CN111325956A - 用于智能井盖的控制电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能市政设备技术领域，公开了一种用于智能井盖控制电路，包括数据处理单元，以及与数据处理单元分别连接的检测单元、供电单元和数据通信单元，其中，供电单元为其他各个单元供电；所述检测单元，包括用来进行红外线检测的红外线检测电路和用来进行加速度检测的加速度检测电路。还公开了一种用于智能井盖的控制方法。本发明有效解决了现有智能井盖维护成本高的问题。

Description

用于智能井盖的控制电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能市政设备技术领域，具体涉及一种用于智能井盖的控制电路及其控制方法。

背景技术

井盖，是用来遮盖各种管道井口的市政设备，既是为了保护过往行人安全，又是为了美化市容市貌必不可少的。

因为大多数管道井口，尤其是下水道井口，都是开在马路边上，更有甚者直接开到马路中间，井盖不仅需要经历室外恶劣天气的日晒雨淋，还要被过路行人和车辆踩踏碾压，井盖的耗损非常大。而在一个街道上会有非常多的井盖，工作人员不可能及时发现某个井盖损坏或者某个井盖缺失，而井盖在损坏或者缺少的时候，对过往行人及车辆会带来较大的风险。

为此，有人通过在井盖上安装一些电子设备来期望让井盖变得更加智能，现有的智能井盖一般都包括处理器以及分别与处理器连接的红外探头和发射器，通过红外探头和发射器来确定井盖的位置。这种井盖虽然在前期使用还可以，但是随着使用时间增加、灰尘污垢遮蔽红外线探头和发射器，使检测结果就不那么智能了。使用这种设备，需要定期进行维护，使用成本较大，而且这种设备仅仅只能判断井盖位置是否变化，井盖是否缺失，对于井盖的那些没有引起位置变化的损坏完全检测不出来。

发明内容

本发明提供一种智能井盖的控制电路，用来解决现有智能井盖使用成本高的问题。

用于智能井盖的控制电路，包括数据处理单元，以及与数据处理单元分别连接的检测单元、供电单元和数据通信单元，其中，供电单元为其他各个单元供电；所述检测单元，包括用来进行红外线检测的红外线检测电路和用来进行加速度检测的加速度检测电路。

本发明的优点在于：

除了传统的红外线检测外，增加了加速度检测，使盖体在出现异常情况，被搬动以及破损都能够被及时检测出来，不完全依赖于红外线检测电路，解决了现有智能井盖使用成本高的问题。

进一步，所述数据处理单元，包括MCU电路，所述MCU电路采用低功耗单片机，实现脉冲计数，数据处理和存储。

本方案中MCU电路采用STM8L152单片机，能够在低功耗的前提下完成各种数据处理和存储。

所述检测单元，还包括与MCU电路连接的触摸电路，所述触摸电路包括设置在井盖上的触摸器件。

当有人打开或者搬动盖体，难免会接触到触摸器件，此时触摸电路就能够将产生的触摸信号发送给数据处理单元。

进一步，所述数据通讯单元，包括与MCU电路连接的通信电路和NB_IOT模组电路，所示所述NB_IOT模组电路通过通信电路与MCU电路通信连接。

通过NB_IOT模组电路，使数据通讯单元能够连接到物联网后台服务器上，通过物联网自身优势进行远程控制。

进一步，所述数据通讯单元，还包括所述NB_IOT模组电路连接有SIM卡电路。

通过SIM卡，能够以每张SIM卡作为对象，将每个智能井盖数据一一对应进行远程管理控制。

进一步，所述供电单元，包括第一管理电路和第二管理电路，所述第二管理电路用来为检测单元供电。

单独对检测单元进行供电，能够保证检测单元的正常工作和按需安装。

本发明还提供一种用于智能井盖的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，红外线检测电路通过红外检测器检测得到距离信号，并将距离信号发送给数据处理单元；

步骤二，加速度检测电路将加速度传感器检测得到的加速度信号发送给数据处理单元；

步骤三，数据通信单元在接收到距离信号和加速度信号后，根据预设的距离信号范围和加速信号范围判断盖体是否处于异常状态，当盖体处于异常状态时，数据处理单元产生报警信息并将报警信息发送给数据通讯单元；

