CN110908311A - 一种双模通讯的智能井盖监控器终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双模通讯的智能井盖监控器终端，由锂电池提供供电电源，嵌入式MCU通过USART分别连接双模通信模组及GPS定位模组，通过I2C连接加速度传感器及温度传感器；同时，嵌入式MCU还连接一光敏传感器，双模通信模组集成了NB‑IoT通信和2G网络的GSM通信的功能，并分别连接外部的NB‑IOT基站及GSM基站进行通信。该终端具有更好的网络覆盖效果，避免智能井盖监控器终端安装在铸铁井盖下无信号的情况，同时以NB‑IOT通讯模块为主要通讯方式，超低功耗，可实现免维护。

Description

一种双模通讯的智能井盖监控器终端
技术领域
本发明属于信息控制领域，涉及采用信息手段对井盖的智能监控，尤其是一种双模通讯的智能井盖监控器终端。
背景技术
传统井盖无法检测现场情况，发生丢失破损无法第一时间知晓，而开放的井盖对周围的人民生命财产安全构成了很大的威胁；同时，通讯行业的通讯井还存在严重的盗穿事件，对通讯井的所有方带来了巨大的经济损失。
现有的智能井盖监控器，一般采用单模通讯，并安装在铸铁井盖下，存在信号屏蔽问题，有些偏远地区基站覆盖不完全的问题，使得单模通讯的智能井盖监控器不能良好地工作。
通过公开专利文献的检索，发现如下五篇与本专利申请相关的专利：
1、智能井盖监控系统，包括井盖(cn110297438A)，锂电池电源模组，传感器模块，RTU模块，软件系统和监控系统，井盖的背部安装有锂电池电源模组，传感器模块和RTU模块，传感器模块通信连接有RTU模块，锂电池电源模组电性连接有RTU模块，井盖的下端安装有监控系统。本发明通过将模块进行独立化设计，可以单独更换，更换过程方便，更换成本低，提升了监控井盖的准确性，采用最新的NB-LOT网络，信号能够穿透井盖，保证数据稳定传输，网络资费低，巡检人员现场修改设备参数信息时，不用打开井盖修改其配参数信息，降低人力劳动成本，整体模块化的产品尺寸小，方便设备安装和携带，施工简单、方便，能够适应各式各样的井盖。
2、一种低功耗智能井盖监控装置(cn110296737A)，包括高效电源管理模块、低功耗电磁锁、低功耗位置传感器、低功耗加速度传感器和MCU处理器，高效电源管理模块的一端输入供电信号，另一端连接低功耗加速度传感器、低功耗位置传感器和低功耗电磁锁，低功耗加速度传感器的检测信号和低功耗电磁锁的锁舌位置信号接入MCU处理器，MCU处理器通过I/O口接入高效电源管理模块，用以控制各模块的电源通断状态，同时接入数据端口通讯给无线模块或远端设备。本发明可适用各种类型井盖智能监控需要，其功耗低、寿命长和成本低廉，适用于在无线安防报警、对电源续航能力要求苛刻等领域应用。
3、一种智能井盖监控系统(cn107707666A)，包括井盖监控传感器、井盖控制器和控制平台，所述的井盖监控传感器设置于井盖的下方，并与井盖控制器连通，而井盖控制器通过NB-IOT公网以NB-IOT物联网协议与网关联通，网关和控制平台之间通过Internet互联网实现联通。本发明同时公开了其监控方法。本发明所述监控系统结构简单、操作方便，可进行数据的自动采集并回传到控制平台进行存储和显示，另外，还可实现24小时全天候不间断监控，弥补了视频监控的盲区，而在井盖异常时，还可自动报警。
4、基于NB-IoT技术的智能井盖监控系统(cn108551469A)，包括：中心管理系统、中继器、井盖检测终端和巡检终端。其中中心管理系统包括第一通讯模块、地理信息模块、以及与地理信息模块相连接的第一处理模块；中继器包括第二通讯模块，用于通过NB-IoT与后述第四通讯模块进行无线通讯的第三通讯模块，和第二处理模块；井盖检测终端包括倾角检测模块、轨迹分析模块、第一定位模块、存储模块和电子标签。本发明利用NB-IOT技术的低功耗、已部署等特点，利用先进的传感器物联网传输技术和云控制技术，对传统市政设施中的井盖进行统一精细化管理，实现远程集中管理。
