二端接地。

请参阅图3，所述MCU包括第一芯片U1、第一高低频晶振OSC1、第二高低频晶振OSC2、掉电监测芯片U2、辅助电池BAT1、若干电阻、若干电容；主要提供串口ISP同步串口以及AD采样和其他动作控制能力(包括电池电压检测、断线检测、机械运动检测等)；其中，第十七电阻R17、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二MOS管M2组成的电路用来采集主电池的电压情况，用来评估剩余电量；采集结束后关断第二MOS管M2避免电路额外的功耗电流；通过P1口用来调试以及灌程序(如图3所示)。

请参阅图4，所述GPRS模块包括SIM卡电路、通讯电路；SIM卡电路包括第三芯片U3、第二十电容C20、第十六电容C16、第二十一电容C21、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十二电容C22。

通讯电路包括第五芯片U5、第一二极管D1、第一LED灯LED1、第三十三电容C33、第三十二电容C32、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十四电容C34、第三十七电容C37、第三十六电容C36、第四十一电容C41、第二十九电容R29、第三十电容R30、第三十一电容R31、第三十二电容R32、第三十三电容R33以及天线ANT1 BT-ANT；主要负责MCU和云端的数据通讯，必要的时候开启，通讯完毕关闭。

第一二极管D1的负极连接第三十三电容C33的第一端、第三十二电容C32的第一端、第三十一电容C31的第一端、第三十五电容C35的正极、第三十四电容C34的正极、第五芯片U5，第三十三电容C33的第二端、第三十二电容C32的第二端、第三十一电容C31的第二端、第三十五电容C35的负极、第三十四电容C34的负极接地。

请参阅图5，所述网络通讯总线包括第四芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第十九电阻R19、第二十四电阻R24、第二十八电阻R28、第二十七电容C27、第二十九电容C29、第二十八电容C28、第三十电容C30、第三MOS管M3以及网络变压器B2；主要提供数据信号方式的转换，实现低功耗高隔离，提高产品的可靠性和IPI等级；第二十电阻R20充当终端设备电阻，第十八电阻R18、第十九电阻R19是一个可设置的终端电阻，由配置决定带负载电阻还是不带负载电阻。

请参阅图6，震动传感器包括第五十一退偶电容C51、第五十二退偶电容C52、第四十三电阻R43、第四十二电阻R42以及传感器U1，主要作用是在产品感知到大的震动以及产品翻转时及时通过中断唤醒MCU，让MCU处理告警信号通知云端；震动传感器使用半导体加速度倾角传感器。

请参阅图7，所述断线检测传感电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第一MOS管M1、第一隔离变压器B1。

第一电容C1的正极连接电源电压VCC、第一隔离变压器B1的第一端，第一电容C1的负极接地；第一隔离变压器B1的第二端连接第一MOS管M1的漏极；第一MOS管M1的源极连接第七电阻R7、第八电阻R8，第一MOS管M1的栅极连接第一电阻R1、第四电阻R4。

MCU提供固定宽度的脉冲信号给第一MOS管M1，第一MOS管M1则有固定的打开时间，脉冲电流经过互偶得第一隔离变压器B1产生一个变化的电流斜率信号，第一隔离变压器B1的次级BT1、BT2分别呈现短路开路状态时，初级的电流斜率会发生大范围改变，用ADC固定延时采集到的信号也会发生很大的区别，以此判断安全线是否断裂，是否需要向远程云端递交告警判断；使用本电路的好处是隔离，和被检测部份没有直接接触，提升可靠性。

请参阅图8、图9，所述智能井盖装置还包括盖体，盖体的中部设有安装腔91，用于安装电子元件，检测线94接入安装腔91；安装腔设有透光孔92，透光孔92处设置光伏电池；安装腔91与盖体四周之间通过加强机构93连接。

实施例二

一种智能井盖装置，所述智能井盖装置包括：电源及电源管理电路、MCU、GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，组成的一个完整系统，整个系统密闭在塑料容器中；

所述MCU分别连接GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，电源及电源管理电路为智能井盖装置提供电源；

当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每间隔设定时间自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换；