步骤四，数据通讯单元将报警信息发送给与之连接的物联网后台服务器。

本发明的优点在于：

通过物联网的手段进行井盖报警信息的传送，能够充分利用物联网平台的自身优点完成对井盖的远程控制，做到智能报警，智能管理井盖的目的。

附图说明

图1为本发明智能井盖的结构示意图。

图2为本发明智能井盖的又一结构示意图。

图3为本发明智能井盖的又一结构示意图。

图4为本发明智能井盖控制电路中的MCU电路的逻辑电路图。

图5为本发明智能井盖控制电路中的NB_IOT模组电路的逻辑电路图。

图6为本发明智能井盖控制电路中的触摸电路的逻辑电路图。

图7为本发明智能井盖控制电路中的SIM卡电路的逻辑电路图。

图8为本发明智能井盖控制电路中的通信电路的逻辑电路图。

图9为本发明智能井盖控制电路中的第一电源管理电路的逻辑电路图。

图10为本发明智能井盖控制电路中的NB_IOT电源开关电路的逻辑电路图。

图11为本发明智能井盖控制电路中的LCD稳压储能电路的逻辑电路图。

图12为本发明智能井盖控制电路中的唤醒电路的逻辑电路图。

图13为本发明智能井盖控制电路中的第二电源管理电路的逻辑电路图。

图14为本发明智能井盖控制电路中的程序下载接口电路的逻辑电路图。

图15为本发明智能井盖控制电路中的红外线检测电路的逻辑电路图。

图16为本发明智能井盖控制电路中的复位电路的逻辑电路图。

图17为本发明智能井盖控制电路中的加速度检测电路的逻辑电路图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：盖体1、检测部2、安装盒3、安装囊4、伸缩管5、安装片6。

实施例基本如附图1所示：本发明实施例提供了一种智能井盖，包括盖体1，盖体1包括与路面基本平齐的盖顶和与盖顶位置相反的盖底，盖底一般在井盖盖住井口的时候，盖底与管道井的地面相对。盖顶和盖底之间为盖体1的圆周侧缘，简称侧缘。侧缘应为在经常打开盖体1的时候难免会出现磨损，使侧缘与井口边缘之间的缝隙越来越大。

盖底上安装有控制电路

盖体1上安装有安装盒，安装盒内安装有智能井盖控制电路。本实施例中，安装盒为一正方体盒子，通过在盖底螺钉连接的方式，将安装盒固定在盖底上。

如图4至图17所示，安装盒内的智能井盖控制电路，包括数据处理单元，以及与数据处理单元分别连接的检测单元、供电单元和数据通信单元，其中，供电单元为其他各个单元供电。

数据处理单元，包括MCU电路以及与MCU电路连接的LCD稳压储能电路、复位电路和程序下载接口电路；所述MCU电路采用低功耗单片机，实现脉冲计数，数据处理和存储。本方案中MCU电路采用STM8L152单片机，能够在低功耗的前提下完成各种数据处理和存储。

如图4所示，所述MCU电路采用低功耗STM8L152R6单片机，实现脉冲计数，数据处理和存储。

如图11所示，LCD稳压储能电路，在STM8L152R6单片机的VLCD脚与地之间并联有第十五电容C15和第十四电容C14。

如图16所示，复位电路连接在STM8L152R6单片机的VCC_MCU脚和地之间，复位电路包括与STM8L152R6单片机的VCC_MCU脚和地之间连接的第七电阻R7、第十二电容C12，其中两者之间的连接点与RESET脚连接。

如图14所示，程序下载接口电路，包括第三端口P3，第三端口P3具有六个脚，第三端口P3的第六脚、第五脚、第四脚和第三脚分别与MCU电路中STM8L152R6的RX1脚、TX1脚、SWIM脚和RESET脚连接。

检测单元，包括分别与MCU电路连接的红外线检测电路、加速度检测电路和触摸电路。

如图15所示，红外线检测电路，包括连接在VCC_MCU端的第一发光二极管LED1，LED1的与LED_T端之间连接有第十二电阻R12，LED1与LED_R之间连接有第十三电阻R13。通过第一发光二极管LED1，以及与之对应设置的诸如光敏二极管等接收元件，能够通过红外线测距来检测盖体是否被移动，进而可以推断盖体是否被打开。

