CN110572885A - 一种光伏井盖基站系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏井盖基站系统，包括井盖基站群、基础云端服务群、外部接入子系统，井盖基站群由大量的井盖基站和汇集基站组成，外部接入子系统为内置协议的并能与井盖互通的、可供第三方使用的通信模块，基础云端服务群是由云计算机组成，井盖基站群与外部接入子系统采用无线通信的方式传递数据，所述井盖基站群采集外部接入子系统的数据传给基础云端服务群，并对数据进行管理，所述井盖基站由基站通信子系统、井盖自身数据采集处理子系统、能量管理子系统构成，组网方便，信息传递准确，信息检测精准，便于井盖的统一管理及智慧城市的发展。

Description

一种光伏井盖基站系统
技术领域
本发明涉及一种光伏井盖基站系统。
背景技术
随着城市大脑概念的提出，城市信息化管理日趋重要，物联网技术的发展为城市大脑建设提供了更多感知和信息通道；井盖在城市分布及其广泛，涉城市建设、城市电力、城市燃气、城市排水等等都与井盖息息相关；随着城市大脑的深入，对城市内的各类设备感知也提出了更多的需求；在这种背景下提出了一种以井盖为城市信息入口的光伏井盖基站，该井盖本体具备太阳能供电、电源管理系统，井盖上下层感知传感器阵列，用以感知井盖本体的状况及其井盖下面的环境状况和井盖上面的环境状况，以井盖为中心的井盖基站，该基站具备常规的物联网数据入口功能，可以接入井盖周边各类来环境设备的信息，如周边消防设备状态、周边智能停车信息等，井盖周边的信息通过信息接入单元接入井盖，相关信息到达云端后可以分发。
目前，为解决物联网上的信息传感设备的信息传送到互联网上，一般采用下列两种途径：1、利用4G网络将数据传送到互联网；2、自建接收装置，收集信息传感设备上信息，在将数据传送到互联网。
然而这些技术都有较大的缺陷，利用4G网络将信息传感设备上数据传到互联网，虽然实现了物品与互联网连接，但这种技术方案存在两个弊端：1、需要布置足够密度的基站，但基站建设存在占地等问题，后续安装非常不方便；2、传感器必须具备4G信号发射功能，而4G发射芯片成本高，耗电量大，影响信息传感设备广泛使用。
同时信息传感设备供应商自建接收装置，由于存在通讯协议的问题，该类接收装置通用性差，无法兼容其它供应商的设备，造成接收装置浪费严重，同时由于接收装置布置密度不足等原因，造成有的信息无法顺利接收的问题，给数据传送安全性带来影响；最后，该类接收装置的供电、安装也存在一定的困难，后期的维护也存在一定的问题，因此需要对现有的技术进行改进。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种光伏井盖基站系统，包括井盖基站群、基础云端服务群、外部接入子系统、井盖能源管理子系统、井盖周边环境信息采集子系统，井盖基站群由大量的井盖基站和汇集基站组成，外部接入子系统为内置协议的并能与井盖互通的、可供第三方使用的通信模块，基础云端服务群是由云计算机组成，井盖基站群与外部接入子系统采用无线通信的方式传递数据，所述井盖基站群采集外部接入子系统的数据传给基础云端服务群，并对数据进行管理，所述井盖基站由基站通信子系统、井盖自身数据采集处理子系统、能量管理子系统构成，所述基站通信子系统负责井盖基站之间和井盖基站与汇集基站之间的数据通信，并负责井盖数据对外传送和外部接入，井盖自身数据采集处理子系统采集井盖自身及其周边传感器数据，处理相关传感器数据和数据的基本边缘计算能力，所述能量管理子系统集中负责井盖能量采集、控制、太阳能的能量存储、电池的能量管理、寿命管理。
优选的，所述井盖基站分为硬件层和软件层，软件层包含井盖基站与内置传感器通信协议、井盖基站与外部传感器通信协议、井盖间通信协议、井盖与云计算机通信协议，通过通信协议及天线将收集的数据发射出去，所述通信协议内设置无线安全接入机制。
优选的，所述井盖基站从的硬件层由上到下分为三层，分别为上层、中层、底层，所述上层由太阳能板、天线和顶层传感器组构成，顶层传感器组由光线传感器组构成，光线传感器组感知顶层是否能正常接收阳光，中层由中层传感器组构成，底层由底层传感器组、井盖基站本体、井盖基站本体的能源储存单元构成。
优选的，所述井盖基站本体内设置有主控板，主控板集成有数据采集单元、数据处理单元、数据中央处理单元、收发系统和能源管理单元，数据采集单元、数据处理单元对内置传感器进行数据采集、放大、滤波、模数转换处理，并根据内置传感器自身的特性进行数据转化，所述数据采集单元与内置传感器之间采用有线通信，井盖基站本体通过天线收集与之有协议的外部传感器组的数据。