5、一种基于NB-IOT技术的智能井盖监控装置(cn109440828A)，包括固定架、终端控制盒、井盖位移传感器以及水浸传感器，在固定架上固装有终端控制盒，该终端控制盒上端安装有井盖位移传感器，井盖位移传感器上端顶装在井盖下端；终端控制盒下端安装有水浸传感器，终端控制盒内安装有控制电路。本发明结合互联网+物联网技术，解决了当前传统井盖丢失难以第一时间发现，以及运维人员有没有出现场不明确的难问题，用大数据和智能终端来进行系统化规范化管理，为后台管理中心提供现场管理的第一手资料，对现场进行有效管理，保证井路安全。
通过技术特征的对比，上述专利文献中，前四篇虽然发明目的与本专利申请相同，但其技术方案与本专利申请不相同；而最后一篇文献，是本申请人申请的硬件方面的专利，并没有给出电路控制方面的技术内容，因此不会破坏本专利申请的新颖性及创造性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种双模通讯的智能井盖监控器终端，该终端具有更好的网络覆盖效果，避免智能井盖监控器终端安装在铸铁井盖下无信号的情况，同时以NB-IOT通讯模块为主要通讯方式，超低功耗，可实现免维护。
本发明的目的是这样实现的：
一种双模通讯的智能井盖监控器终端，包括高容量锂电池、电源转换、嵌入式MCU、双模通信模组、温度传感器、加速度传感器、GPS定位模组及光敏传感器，由锂电池提供供电电源，嵌入式MCU通过USART分别连接双模通信模组及GPS定位模组，通过I2C连接加速度传感器及温度传感器；同时，嵌入式MCU还连接一光敏传感器，双模通信模组集成了NB-IoT通信和2G网络的GSM通信的功能，并分别连接外部的NB-IOT基站及GSM基站进行通信。
而且，所述双模通讯模组的电路包括双模通信模组M5313芯片U7、NPN信号三极管Q2，NPN信号三极管Q2控制模组重启，U7的管脚WAKE_EN所连接的电阻R28与U7内部的下拉电阻共同组成唤醒信号的分压电路，嵌入式MCU通过M5313_WAKE来唤醒模组U7，U7与嵌入式MCU通过USART通信，控制模组U7与平台收发信息，接插口P13为U7模组的近端固件升级端口。
而且，所述GPS定位模组的电路包括GPS定位模组U4、电源转换芯片U3、复位电路及电源控制电路，模组U4为GPS定位模组ADM332D，将根据定位卫星通信得到的GPS定位信息，通过USART发送给嵌入式MCU；模组U4通过电源转换芯片U3连接电源控制电路，该电源控制电路由NPN三极管Q3和P沟MOS管构成，电源转换芯片U3将4.2V电源转化为3.0V，模组U4直接连接复位电路，该复位电路由NPN三极管Q5和电阻R4、R5共同组成，嵌入式MCU可以通过控制GPS_RESET信号来控制复位模组。
而且，所述加速度传感器电路中，加速度传感器芯片U5的型号为MMA8452Q，通过I2C总线与MCU通信，其管脚连接的上拉电阻R20、R21为I2C总线提供驱动电流。
而且，所述温度传感器电路中，温度传感器芯片U6的型号为TMP117，具备低功耗运行模式下实时采集板上温度的功能并在温度超过阈值后，温度传感器U6拉低ALERT引脚通知嵌入式MCU，其管脚连接的电阻R6、R7为I2C总线提供稳定的驱动电流。
而且，所述光敏传感器电路中，光敏传感器Q6与NPN三极管Q7构成光敏触发电路，光敏传感器Q6的发射极与NPN三极管Q7的基极之间连接限流电阻R13及信号去抖电容C9，光敏传感器Q6的集电极连接限流电阻R10，NPN三极管Q7的集电极连接负载电阻R11。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用双模通讯，即同时具有2G通讯模块和NB-IOT通讯模块，双模通讯模块以NB-IOT通讯模块为主，NB-IOT通讯模块具有覆盖广，连接多，成本低，功耗低的特点，非常适合应用于分布范围广、数量巨大的井盖应用。NB-IOT通讯的基站在建设初期网络覆盖不全面，个别地段没有NB-IOT网络覆盖，双模通讯的智能井盖监控器终端无法连接NB-IOT通讯网络时，会自动唤醒2G网络通讯模块，以2G网络通讯填补由NB-IOT通讯基站未覆盖的空白，以达到智能井盖监控器终端的广泛覆盖。