当周期唤醒时间到达，系统首先检查是否有短信指令，如果有首先处理，其次主动连接到远程数据平台，如数据平台有指令执行指令，没有就递交周期报告；如果节点带有传感器网络，节点自动搜集当前时刻的传感器数据主动返回报告；读取传感器数据由云端提供参考时间基准以及获取时间设置来达到准同步采集的方式采集。

实施例三

如图1所示,智能井盖包含了1-6个功能部分。分别是1:电源及电源管理、2:主控MCU、3:GPRS数据模块、4:网络通讯总线、5:震动传感器、6:断线检测传感电路，组成的一个完整系统，整个系统密闭在塑料容器中。当5:震动传感器、7:断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每小时自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换。当周期唤醒时间到达，系统首先检查是否有短信指令，如果有首先处理，其次主动连接到远程数据平台，如数据平台有指令执行指令，没有就递交周期报告。如果节点带有传感器网络，节点自动搜集当前时刻的传感器数据主动返回报告。读取传感器数据可以由云端提供参考时间基准以及获取时间设置来达到准同步采集的方式采集。

电源及电源管理,包含了电池、LDO以及可以控制的电源开关。其中电池BAT2是系统主要工作电源,电容C39 C40 C38和U6构成的电源电路给MCU提供不间断的供电。由电容C43 C44 C45 C49 C42 C48 C46 C47电阻R37 R36 R38二极管D2电感L1及U7组成的可控DCDC给GPRS数据模块提供可关断的电原，控制信号来自MCU的GPS_S通过R37给到U7的3脚EN控制端口。电路自带可选的BAT3(太阳能电池),提供更长的待机时间。

主控MCU由图3的U1以及高低频晶振OSC1 OSC2掉电监测U2辅助电池BAT1以及其他若干电阻电容等附件组成，主要提供串口ISP同步串口以及AD采样和其他动作控制能力。其中R17 R21 R22 R23 M2组成的电路用来采集主电池的电压情况，用来评估剩余电量。采集结束后关断M2避免电路额外的功耗电流。P1口用来调试以及灌程序。

GPRS数据模块由C20 C16 C21 C23 C24 C25 C26 C22 U3组成的SIM卡电路以及由D1 LED1 C33 C32 C31 C35 C34 C37 C36 C41 R29 R30 R31 R32 R33以及天线ANT1 BT-ANT和模块本身U5组成。主要负责MCU和云端的数据通讯，必要的时候开启，通讯完毕关闭。

网络通讯总线由芯片U4电阻R15 R16 R18 R20 R19 R24 R28电容C27 C29 C28C30 MOS M3以及网络变压器B2组成。主要提供数据信号方式的转换，主要特点是低功耗高隔离，可以提高产品的可靠性和IPI等级。R20充当了终端设备电阻，R18 R19是一个可设置的终端电阻，可以由配置决定带负载电阻还是不带负载电阻。

震动传感器由退偶电容C51 C52电阻R43 R42以及传感器U1组成，主要作用是在产品感知到大的震动以及产品翻转时及时通过中断唤醒MCU，让MCU处理告警信号通知云端。

断线检测传感电路由电阻R1 R4 R7 R8电容C1 MOS M1隔离变压器B1组成，MCU提供固定宽度的脉冲信号给M1，M1则有固定的打开时间，脉冲电流经过互偶得B1产生一个变化的电流斜率信号，B1的次级BT1BT2分别呈现短路开路状态时，初级的电流斜率会发生大范围改变，用ADC固定延时采集到的信号也会发生很大的区别，以此判断安全线是否断裂，是否需要向远程云端递交告警判断。使用本电路的好处是隔离，和被检测部份没有直接接触，对于可靠性有非常大的提升。

综上所述，本发明提出的智能井盖装置，可实现各节点的数据传输，并且能够可靠的连接附近的传感器小网络，常规的传感器可以方便组网，并通过节点和远程大数据平台对接，同时节点可以自带传感器实现移动报警，断线报警等辅助功能。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (9)

1.一种智能井盖装置，其特征在于，所述智能井盖装置包括：电源及电源管理电路、MCU、GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，组成的一个完整系统，整个系统密闭在塑料容器中；

所述MCU分别连接GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，电源及电源管理电路为智能井盖装置提供电源；

当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每小时自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换；