优选的，所述能量管理子系统包含能量采集单元、能量储存单元、能源管理单元，所述能源管理单元与主控板集成连接，所述能量收集单元为太阳能板，所述太阳能板为多块，并设置在井盖的顶部，所述能量存储单元由高能量存储电池、新型电容电池等构成，能量采集单元和能量存储单元采用冗余设计，当其中一部分能量存储失效情况下，冗余部分可以启动，所述能量管理单元采用智能算法保证能量存储单元的长寿命，通过光线传感器组感知太阳能板是否能正常接收太阳能光，异常时及时生成报警信号。
优选的，所述太阳能板由晶体硅太阳能板和非晶体硅太阳能板构成。
优选的，所述井盖基站群还设置有汇集基站，汇集基站与周边汇集基站通过Lora、公有频段通信方式通信，收集到周边汇集基站的数据通过有线直接连接到云计算机，并可以通过4G、NB-IOT无线上传到云计算机。
优选的，包含可以与井盖基站通信的低功耗通信模块，该通信模块内置与井盖基站通信的基础协议。
优选的，所述外部传感器与井盖通信、井盖和井盖的通信、井盖与汇集基站的通信，包含星型通信拓扑、集群网状、并形成独立的网路系统。
优选的，光伏井盖基站系统与云计算机联动，云计算机设置有信息中心和信息转发模块，实现对收集的信息汇集和转发。
本发明的有益效果是：
1、将井盖建设成井盖基站，可以接入周边大量物联网传感器，比如小区的消防设施相关传感器、公共设施相关传感器等，使得周边相关设备上的传感器数据传输非常方便，不需要额外建立物联网基站，同时由于井盖基站布局密度非常大，使得接收的信号无死角，确保了外部传感器信息传递的准确性。
2、井盖基站采用太阳能供电，并采用先进的非晶硅太阳能板，即使在阴雨天气仍能收集到太阳能；同时由于采用太阳能供电，不需要电池，也不需要外部电源，井盖安装和维护非常简单。
3、井盖与井盖之间、井盖与汇集基站之间、井盖与云计算机之间可以实现通讯，组网非常方便，同时也加强的了数据传递的可靠性。
4、井盖内置多种传感器，如压力传感器、温度传感器、烟雾传感器、斜度感知、位移感知、震动感知、地理位置感知，不仅能感知井盖是否被偷盗、井盖光线是否遮盖，还可以检测城市的温度、车流量大小、水、雪覆盖厚度，为智慧城市提供准确的信息。
附图说明
为了更楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，但并不是对本发明保护范围的限制。
图1为本发明的系统框架示意图；
图2为本发明的井盖示意图；
具体实施方式
参阅图1至图2所示的一种光伏井盖基站系统，包括井盖基站群、基础云端服务群、外部接入子系统，井盖基站群由大量的井盖基站和汇集基站组成，外部接入子系统为内置协议的并能与井盖互通的、可供第三方使用的通信模块，基础云端服务群是由云计算机组成，井盖基站群与外部接入子系统采用无线通信的方式传递数据，所述井盖基站群采集外部接入子系统的数据传给基础云端服务群，并对数据进行管理，所述井盖基站由基站通信子系统、井盖自身数据采集处理子系统、能量管理子系统构成，所述基站通信子系统负责井盖基站之间和井盖基站与汇集基站之间的数据通信，并负责井盖数据对外传送和外部接入，井盖自身数据采集处理子系统采集井盖自身及其周边传感器数据，处理相关传感器数据和数据的基本边缘计算能力，所述能量管理子系统集中负责井盖能量采集、控制、太阳能的能量存储、电池的能量管理、寿命管理。
所述井盖基站分为硬件层和软件层，软件层包含井盖基站与内置传感器通信协议、井盖基站与外部传感器通信协议、井盖间通信协议、井盖与云计算机通信协议，通过通信协议及天线将收集的数据发射出去，所述通信协议内设置无线安全接入机制。
所述井盖基站从的硬件层由上到下分为三层，分别为上层、中层、底层，所述上层由太阳能板、天线和顶层传感器组构成，顶层传感器组主要由光线传感器组构成，光线传感器组感知顶层是否能正常接收阳光，中层由中层传感器组构成，底层由底层传感器组、井盖基站本体、井盖基站本体的能源储存单元构成。
所述井盖基站本体内设置有主控板，主控板集成有数据采集单元、数据处理单元、数据中央处理单元、收发系统和能源管理单元，数据采集单元、数据处理单元对内置传感器进行数据采集、放大、滤波、模数转换处理，并根据内置传感器自身的特性进行数据转化，所述数据采集单元与内置传感器之间采用有线通信，井盖基站本体通过天线收集与之有协议的外部传感器组的数据。
所述能量管理子系统包含能量采集单元、能量储存单元、能源管理单元，所述能源管理单元与主控板集成连接，所述能量收集单元为太阳能板，所述太阳能板为多块，并设置在井盖的顶部，所述能量存储单元由高能量存储电池、新型电容电池等构成，能量采集单元和能量存储单元采用冗余设计，当其中一部分能量存储失效情况下，冗余部分可以启动，所述能量管理单元采用智能算法保证能量存储单元的长寿命，通过光线传感器组感知太阳能板是否能正常接收太阳能光，异常时及时生成报警信号。