2、本发明具有更好的网络覆盖效果，避免智能井盖监控器终端安装在铸铁井盖下无信号的情况，同时以NB-IOT通讯模块为主要通讯方式，超低功耗，可实现免维护。
3、本发明安装固定在井盖下方，当井盖发生偏转移动时，触发智能井盖内置的加速度传感器，通过NB-IOT通讯模块或2G网络通讯模块将信息上报给系统管控平台，系统管控平台进行报警并生成工单，工单派发给指定的区域运维人员，及时进行现场查看。
附图说明
图1为本发明的控制电路方框图；
图2为本发明双模通讯模组的电路原理图；
图3为本发明GPS定位模组的电路原理图；
图4为本发明加速度传感器的电路原理图；
图5为本发明温度传感器的电路原理图；
图6为本发明光敏传感器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种双模通讯的智能井盖监控器终端，其控制方框图参见图1，包括高容量锂电池、电源转换、嵌入式MCU、双模通信模组、温度传感器、加速度传感器、GPS定位模组及光敏传感器，由锂电池提供供电电源，锂电池的3.6V供电一部分给通信模块供电，另一部分通过LDO电源转换芯片转换成3.0V给板上其他器件供电；嵌入式MCU为stm32l1系列单片机，通过USART分别连接双模通信模组及GPS定位模组，通过I2C连接加速度传感器及温度传感器；同时，嵌入式MCU还连接一光敏传感器，即嵌入式MCU可完成IO状态、加速度传感器的监测并计算方位以及无线通信模块通信；双模通信模组使用移动物联厂商M5313模组的方案，该模组同时集成了NB-IoT通信和2G网络的GSM通信的功能，并分别连接外部的NB-IOT基站及GSM基站进行通信。
所述双模通讯模组的电路原理图如图2所示，包括双模通信模组M5313芯片U7、NPN信号三极管Q2，U7具备NB-IoT和GSM两种通信模式，NPN信号三极管Q2来控制模组重启，U7的管脚WAKE_EN所连接的电阻R28与U7内部的下拉电阻共同组成唤醒信号的分压电路，嵌入式MCU由此可以通过M5313_WAKE来唤醒模组U7，U7与嵌入式MCU通过USART通信，控制模组U7与平台收发信息，接插口P13为U7模组的近端固件升级端口。
所述GPS定位模组的电路原理图参见图3，包括GPS定位模组U4、电源转换芯片U3、复位电路及电源控制电路，模组U4为GPS定位模组ADM332D，将根据定位卫星通信得到的GPS定位信息，通过USART发送给嵌入式MCU；模组U4通过电源转换芯片U3连接电源控制电路，该电源控制电路由NPN三极管Q3和P沟MOS管构成，可实现在电路板休眠时，切断U4的电源，减少U4电流消耗，电源转换芯片U3可将4.2V电源转化为3.0V；模组U4直接连接复位电路，该复位电路由NPN三极管Q5和电阻R4、R5共同组成，嵌入式MCU可以通过控制GPS_RESET信号来控制复位模组。
所述加速度传感器的电路原理图参见图4，加速度传感器U5的型号为MMA8452Q，可以在低功耗运行时实时采集电路板所受到的加速度，可以设置加速度的阈值，当三轴上加速度超过阈值时，会产生中断通知嵌入式MCU。加速度传感器U5通过I2C总线与MCU通信，其管脚连接的上拉电阻R20、R21为I2C总线提供驱动电流。
所述温度传感器的电路原理图参见图5，温度传感器U6的型号为TMP117，具备低功耗运行模式下实时采集板上温度的功能并在温度超过阈值后，温度传感器U6会拉低ALERT引脚通知嵌入式MCU，其管脚连接的电阻R6、R7为I2C总线提供稳定的驱动电流。