将红外线检测电路中的发光二极管和光敏二极管等红外线发射和接收器件都安装在向外伸出安装盒的检测部上。

如图17所示，加速度检测电路，包括加速度传感器ADX1，本实施例中加速度传感器ADX1采用ADXL362，加速度传感器ADX1的第十六脚、第十三脚、第十二脚接地，第十脚通过第四接插器JP4接地，第十四脚分别连接第十一电阻R11和第十八电容C18的一端，第十一电阻R11的另一端连接Control1端，第十八电容C18另一端接地；加速度传感器ADX1的第一脚连接Control1端、第五电阻R5和第二十五电容C25一端，第五电阻R5的另一端连接VCC_MCU端，第二十五电容C25另一端接地。加速度传感器ADX1的第八脚连接ADX_CS端，第七脚连接ADX_MISO端，第六脚连接ADX_MOSI端，第四脚连接ADX_SCLK端。

如图6所示，触摸电路包括第二触摸芯片U2、第三触摸芯片U3和第二端口P2，U2和U3都采用TTP223，第二端口P2的第一脚连接Water_Trig端，第二端口P2的第二脚分别连接第三十三电容C33和第二十电阻R20一端和Water_Status端，第三十三电容C33和第二十电阻R20的另一端接地；第二触摸芯片U2的第一脚经过接插器和第二十一电阻R21与OUT1端连接，第二触摸芯片U2的第二脚接地，第三脚分别连接P7和第二十三电容C23，第二十三电容接地；第二触摸芯片U2的第六脚接地，第五脚和第四脚之间并联第十六电容C16和第十七电容C17，第四脚接地，第五脚连接SW_Control端；第三触摸芯片U3的第一脚经过第三接插器JP3和第二十二电阻R22连接OUT2端；第三触摸芯片U3的第二脚和第六脚接地，第三脚连接P6和第二十四电容C24，第三触摸芯片U3的第五脚和第四脚之间并联第十九电容C19和第二十电容C20，第四脚接地，第五脚连接SW_Control端。

供电单元，包括与MCU电路连接的第一电源管理电路、NB_IOT电源开关电路和第二电源管理电路，还包括分别与第一电源管理电路和NB_IOT电源开关电路连接的唤醒电路，第一电源管理电路与NB_IOT电源开关电路连接，NB_IOT电源开关电路通过通信电路与NB_IOT模组电路连接。

如图10所示，NB_IOT电源开关电路，包括电源MOS管U1，电源MOS管U1为P型管，电源MOS管U1的源极连接唤醒电路和电源管理电路的V_MCU端，电源MOS管U1的栅极与MCU电路中STM8L152R6的GPRS_POWER端连接。电源MOS管U1的漏极经过第一接插器JP1与VCC_GPRS端连接。

如图9所示，第一电源管理电路，包括第一电池接口Pow1，第一电池接口Pow1的第一脚接地，第二脚依次经过第三二极管D3、第一二极管D1连接至VCC_MCU端，第三二极管D3的阴极和第一二极管D1阳极之间连接VBAT端和第七接插器JP7，并经过第七接插器JP7和第三可调电容CAP3接地。在第一二极管D1的阴极连接第二可调电容CAP2的一端，第二可调电容CAP2的另一端接地。

如图12所示，唤醒电路，包括第一霍尔开关T1，第一霍尔开关T1的第一脚连接电源管理电路的VCC_MCU端，同时第一霍尔开关T1的第一脚和地之间连接第二十九电容C29。第一霍尔开关T1的第二脚经过第二十二电阻R22和第二十三电阻R23与电源管理电路和NB_IOT电源开关电路的V_MCU端连接，第一霍尔开关T1的第二脚经过第二十二电阻R22与MCU电路中STM8L152R6的Wake_IN端连接。第一霍尔开关T1的第三脚接地。

如图13所示，第二电源管理电路，包括第一端口P1，第一端口P1的第二脚接地并和第一脚之间连接第六接插器JP6，第一脚连接COIL_BK端和第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端连接VCOIL端。第二电源管理电路，用来向检查单元供电。