所述太阳能板由晶体硅太阳能板和非晶体硅太阳能板构成。
所述井盖基站群还设置有汇集基站，汇集基站与周边汇集基站通过Lora、公有频段通信方式通信，收集到周边汇集基站的数据通过有线直接连接到云计算机，并可以通过4G、NB-IOT无线上传到云计算机。
包含可以与井盖基站通信的低功耗通信模块，该通信模块内置与井盖基站通信的基础协议。
所述外部传感器与井盖通信、井盖和井盖的通信、井盖与汇集基站的通信，包含星型通信拓扑、集群网状、并形成独立的网路系统。
所述光伏井盖基站系统与云计算机联动，云计算机设置有信息中心和信息转发模块，实现对收集的信息汇集和转发。
所述井盖基站本体信息数据与公网信息传送通道，基站本地直接通过4G、NB-IOT等直接上传到云端。
所述汇集基站与周边基站通过Lora、公有频段等通信方式通信，收集到周边基站的数据通过有线直接连接到云端或者4G、NB-IOT等无线上传到云端。
本发明的井盖基站顶层除了预埋光伏太阳能板外，还设置有光线感知传感器组、压力传感器组、水感知传感器组、温度感知传感器等多种感知单元，该感知层一方面用于感知城市地表状态、如感知水淹、雪埋等状态、地表温度等信息，形成的相关感知信息可给城市防洪、城市卫生、城市气象等提供信息数据；另方面表层感知层可以感知太阳能板表层状态、判断是否存在太阳能板被泥土覆盖、表层被其他东西覆盖的情况，相关信息直接提供给井盖维护人员，用于及时维护井盖本体的能量供应；中间层传感器组具备斜度感知、位移感知、震动感知、地理位置感知等功能、周边传感器具备井盖锁定等功能，相关传感器组用于感知传感器是否存在移位、被盗等情况的发送，震动等相关传感器用于感知相关地段的人流、车流的密集程度，该感知层信息可以给井盖行人安全提供保障，地理位置感知传感器可用于感知井盖被盗后的位置，底层传感器组，具备井下温度传感器、井下气体感知传感器、井下液位感知传感器，相关信息用于判断井下状况，防止井下爆炸等情况发生，为城市燃气、城市电力井等提供安全信息。
本发明的光伏井盖基站主体还具备接收与之协议相符合的外部传感器信号，外部传感器与物联网站之间通过无线通讯的方式传递数据，即井盖基站无线监听外部传感器和其它井盖基站的数据信号，发现与自己协议相符合的数据就接收过来，并对重复数据通过协议过滤。井盖基站接收了两种数据，内部传感器数据和外部传感器数据，物联网站按优先顺序对数据进行发送：优先等级最高的是最大值和最小值超过预定值的数据、其次是差值超过预定值的数据，最后是发送时间间隔超过设定值。在这些数据中，处于同一优先级的数据，又按照涉及安全的数据和普通数据进行划分，总之保证重要的数据优先发送。
本发明的井盖基站设置了如下协议层：外部传感器与井盖基站通信协议层、内部传感器与井盖基站通讯协议层，井盖基站相互通信协议层、井盖基站与信息汇集基站通信协议层、井盖基站与基础云端信息汇集服务器群通信协议层；多渠道的信息传递方式，保证了内外部传感器的数据很容易到达云计算机。
本发明的基础云端信息汇集服务器群具备信息数据中心、设备管理中心、数据分发中心等功能，与云计算机的数据通信信息层采用多通路设计，井盖个体可以独立，也可以通过基站互传到信息汇集管理站再上传至云计算机。
本发明的光伏井盖基站还具备多种数据传输单元，由常规的4G、5G、NB、Lora等通信单元构成，井盖本体信息可以单独上传到云端，光伏井盖基站与周边井盖基站可以信息交换，信息传递等，井盖基站接入单元信息可以被多个井盖基站接收，相关重复信息可以通过信息汇集管理站过滤或者通过云计算机中心过滤信息。
本发明的汇集基站可以接收各个井盖的信息汇总后将数据上传到服务中心，汇聚管理站可以具备直接电源供电或者太阳能供电、汇聚管理站可以直接接入以太网。
本发明的太阳能板由晶体硅太阳能板和非晶硅太阳能板构成，晶体硅太阳能板在强光下迅速收集能量，而非晶硅在弱光下也能持续收集能量，保证了在夜晚或阴雨天气太阳能板仍能收集到能量。
本发明的能量储存单元有两组，一组与晶体硅太阳能板相连，另一组非晶硅太阳能板相连，系统优先使用晶体硅太阳能板的能量，待该能量消耗完后，再使用非晶硅太阳能板的能量，在大部分条件下，非晶硅太阳板所收集的能量一直处于蓄电状态，即非晶硅太阳能板所对应的能量储存单元大部分时间是处于满能量状况，这样设置保证了即使在连续阴雨条件下能量储存单元仍能正常给物联网基站供电。