所述光敏传感器的电路原理图参见图6，光敏传感器Q6与NPN三极管Q7构成光敏触发电路，光敏传感器Q6的发射极与NPN三极管Q7的基极之间连接限流电阻R13及信号去抖电容C9，光敏传感器Q6的集电极连接限流电阻R10，NPN三极管Q7的集电极连接负载电阻R11。当终端遇到明火之类的强光，会触发Q6导通，并触发Q7导通，拉低LIGHT_INT_N信号，通知MCU有明火发生。
本实施例所没有详细叙述的电路部分，包括一些外围电路，可以认为是现有技术；虽没有详细描述，或者不是十分清晰，但不影响本专利申请的技术完整性。
本发明的工作原理是：
本终端安装在被测井盖的背面，对井盖的状态进行监控，可以定时采集井盖的水平角度值、环境温度、有无明火以及井盖是否在位等信息，该信息通过NB-IoT上传到平台，并且在NB-IoT网络连接失败的情况下可切换为GSM网络来上传到平台，具有高网络可靠性。
本终端具有多种传感器应对各种突发情况，井盖发生异常开启或者搬离操作时，终端会采集当时的井盖的偏转角度，终端产生告警信息；对于温度异常，终端也会读取当时的温度并产生告警信息；井盖下如果产生明火或者有异常光亮产生，终端也会产生相应的报警。产生报警后，终端通过GPS采集电路获取当时的定位信息，上报报警和GPS信息到业务平台，通知相关维护人员进行查看。

Claims (6)

1.一种双模通讯的智能井盖监控器终端，包括高容量锂电池、电源转换、嵌入式MCU、双模通信模组、温度传感器、加速度传感器、GPS定位模组及光敏传感器，由锂电池提供供电电源，其特征在于：嵌入式MCU通过USART分别连接双模通信模组及GPS定位模组，通过I2C连接加速度传感器及温度传感器；同时，嵌入式MCU还连接一光敏传感器，双模通信模组集成了NB-IoT通信和2G网络的GSM通信的功能，并分别连接外部的NB-IOT基站及GSM基站进行通信。
2.根据权利要求1所述的双模通讯的智能井盖监控器终端，其特征在于：所述双模通讯模组的电路包括双模通信模组M5313芯片U7、NPN信号三极管Q2，NPN信号三极管Q2控制模组重启，U7的管脚WAKE_EN所连接的电阻R28与U7内部的下拉电阻共同组成唤醒信号的分压电路，嵌入式MCU通过M5313_WAKE来唤醒模组U7，U7与嵌入式MCU通过USART通信，控制模组U7与平台收发信息，接插口P13为U7模组的近端固件升级端口。
3.根据权利要求1所述的双模通讯的智能井盖监控器终端，其特征在于：所述GPS定位模组的电路包括GPS定位模组U4、电源转换芯片U3、复位电路及电源控制电路，模组U4为GPS定位模组ADM332D，将根据定位卫星通信得到的GPS定位信息，通过USART发送给嵌入式MCU；模组U4通过电源转换芯片U3连接电源控制电路，该电源控制电路由NPN三极管Q3和P沟MOS管构成，电源转换芯片U3将4.2V电源转化为3.0V，模组U4直接连接复位电路，该复位电路由NPN三极管Q5和电阻R4、R5共同组成，嵌入式MCU可以通过控制GPS_RESET信号来控制复位模组。
4.根据权利要求1所述的双模通讯的智能井盖监控器终端，其特征在于：所述加速度传感器的电路中，加速度传感器芯片U5的型号为MMA8452Q，通过I2C总线与MCU通信，其管脚连接的上拉电阻R20、R21为I2C总线提供驱动电流。
5.根据权利要求1所述的双模通讯的智能井盖监控器终端，其特征在于：所述温度传感器的电路中，温度传感器芯片U6的型号为TMP117，具备低功耗运行模式下实时采集板上温度的功能并在温度超过阈值后，温度传感器U6拉低ALERT引脚通知嵌入式MCU，其管脚连接的电阻R6、R7为I2C总线提供稳定的驱动电流。
6.根据权利要求1所述的双模通讯的智能井盖监控器终端，其特征在于：所述光敏传感器的电路中，光敏传感器Q6与NPN三极管Q7构成光敏触发电路，光敏传感器Q6的发射极与NPN三极管Q7的基极之间连接限流电阻R13及信号去抖电容C9，光敏传感器Q6的集电极连接限流电阻R10，NPN三极管Q7的集电极连接负载电阻R11。
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