CN107219866A - 一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统及控制方法，包括相互之间通讯连接的控制模块、数据采集和分析模块，所述控制模块包括主控制器、与所述主控制器连接的无线收发模块、输入模块、输出模块和电源模块。主控制器选用STM32系列32位ARM微控制器，无线收发模块采用中兴通讯的GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900四频工业模块MG2639。本发明能保持坑内水位在安全高度，为施工安全提供保证；自动监控基坑内水位的变化，为隐患提供灯闪或声鸣报警手段；自动控制水泵工作进行排水工作，减少人工成本和巡查人员的安全事故。

Description

一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于监测技术领域，具体涉及一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统及控制方法。

背景技术

近年来，基坑工程向大深度、大面积发展，面临的地下水问题也越来越严重，特别是基坑开挖面下部的承压水会引起坑底隆起、底板涂涌等问题而导致基坑失稳的安全事故，因此，承压水的控制成了整个基坑工程能否顺利进行的关键。为了保证施工过程的安全并确保工程质量，在基坑开挖过程中，必须有效治理地下水，治理地下水通常有两个方法：堵截地下水和降低地下水位。由于降低地下水位方法的便捷性和经济性，被大量工程所采用，它主要包括明沟排水和井点降水两种方法，其中井点降水法是指在基坑四周埋设井点管，让地下水渗到井点管中，通过水泵抽水，直到地下水降到设计水位为止。井点法降水优点众多，适用于各种形状的基坑，能克服流砂，可靠稳定 ，降水效果好，能有效缩短工期，保证工程安全等，故而应用广泛。

目前工地深基坑的井点排水采用的是使用潜水泵24小时排水，另派专人24小时看守的模式，由于水泵24小时不间断工作，这种模式会消耗大量的电能，且泵易烧坏，如不能及时发现，极易造成安全事故。另外，由于施工现场的复杂性，也给夜巡人员的人身安全造成威胁。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统及控制方法，基于物联网和云计算技术，可自动控制水泵工作进行排水工作，减少人工成本和巡查人员的安全事故。

技术方案：本发明所述的一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统，包括相互之间通讯连接的控制模块、数据采集和分析模块，所述控制模块包括主控制器、与所述主控制器连接的无线收发模块、输入模块、输出模块和电源模块；

所述的主控制器选用STM32系列32位ARM微控制器，主控制器的21脚接数字输入信号水位传感器，接收水位传感器发送的状态信号；主控制器的30脚、31脚接无线收发模块的29、30脚，通过UART口将采集的水位状态数据发送给无线收发模块；

所述的无线收发模块采用中兴通讯的GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900四频工业模块MG2639，无线收发模块的7脚RSSI_LED内部下拉，17脚与主控制器的27脚I/O口连接，24脚连接有低电平脉冲模块，29、30脚接主控制器的UART接口；

所述的输入模块用来采集深基坑水位状态数据和水泵工作状态数据，包括相互并联连接的电阻R36和电阻R38，所述电阻R36另一端还连接有电阻R34和发光二极管LED4，所述电阻R38另一端连接有三极管Q6的基极，所述三极管Q6的发射极连接有电阻R50，所述三极管Q6的集电极还连接有电阻R36另一端；

所述的输出模块的输入端与主控制器的25脚连接，输出端通过继电器与潜水泵连接；该数字输出模块包括相互并联连接的电阻R42和电阻R44，所述电阻R42另一端还连接有电阻R40和发光二极管LED6，所述电阻R44另一端连接有三极管Q8的基极，所述三极管Q8的发射极连接有电阻R52，所述三极管Q8的集电极还连接有电阻R42另一端；

所述的数据采集和分析模块通过内部的采集机采集控制模块获取的水位数据，并保存到数据库，形成历史数据；并对历史数据进行分析和挖掘，形成水位动态状态信息、报警信息、水情预测信息，并通过Internet向客户端发送消息。

进一步的，所述输出模块的输出端通过继电器与潜水泵连接。

进一步的，所述无线收发模块的29、30脚接主控制器的UART接口，用于发送AT指令、传输数据业务、升级模块软件，通信速率设置为19200bps。

进一步的，所述低电平脉冲模块的持续时间2s~5s。

进一步的，所述的电源模块包括3.9V电源模块和3.3V电源模块，所述3.9V电源模块采用MIC29302电源转换芯片，为无线收发模块芯片MG2639提供电源；3.3V电源模块采用XC6219B332MR电源转换芯片，为STM32主控制器、485接口电路和数字量输入输出电路提供电源。

本发明还公开了上述一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统的控制方法，包括如下步骤：

（1）通过设置在深基坑井点管内的水位传感器动态实时采集水位信息，水位信息传到控制模块，并由控制模块通过GPRS通信方式实时传输给采集机；

（2）当深基坑井点管内水位达到警戒上阈值时，由控制模块触发开关闭合操作，自动启动潜水泵抽水；当井点管内水位降到警戒下阈值时，触发开关断开操作，水泵停止工作，以防止水泵无水空抽，损坏电机；当水泵处于抽水状态，并且井点管内水位持续超过警戒上阈值且超过定时器设定的时间周期后，由控制模块触发灯控和声控报警装置；

