CN108412027A - 一种基于物联网的电缆井智能排水系统 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网的电缆井智能排水系，涉及智能排水技术领域，其特征在于：包括智能排水系统和物联网系统，所述智能排水系统包括水位检测传感器、电量检测电路、控制器、电源模块、Zigbee无线收发模块、水泵驱动电路和抽水泵，所述物联网系统包括zigBee收发模块、路由器、服务器和用户终端。本发明操作方便、供电充足、节能环保。

Description

一种基于物联网的电缆井智能排水系统

技术领域：

本发明涉及智能排水技术领域，具体涉及一种基于物联网的电缆井智能排水系统。

背景技术：

近年来，随着城市美化要求逐年提高，电缆井的使用率显著提升。电缆井作为电缆通道的重要组成部分，常用于电缆检修以及电缆接头处。考虑到电缆散热以及人工可开启的因素，电缆井无法做到完全密封。目前，部分电缆井因为地势较低，雨水和地表污水会顺着地势流入电缆井中，同时，由于施工问题，电缆保护管与井壁无法完全密封，导致井壁渗水，还有部分电缆沟道位于河岸边，遭外力破坏井圈下陷，井盖损坏导致路面积水倒流入电缆井中。

长此以往，多数电缆井存在积水现象，尤其在丰水季节，电缆井积水情况尤其严重，从而产生很多危害。一方面电缆井积水，巡视人员无法下井，影响巡视质量，导致电缆故障无法被及时发现，存在安全隐患；另一方面污水不仅严重锈蚀电缆接头，还会加快电缆绝缘侧的腐蚀性，尤其是设备下方的电缆井若存在积水，潮湿的环境将会导致设备寿命骤减。

目前，对于电缆井中积水的常规处理方法是人工运输水泵抽水，这种方式在具体操作中对人力资源的投入比较大，耗时耗力，且不能及时排水。由于积水电缆井多处在荒郊，不易取市电，智能排水系统的供电问题成为难题。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的技术缺陷提供一种操作方便、供电充足、节能环保的一种基于物联网的电缆井智能排水系统。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种基于物联网的电缆井智能排水系，其特征在于：包括智能排水系统和物联网系统；

所述智能排水系统包括水位检测传感器、电量检测电路、控制器、电源模块、Zigbee无线收发模块、水泵驱动电路和抽水泵；

所述物联网系统包括zigBee收发模块、路由器、服务器和用户终端；

所述水位检测传感器采用投入式液位传感器，包括水位上限探头和水位下限探头，与控制器连接；

所述电量检测电路输入端接蓄电池两级、输出端接单片机的AD模块；

所述控制器以单片机为中心，单片机与水位探测器、Zigbee模块、电量检测电路、水泵驱动电路连接，用于接收传感器数据，根据检测结果控制水泵的启停，另一方面与Zigbee模块连接，用于将电缆井位置、水位信息、蓄电池电量信息和水泵工作状态通过Zigbee无线发送，以及接收手机、电脑或者ipad等终端的控制信息；

所述单片机的输入引脚接液位传感器，输出引脚接水泵驱动电路，驱动电路由三极管和固态继电器组成，固态继电器的常开开关串联在水泵的工作电路中，当单片机引脚输出低电平时，常开开关闭合，启动水泵，开始抽水；当单片机输出高电平时，常开开关断开，水泵停止抽水；