当周期唤醒时间到达，系统首先检查是否有短信指令，如果有首先处理，其次主动连接到远程数据平台，如数据平台有指令执行指令，没有就递交周期报告；如果节点带有传感器网络，节点自动搜集当前时刻的传感器数据主动返回报告；读取传感器数据由云端提供参考时间基准以及获取时间设置来达到准同步采集的方式采集；

电源及电源管理电路包含电池、稳压器LDO以及可控制的电源开关；其中，电池BAT3是系统主要工作电源，第三十九电容C39、第四十电容C40、第三十八电容C38和第六芯片U6构成的电源电路给MCU提供不间断的供电；

电池BAT3的正极VCC连接第六芯片U6的输入端口、第三十九电容C39的正极、第四十电容C40的正极，第六芯片U6的输入端口连接第三十八电容C38的正极，第三十九电容C39的负极、第四十电容C40的负极、第三十八电容C38的负极、电池BAT3的负极接地；

由第四十三电容C43、第四十四电容C44、第四十五电容C45、第四十九电容C49、第四十二电容C42、第四十八电容C48、第四十六电容C46、第四十七电容C47、第三十七电阻R37、第三十六电阻R36、第三十八电阻R38、第二二极管D2、第一电感L1及第七芯片U7组成的可控DCDC给GPRS模块提供可关断的电源，控制信号来自MCU的GPS_S通过第三十七电阻R37给到第七芯片U7的第三脚EN控制端口；

电池BAT3的正极连接第四十三电容C43的正极、第四十四电容C44的正极、第四十五电容C45的正极、第七芯片U7的VIN端口，第七芯片U7的EN端口通过第三十七电阻连接MCU，第七芯片U7的SS端口接地；第七芯片U7的第七端口连接第四十二电容C42的第一端，第七芯片U7的SW端口连接第四十二电容C42的第二端、第二二极管D2的负极、第一电感L1的第一端；第七芯片U7的GS端口、第二二极管D2的正极接地；第一电感L1的第二端连接第四十八电容C48的第一端、第三十六电阻R36的第一端、第四十六电容C46的正极、第四十七电容C47的正极；第七芯片U7的FB端口连接第四十八电容C48的第二端、第三十六电阻R36的第二端、第三十八电阻R38的第一端，第三十八电阻R38的第二端接地；

所述MCU包括第一芯片U1、第一高低频晶振OSC1、第二高低频晶振OSC2、掉电监测芯片U2、辅助电池BAT1、若干电阻、若干电容；主要提供串口ISP同步串口以及AD采样，以及电池电压检测、断线检测、机械运动检测动作控制能力；其中，第十七电阻R17、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二MOS管M2组成的电路用来采集主电池的电压情况，用来评估剩余电量；采集结束后关断第二MOS管M2避免电路额外的功耗电流；通过P1口用来调试以及灌程序；

所述GPRS模块包括SIM卡电路、通讯电路；SIM卡电路包括第三芯片U3、第二十电容C20、第十六电容C16、第二十一电容C21、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十二电容C22；

通讯电路包括第五芯片U5、第一二极管D1、第一LED灯LED1、第三十三电容C33、第三十二电容C32、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十四电容C34、第三十七电容C37、第三十六电容C36、第四十一电容C41、第二十九电容R29、第三十电容R30、第三十一电容R31、第三十二电容R32、第三十三电容R33以及天线ANT1 BT-ANT；主要负责MCU和云端的数据通讯，必要的时候开启，通讯完毕关闭；

第一二极管D1的负极连接第三十三电容C33的第一端、第三十二电容C32的第一端、第三十一电容C31的第一端、第三十五电容C35的正极、第三十四电容C34的正极、第五芯片U5，第三十三电容C33的第二端、第三十二电容C32的第二端、第三十一电容C31的第二端、第三十五电容C35的负极、第三十四电容C34的负极接地；

所述网络通讯总线包括第四芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第十九电阻R19、第二十四电阻R24、第二十八电阻R28、第二十七电容C27、第二十九电容C29、第二十八电容C28、第三十电容C30、第三MOS管M3以及网络变压器B2；主要提供数据信号方式的转换，实现低功耗高隔离，提高产品的可靠性和IPI等级；第二十电阻R20充当终端设备电阻，第十八电阻R18、第十九电阻R19是一个可设置的终端电阻，由配置决定带负载电阻还是不带负载电阻；