（3）采集机接收实时水位信息并保存在数据库中，形成历史水位数据；

（4）服务器程序实时获取数据库中的水位信息，对数据进行分析和挖掘，形成水位动态状态信息、报警信息、水情预测信息，并通过Internet向计算机或手机推送消息。

有益效果：本发明的效果和优点：

1.保持坑内水位在安全高度，为施工安全提供保证；

2.自动监控基坑内水位的变化，为隐患提供灯闪或声鸣报警手段；

3.自动控制水泵工作进行排水工作，减少人工成本和巡查人员的安全事故；

4.节约用电，减轻自动排水施工难度，节约施工成本，提高经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的控制系统整体结构示意图；

图2为本发明的主控制器电路原理图；

图3为本发明的无线收发模块电路原理图；

图4为本发明的输入模块电路原理图；

图5为本发明的输出模块电路原理图；

图6为本发明3.9V电源模块电路原理图；

图7为本发明3.3V电源模块电路原理图；

图8为本发明控制模块工作流程图；

图9为本发明无线收发模块工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统，包括相互之间通讯连接的控制模块、数据采集和分析模块，所述控制模块包括主控制器、与所述主控制器连接的无线收发模块、输入模块、输出模块和电源模块。

其中控制模块实现功能如下：

（1）当基坑水位达到上阈值时，触发开关闭合操作，自动启动水泵抽水；当水位降到下阈值时，触发开关断开操作，水泵停止工作。

（2）当基坑水位持续超过设定的定时器计时，进行灯控和声控报警。

（3）向“数据采集和分析模块”传递水位状态数据。

其中数据采集和分析模块的功能如下：

（1）该模块通过GPRS让采集机负责采集“控制模块”获取的水位数据，并保存到数据库，形成历史数据。

（2）可以对历史数据进行分析和挖掘，形成水位动态状态信息、报警信息、水情预测信息等，并通过Internet向计算机或手机推送消息。

（3）通过GIS地图，可以从全局的角度了解到井内水位状态的详细情况，同时提供了访问具体设备的便捷接口。

（4）在线增删设备，在不影响系统运行的情况下，可在线增加或删除水位状态监控点。

系统整体具体的工作流程如下：

（1）通过设置在深基坑井点管内的水位传感器动态实时采集水位信息，水位信息传到控制模块，并由控制模块通过GPRS通信方式实时传输给采集机；

（2）当深基坑井点管内水位达到警戒上阈值时，由控制模块触发开关闭合操作，自动启动潜水泵抽水；当井点管内水位降到警戒下阈值时，触发开关断开操作，水泵停止工作，以防止水泵无水空抽，损坏电机。当水泵处于抽水状态，并且井点管内水位持续超过警戒上阈值且超过定时器设定的时间周期后，由控制模块触发灯控和声控报警装置。

（3）采集机接收实时水位信息并保存在数据库中，形成历史水位数据；

（4）服务器程序实时获取数据库中的水位信息，对数据进行分析和挖掘，形成水位动态状态信息、报警信息、水情预测信息等，并通过Internet向计算机或手机推送消息。

如图2所示，控制模块中的主控制器选用STM32系列32位ARM微控制器，内核是Cortex-M3，最高工作频率是72MHz，支持单周期乘法和硬件除法功能。其中，21脚接数字输入信号，接收水位传感器发送的状态信号； 30、31脚接无线收发模块的29、30脚，通过UART口将采集的水位状态数据发送给无线收发模块。

如图3所示，为无线通信数据收发模块，采用中兴通讯研制的GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900四频工业模块MG2639，可实现无线数据高速传输。其中，7脚RSSI_LED内部下拉，为普通I/O，电流驱动能力较弱，此处，通过增加一个三极管S8050来驱动LED灯，起到网络信号指示的作用。17脚为复位管脚，需要拉低500ms可对MG2639进行复位，复位信号由主控制器的27脚I/O口发出。24脚为PWRKEY管脚，通过给一个持续时间2s~5s的低电平脉冲模块即可开机。29、30脚接主控制器的UART接口，用于发送AT指令、传输数据业务、升级模块软件等,通信速率设置为19200bps。

如图4所示，输入模块用来采集深基坑水位状态数据和水泵工作状态数据，包括相互并联连接的电阻R36和电阻R38，所述电阻R36另一端还连接有电阻R34和发光二极管LED4，所述电阻R38另一端连接有三极管Q6的基极，所述三极管Q6的发射极连接有电阻R50，所述三极管Q6的集电极还连接有电阻R36另一端。