所述单片机通过串口与Zigbee模块连接；

所述电源模块包括太阳能极板、蓄电池、充放电控制器和稳压电路；

所述太阳能极板输出接充放电控制器的1号和2号两个端口，蓄电池两电极与充放电控制器的3号和4号两个端口连接，充放电控制器用来保护蓄电池，防止蓄电池过充和过放；

所述稳压电路和驱动电路均连接充放电控制器的5号和6号端口；

所述抽水泵采用供电电压12-24V直流水泵，与固态继电器的常开开关串联，由蓄电池为其提供电源；

所述ZigBee模块与控制器通过串口连接，用于发送电缆井位置和水位信息，以及用来接收手机、电脑或者ipad等终端发送的控制信息；

所述路由器用于收集汇聚各个Zigbee模块发送的信息，并将信息发送给服务器，同时也接收服务器发送的控制信息；

所述服务器用于接收路由器发送的信息，并对数据数据信息进行解析、处理、存储和网络发布；

所述的手机、电脑或者ipad等终端均为用户终端，用于远程监测电缆井水位状态信息，也可远程控制水泵的启停；

所述稳压电路输出的5V电压为控制器提供电能。

本发明的有益效果为：

(1)将互联网用于电缆井智能排水系统中，基于互联网+传统行业的理念，本发明将互联网用于电缆井智能排水系统中，电力工作人员无需再去现场，通过手机APP可随时掌控电缆井信息，包括水位信息、抽水信息和蓄电池电量信息；也可通过手机APP远程控制抽水。服务器通过对电缆井历史数据进行分析统计，可得出每口电缆井在一段时间(如一年)的积水信息，为电力公司提供决策依据。比如对于重灾井要重点治理。

(2)采用蓄电池和太阳能双电源为系统供电，由于积水电缆井大多处于郊外，不容易取市电。本发明为解决此难题，采用绿色环保能源太阳能为其供电，阳光充足时，太阳能为蓄电池充电，蓄电池保持电量充足，无论阴雨天或是晴天，只要电缆井水位达到上限，水泵都可以启动抽水。

(3)采用电压适用范围宽的直流水泵，本发明采用工作电压12-24V的直流水泵。直流水泵相比交流水泵，节能，安全，不会因为电压波动，损坏水泵，且太阳能或蓄电池可直接为其供电，降低了系统成本。

附图说明：

图1为本发明物联网信息传输示意图。

图2为本发明智能排水控制系统原理框图。

图3为本发明电源供电系统示意图。

图4为本发明水泵控制电路图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种基于物联网的电缆井智能排水系统，由若干个电缆井智能排水系统组成，每一个排水系统都连接一个Zigbee无线收发模块，负责将电缆井位置、水位、蓄电池电量和抽水信息实时通过GPRS网络发送出去，路由器收集汇聚各个Zigbee模块发送的信息，并将此信息通过Internet网络发送给远程的服务器，服务器对数据进行解析、处理、存储和网络发布，通过用户终端(电脑、手机或iPad)远程观看电缆井现场状况，也可通过终端远程控制水泵的启停。由于电缆井的位置是固定的，因此，电缆井的位置信息是静态的，在组网前，对各个电缆井进行编号，创建一个编号与实际物理位置一一对应的地址表，Zigbee模块只发送电缆井的编号，服务器根据编号查找对应的物理地址；所述水位信息是通过水位传感器获取的，投入式液位传感器浸入水中输出高电平，离开水输出低电平，单片机通过检测连接传感器的输入引脚状态，可获取水位信息；蓄电池电量信息是通过电量检测电路获取的，便于用户实时掌握蓄电池电量，一旦出现故障，能及时采取措施，如充放电控制器出现故障，导致蓄电池过放，能通过终端远程关断水泵；抽水信息即水泵是否在抽水，可通过单片机控制引脚P1.0的状态获取，该引脚输出低电平，水泵工作，反之，水泵停止。

如图2所示，电缆井智能排水系统，由单片机、上限水位传感器、下限水位传感器、电量检测电路、电源模块、Zigbee无线收发模块和水泵驱动电路组成。智能排水系统以单片机为中心，上、下限水位传感器分别接单片机输入引脚P2.0和P2.1，在放置传感器时，要将上限传感器放在下限传感器的上方，只有当水位越过上限传感器时，单片机的引脚P1.0输出低电平，启动水泵开始抽水，至到水位下降到下限传感器所处的位置时，P1.0输出高电平，水泵停止抽水；电量检测电路由两个电阻R1和R2串联分压组成，R1的上端接蓄电池正极，R1的另一端接电阻R2的上端，R2的下端接蓄电池负极，R1和R2连接处引出一根导线接单片机AD的一个通道，单片机根据接收到的数字信号可计算出蓄电池电压；稳压电路为单片机提供电能，由于单片机工作电压是5V，蓄电池输出电压是12V，因此，蓄电池不能直接给单片机供电，需要稳压电路将12V电压变成5V电压输出；Zigbee模块与单片机通过串口连接，单片机分时向Zigbee模块发送和接收Zigbee模块的信息。首先，单片机将检测到的液位信息、电量信息、抽水状态信息连同电缆井的位置信息通过一定的格式打包通过Zigbee模块发送出去，然后，接收来自Zigbee模块的信息；水泵驱动电路接单片机的P1.0引脚，该引脚输出低电平时，启动水泵抽水，反之，水泵停止抽水。水泵驱动电路中的固态继电器输出端需接12V电源，该电源是为直流水泵供电，12V电源端接充放电控制器5、6输出端口。