所述异常信息管理单元与云端联动，包括传感器组和控制芯片及电路组成，但传感器组感知到能量采集单元表面被遮盖、污染、被破坏，能量供电单元异常等情况会及时告知基础云端服务群，基础云端服务群会及时通知到相关维护人员，构成云计算机和人的联动，能量存储管理单元与云计算机构成一个微能量管理物联系统保障。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏井盖基站系统，其特征在于：包括井盖基站群、基础云端服务群、外部接入子系统，井盖基站群由大量的井盖基站和汇集基站组成，外部接入子系统为内置协议的并能与井盖基站互通的、可供第三方使用的通信模块，基础云端服务群是由云计算机组成，井盖基站群与外部接入子系统采用无线通信的方式传递数据，所述井盖基站群采集外部接入子系统的数据传给基础云端服务群，并对数据进行管理，所述井盖基站由基站通信子系统、井盖自身数据采集处理子系统、能量管理子系统构成，所述基站通信子系统负责井盖基站之间和井盖基站与汇集基站之间的数据通信，并负责井盖数据对外传送和外部接入，井盖自身数据采集处理子系统采集井盖自身传感器数据，处理相关传感器数据和数据的基本边缘计算能力，所述能量管理子系统集中负责井盖能量采集、控制、太阳能的能量存储、电池的能量管理、寿命管理。
2.根据权利要求1所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：所述井盖基站分为硬件层和软件层，软件层包含井盖基站与内置传感器通信协议、井盖基站与外部传感器通信协议、井盖间通信协议、井盖与云计算机通信协议，通过通信协议及天线将收集的数据发射出去，所述通信协议内设置无线安全接入机制。
3.根据权利要求2所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：所述井盖基站从的硬件层由上到下分为三层，分别为上层、中层、底层，所述上层由太阳能板、天线和顶层传感器组构成，顶层传感器组至少包括光线传感器组，光线传感器组感知顶层是否能正常接收阳光，中层由中层传感器组构成，底层由底层传感器组、井盖基站本体、井盖基站本体的能源储存单元构成。
4.根据权利要求3所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：所述井盖基站本体内设置有主控板，主控板集成有数据采集单元、数据处理单元、数据中央处理单元、收发系统和能源管理单元，数据采集单元、数据处理单元对内置传感器进行数据采集、放大、滤波、模数转换处理，并根据内置传感器自身的特性进行数据转化，所述数据采集单元与内置传感器之间采用有线通信，井盖基站本体通过天线收集与之有协议的外部传感器组的数据。
5.根据权利要求4所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：所述能量管理子系统包含能量采集单元、能量储存单元、能源管理单元，所述能源管理单元与主控板集成连接，所述能量收集单元为太阳能板，所述太阳能板为多块，并设置在井盖的顶部，所述能量存储单元由高能量存储电池、新型电容电池等构成，能量采集单元和能量存储单元采用冗余设计，当其中一部分能量存储失效情况下，冗余部分可以启动，所述能量管理单元采用智能算法保证能量存储单元的长寿命，通过光线传感器组感知太阳能板是否能正常接收太阳能光，异常时及时生成报警信号，井盖管理子系统、云计算机、维护人员相互交流，相关报警信息会及时通知现场维护人员。
6.根据权利要求5所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：所述太阳能板由晶体硅太阳能板和非晶体硅太阳能板构成。
7.根据权利要求1所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：所述井盖基站群还设置有汇集基站，汇集基站与周边基站通过Lora、公有频段通信方式通信，收集到周边基站的数据通过有线直接连接到云计算机，并可以通过4G、NB-IOT无线上传到云计算机。
8.根据权利要求1所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：包含可以与井盖基站通信的低功耗通信模块，该通信模块内置与井盖基站通信的基础协议。
9.根据权利要求2所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：所述外部传感器与井盖通信、井盖和井盖的通信、井盖与汇集基站的通信，包含星型通信拓扑、集群网状、并形成独立的网路系统。
10.根据权利要求1所述的一种光伏井盖基站系统，其特征在于：光伏井盖基站系统与云计算机联动，云计算机设置有信息中心和信息转发模块，实现对收集的信息汇集和转发。
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