如图5所示，输出模块的输入端与主控制器的25脚连接，输出端通过继电器与潜水泵连接，用以控制潜水泵停启；该数字输出模块包括相互并联连接的电阻R42和电阻R44，所述电阻R42另一端还连接有电阻R40和发光二极管LED6，所述电阻R44另一端连接有三极管Q8的基极，所述三极管Q8的发射极连接有电阻R52，所述三极管Q8的集电极还连接有电阻R42另一端。

如图6所示，是3.9V电源模块，采用MIC29302电源转换芯片，为GPRS芯片MG2639提供电源。

图7所示为3.3V电源供电模块，采用XC6219B332MR电源转换芯片，为STM32主控制器、485接口电路和数字量输入输出电路提供电源，整个深基坑控制模块可采用锂电池供电。

图8所示为控制模块工作流程图，模块上电复位后，首先进行系统硬件初始化工作，完成初始化后，控制模块的采集单元定时采井内水位状态信息和水泵工作状态信息，通过GPRS模块传送到基坑排水控制平台。

图9是无线收发模块即GPRS模块工作流程图，GPRS模块上电后，首先对串口进行配置并开GSM模块电源，电源打开后，GSM模块初始化AT指令，接着接收主控制发送的采集数据并上传到采集机模块，完成数据发送后，关闭GSM模块电源并开中断进入睡眠模式，等待下一次的唤醒。

本发明保持坑内水位在安全高度，为施工安全提供保证；自动监控基坑内水位的变化，为隐患提供灯闪或声鸣报警手段；自动控制水泵工作进行排水工作，减少人工成本和巡查人员的安全事故。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统，其特征在于：包括相互之间通讯连接的控制模块、数据采集和分析模块，所述控制模块包括主控制器、与所述主控制器连接的无线收发模块、输入模块、输出模块和电源模块；

所述的主控制器选用STM32系列32位ARM微控制器，主控制器的21脚接数字输入信号水位传感器，接收水位传感器发送的状态信号；主控制器的30脚、31脚接无线收发模块的29、30脚，通过UART口将采集的水位状态数据发送给无线收发模块；

所述的无线收发模块采用中兴通讯的GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900四频工业模块MG2639，无线收发模块的7脚RSSI_LED内部下拉，17脚与主控制器的27脚I/O口连接，24脚连接有低电平脉冲模块，29、30脚接主控制器的UART接口；

所述的输入模块用来采集深基坑水位状态数据和水泵工作状态数据，包括相互并联连接的电阻R36和电阻R38，所述电阻R36另一端还连接有电阻R34和发光二极管LED4，所述电阻R38另一端连接有三极管Q6的基极，所述三极管Q6的发射极连接有电阻R50，所述三极管Q6的集电极还连接有电阻R36另一端；

所述的输出模块的输入端与主控制器的25脚连接，输出端通过继电器与潜水泵连接；该数字输出模块包括相互并联连接的电阻R42和电阻R44，所述电阻R42另一端还连接有电阻R40和发光二极管LED6，所述电阻R44另一端连接有三极管Q8的基极，所述三极管Q8的发射极连接有电阻R52，所述三极管Q8的集电极还连接有电阻R42另一端；

所述的数据采集和分析模块通过内部的采集机采集控制模块获取的水位数据，并保存到数据库，形成历史数据；并对历史数据进行分析和挖掘，形成水位动态状态信息、报警信息、水情预测信息，并通过Internet向客户端发送消息。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统，其特征在于：所述输出模块的输出端通过继电器与潜水泵连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统，其特征在于：所述无线收发模块的29、30脚接主控制器的UART接口，用于发送AT指令、传输数据业务、升级模块软件，通信速率设置为19200bps。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统，其特征在于：所述低电平脉冲模块的持续时间2s~5s。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统，其特征在于：所述的电源模块包括3.9V电源模块和3.3V电源模块，所述3.9V电源模块采用MIC29302电源转换芯片，为无线收发模块芯片MG2639提供电源；3.3V电源模块采用XC6219B332MR电源转换芯片，为STM32主控制器、485接口电路和数字量输入输出电路提供电源。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于物联网技术的深基坑降排水控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）通过设置在深基坑井点管内的水位传感器动态实时采集水位信息，水位信息传到控制模块，并由控制模块通过GPRS通信方式实时传输给采集机；

（2）当深基坑井点管内水位达到警戒上阈值时，由控制模块触发开关闭合操作，自动启动潜水泵抽水；当井点管内水位降到警戒下阈值时，触发开关断开操作，水泵停止工作，以防止水泵无水空抽而损坏电机；当水泵处于抽水状态，并且井点管内水位持续超过警戒上阈值且超过定时器设定的时间周期后，由控制模块触发灯控和声控报警装置；

（3）采集机接收实时水位信息并保存在数据库中，形成历史水位数据；

（4）服务器程序实时获取数据库中的水位信息，对数据进行分析和挖掘，形成水位动态状态信息、报警信息、水情预测信息，并通过Internet向计算机或手机推送消息。