震动传感器包括第五十一退偶电容C51、第五十二退偶电容C52、第四十三电阻R43、第四十二电阻R42以及传感器U1，主要作用是在产品感知到大的震动以及产品翻转时及时通过中断唤醒MCU，让MCU处理告警信号通知云端；震动传感器使用半导体加速度倾角传感器；

所述断线检测传感电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第一MOS管M1、第一隔离变压器B1；

第一电容C1的正极连接电源电压VCC、第一隔离变压器B1的第一端，第一电容C1的负极接地；第一隔离变压器B1的第二端连接第一MOS管M1的漏极；第一MOS管M1的源极连接第七电阻R7、第八电阻R8，第一MOS管M1的栅极连接第一电阻R1、第四电阻R4；

MCU提供固定宽度的脉冲信号给第一MOS管M1，第一MOS管M1则有固定的打开时间，脉冲电流经过互偶得第一隔离变压器B1产生一个变化的电流斜率信号，第一隔离变压器B1的次级BT1、BT2分别呈现短路开路状态时，初级的电流斜率会发生大范围改变，用ADC固定延时采集到的信号也会发生很大的区别，以此判断安全线是否断裂，是否需要向远程云端递交告警判断；使用本电路的好处是隔离，和被检测部份没有直接接触，提升可靠性；

所述智能井盖装置还包括盖体，盖体的中部设有安装腔，用于安装电子元件，检测线接入安装腔；安装腔设有透光孔，透光孔处设置光伏电池；安装腔与盖体四周之间通过加强机构连接。

2.一种智能井盖装置，其特征在于，所述智能井盖装置包括：电源及电源管理电路、MCU、GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，组成的一个完整系统，整个系统密闭在塑料容器中；

所述MCU分别连接GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，电源及电源管理电路为智能井盖装置提供电源；

当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每间隔设定时间自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换；

当周期唤醒时间到达，系统首先检查是否有短信指令，如果有首先处理，其次主动连接到远程数据平台，如数据平台有指令执行指令，没有就递交周期报告；如果节点带有传感器网络，节点自动搜集当前时刻的传感器数据主动返回报告；读取传感器数据由云端提供参考时间基准以及获取时间设置来达到准同步采集的方式采集。

3.根据权利要求2所述的智能井盖装置，其特征在于：

电源及电源管理电路包含电池、稳压器LDO以及可控制的电源开关；其中，电池BAT3是系统主要工作电源，第三十九电容C39、第四十电容C40、第三十八电容C38和第六芯片U6构成的电源电路给MCU提供不间断的供电；

电池BAT3的正极VCC连接第六芯片U6的输入端口、第三十九电容C39的正极、第四十电容C40的正极，第六芯片U6的输入端口连接第三十八电容C38的正极，第三十九电容C39的负极、第四十电容C40的负极、第三十八电容C38的负极、电池BAT3的负极接地；

由第四十三电容C43、第四十四电容C44、第四十五电容C45、第四十九电容C49、第四十二电容C42、第四十八电容C48、第四十六电容C46、第四十七电容C47、第三十七电阻R37、第三十六电阻R36、第三十八电阻R38、第二二极管D2、第一电感L1及第七芯片U7组成的可控DCDC给GPRS模块提供可关断的电源，控制信号来自MCU的GPS_S通过第三十七电阻R37给到第七芯片U7的第三脚EN控制端口；

电池BAT3的正极连接第四十三电容C43的正极、第四十四电容C44的正极、第四十五电容C45的正极、第七芯片U7的VIN端口，第七芯片U7的EN端口通过第三十七电阻连接MCU，第七芯片U7的SS端口接地；第七芯片U7的第七端口连接第四十二电容C42的第一端，第七芯片U7的SW端口连接第四十二电容C42的第二端、第二二极管D2的负极、第一电感L1的第一端；第七芯片U7的GS端口、第二二极管D2的正极接地；第一电感L1的第二端连接第四十八电容C48的第一端、第三十六电阻R36的第一端、第四十六电容C46的正极、第四十七电容C47的正极；第七芯片U7的FB端口连接第四十八电容C48的第二端、第三十六电阻R36的第二端、第三十八电阻R38的第一端，第三十八电阻R38的第二端接地。