如图3所示，本发明的供电系统结构由太阳能极板、蓄电池和充放电控制器组成。太阳能极板输出的直流电压接充放电控制器的1、2输入端口，端口1接正极，端口2接负极；蓄电池两电极接充放电控制器的3、4端口，端口3接正极、端口4接负极；充放电控制器5、6输出端为负载提供电源，一方面给控制器电路提供电能，另一方面给直流水泵提供电能。充放电控制器的作用是用来保护蓄电池，防止蓄电出过充和过放，当蓄电池两极电压达到设定的上限值时，充放电控制器切断充电电路，停止充电；当蓄电池电压低于设定的下限值时，充放电控制器切断负载供电路，停止放电。

如图4所示，电缆井智能水泵控制电路，P1.0引脚通过电阻R1接PNP三极管的基极，当P1.0引脚输出低电平时，三极管导通，5V电源加在固态继电器控制端，固态继电器的常开开关闭合，直流水泵得电，水泵开始抽水；当P1.0引脚输出高电平，PNP三极管截止，固态继电器输入端无电压，固态继电器的常开开关断开，直流水泵不得电，停止抽水。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于物联网的电缆井智能排水系，其特征在于：包括智能排水系统和物联网系统；

所述智能排水系统包括水位检测传感器、电量检测电路、控制器、电源模块、Zigbee无线收发模块、水泵驱动电路和抽水泵；

所述物联网系统包括zigBee收发模块、路由器、服务器和用户终端；

所述水位检测传感器采用投入式液位传感器，包括水位上限探头和水位下限探头，与控制器连接；

所述电量检测电路输入端接蓄电池两级、输出端接单片机的AD模块；

所述控制器以单片机为中心，单片机与水位探测器、Zigbee模块、电量检测电路、水泵驱动电路连接，用于接收传感器数据，根据检测结果控制水泵的启停，另一方面与Zigbee模块连接，用于将电缆井位置、水位信息、蓄电池电量信息和水泵工作状态通过Zigbee无线发送，以及接收手机、电脑或者ipad等终端的控制信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电缆井智能排水系统，其特征在于：所述单片机的输入引脚接液位传感器，输出引脚接水泵驱动电路，驱动电路由三极管和固态继电器组成，固态继电器的常开开关串联在水泵的工作电路中，当单片机引脚输出低电平时，常开开关闭合，启动水泵，开始抽水；当单片机输出高电平时，常开开关断开，水泵停止抽水。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的电缆井智能排水系统，其特征在于：所述单片机通过串口与Zigbee模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电缆井智能排水系统，其特征在于：所述电源模块包括太阳能极板、蓄电池、充放电控制器和稳压电路；

所述太阳能极板输出接充放电控制器的1号和2号两个端口，蓄电池两电极与充放电控制器的3号和4号两个端口连接，充放电控制器用来保护蓄电池，防止蓄电池过充和过放；

所述稳压电路和驱动电路均连接充放电控制器的5号和6号端口。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电缆井智能排水系统，其特征在于：所述抽水泵采用供电电压12-24V直流水泵，与固态继电器的常开开关串联，由蓄电池为其提供电源；

所述ZigBee模块与控制器通过串口连接，用于发送电缆井位置和水位信息，以及用来接收手机、电脑或者ipad等终端发送的控制信息；

所述路由器用于收集汇聚各个Zigbee模块发送的信息，并将信息发送给服务器，同时也接收服务器发送的控制信息；

所述服务器用于接收路由器发送的信息，并对数据数据信息进行解析、处理、存储和网络发布。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电缆井智能排水系统，其特征在于：所述的手机、电脑或者ipad等终端均为用户终端，用于远程监测电缆井水位状态信息，也可远程控制水泵的启停。

7.根据权利要求4所述的一种基于物联网的电缆井智能排水系统，其特征在于：所述稳压电路输出的5V电压为控制器提供电能。