4.根据权利要求2所述的智能井盖装置，其特征在于：

所述MCU包括第一芯片U1、第一高低频晶振OSC1、第二高低频晶振OSC2、掉电监测芯片U2、辅助电池BAT1、若干电阻、若干电容；主要提供串口ISP同步串口以及AD采样，以及电池电压检测、断线检测、机械运动检测动作控制能力；其中，第十七电阻R17、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二MOS管M2组成的电路用来采集主电池的电压情况，用来评估剩余电量；采集结束后关断第二MOS管M2避免电路额外的功耗电流；通过P1口用来调试以及灌程序。

5.根据权利要求2所述的智能井盖装置，其特征在于：

所述GPRS模块包括SIM卡电路、通讯电路；SIM卡电路包括第三芯片U3、第二十电容C20、第十六电容C16、第二十一电容C21、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十二电容C22；

通讯电路包括第五芯片U5、第一二极管D1、第一LED灯LED1、第三十三电容C33、第三十二电容C32、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十四电容C34、第三十七电容C37、第三十六电容C36、第四十一电容C41、第二十九电容R29、第三十电容R30、第三十一电容R31、第三十二电容R32、第三十三电容R33以及天线ANT1 BT-ANT；主要负责MCU和云端的数据通讯，必要的时候开启，通讯完毕关闭；

第一二极管D1的负极连接第三十三电容C33的第一端、第三十二电容C32的第一端、第三十一电容C31的第一端、第三十五电容C35的正极、第三十四电容C34的正极、第五芯片U5，第三十三电容C33的第二端、第三十二电容C32的第二端、第三十一电容C31的第二端、第三十五电容C35的负极、第三十四电容C34的负极接地。

6.根据权利要求2所述的智能井盖装置，其特征在于：

所述网络通讯总线包括第四芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第十九电阻R19、第二十四电阻R24、第二十八电阻R28、第二十七电容C27、第二十九电容C29、第二十八电容C28、第三十电容C30、第三MOS管M3以及网络变压器B2；主要提供数据信号方式的转换，实现低功耗高隔离，提高产品的可靠性和IPI等级；第二十电阻R20充当终端设备电阻，第十八电阻R18、第十九电阻R19是一个可设置的终端电阻，由配置决定带负载电阻还是不带负载电阻。

7.根据权利要求2所述的智能井盖装置，其特征在于：

所述震动传感器包括第五十一退偶电容C51、第五十二退偶电容C52、第四十三电阻R43、第四十二电阻R42以及传感器U1，主要作用是在产品感知到大的震动以及产品翻转时及时通过中断唤醒MCU，让MCU处理告警信号通知云端；震动传感器使用半导体加速度倾角传感器。

8.根据权利要求2所述的智能井盖装置，其特征在于：

所述断线检测传感电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第一MOS管M1、第一隔离变压器B1；

第一电容C1的正极连接电源电压VCC、第一隔离变压器B1的第一端，第一电容C1的负极接地；第一隔离变压器B1的第二端连接第一MOS管M1的漏极；第一MOS管M1的源极连接第七电阻R7、第八电阻R8，第一MOS管M1的栅极连接第一电阻R1、第四电阻R4；

MCU提供固定宽度的脉冲信号给第一MOS管M1，第一MOS管M1则有固定的打开时间，脉冲电流经过互偶得第一隔离变压器B1产生一个变化的电流斜率信号，第一隔离变压器B1的次级BT1、BT2分别呈现短路开路状态时，初级的电流斜率会发生大范围改变，用ADC固定延时采集到的信号也会发生很大的区别，以此判断安全线是否断裂，是否需要向远程云端递交告警判断；使用本电路的好处是隔离，和被检测部份没有直接接触，提升可靠性。

9.根据权利要求2所述的智能井盖装置，其特征在于：

所述智能井盖装置还包括盖体，盖体的中部设有安装腔，用于安装电子元件，检测线接入安装腔；安装腔设有透光孔，透光孔处设置光伏电池；安装腔与盖体四周之间通过加强机构连接。