数据通讯单元，包括分别与MCU电路连接的通信电路、NB_IOT模组电路，还包括与NB_IOT模组电路连接的SIM卡电路。其中，NB_IOT模组电路通过通信电路与MCU电路通信连接。

如图8所示，通信电路分别连接MCU电路和NB_IOT模组电路。

如图5所示，NB_IOT模组电路，包括物联网芯片M2，本实施例中物联网芯片M2采用SIM7020，和与物联网芯片了连接的第五端口P5和第八端口P8；第五端口P5的第一脚连接NB_TX2端，第二脚连接NB_RX2端，第三脚接地，第四脚连接NB_RST端；第八端口P8的第一脚接VCC_GPRS端，第二脚接地。

物联网芯片M2的第一脚连接NB_TXD端，第二脚连接NB_RXD端，第十八脚连接SIM_VDD端，第十七脚经过第三电阻R3连接SIM_RST端，第十六脚经过第二电阻R2连接SIM_CLK端，第十五脚经过第一电阻R1连接SIM_DATA端，同时，在SIM_RST端、SIM_CLK端和SIM_DATA端各自与地之间分别连接有第三电容C3、第一电容C1和第二电容C2。

物联网芯片M2的第二十二脚连接NB_TX2端，第二十三脚连接NB_RX2端，第三十脚、第三十一脚和第三十三脚接地，第三十二脚分别连接第四电阻R4和第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端接地，第四电阻R4的另一端分别连接第六电容C6和SMA1；物联网芯片M2的第二十八脚连接NB_RST端。

如图7所示，SIM卡电路，包括SIM卡芯片M1，和与SIM卡芯片M1连接的第一静电防护器ESD1，第一静电防护器ESD1由四个静电放电二极管组成，第一静电防护器ESD1具有五个引脚，第一静电防护器ESD1的第一脚与SIM_DATA端连接，第一静电防护器的第二脚接地，第一静电防护器的第三脚与SIM_RST端连接，第一静电防护器的第四脚与SIM_VDD端连接，第一静电防护器的第五脚与SIM_CLK端连接。SIM卡芯片M1的第一脚接地，SIM卡芯片M1的第八脚与地之间连接有第十三电容C13，SIM卡芯片M1的第八脚和第三脚之间连接有第九电阻R9；第十三电容C13和第九电阻R9的连接点一起连接SIM_VDD端；SIM卡芯片M1的第三脚连接SIM_DATA端，第七脚连接SIM_RST端，第六脚连接SIM_CLK端，第五脚连接NC2端，第四脚连接NC1端。

智能井盖，通过安装在盖体上的安装盒，通过安装盒上安装的检测单元来检测盖体是否被移动，进而通过数据处理单元产生报警信息，并通过数据通讯单元将报警信息发送给物联网后台服务器，通过物联网后台服务器，能够及时掌握盖体的情况。本实施例中安装盒的四个侧面上安装有采用透明材料制成的检测部，检测部呈矩形管状结构，将检测单元中的红外线检测电路和触摸电路安装在检测部上，既能够保护检测单元，又能够方便检测单元的检测。检测单元中的红外线检测电路中的红外线发射器和接收器成对安装在每个检测部中，红外线检测单元通过检测安装盒到四周的距离的变化为数据处理单元提供盖体是否被移动的证据。此外，本实施例中，检测单元中的触摸电路也和红外线检测电路一样安装在检测部上，触摸电路中的触摸器件更是直接安装在检测部的表面，当有人搬动或触摸盖体和安装盒，当接触到检测部上的触摸器件时，或者是盖体破损压倒触摸器件的时候，触摸电路将触摸信息发送至数据处理单元，数据处理单元根据预设信息发送报警信息给物联网后台服务器进行报警。

在使用以上智能井盖的时候，其使用方法，包括以下步骤：

S1，将安装盒用螺钉安装在盖体的盖底上；

S2，将检测单元中的红外线检测电路中的红外线检测器件安装到检测部上；这里的红外线检测器件，指的是红外线发射和接收器件的统称，本实施例中，具体指的是发光二极管和光敏二极管；

S3，将触摸电路中的触摸器件安装在检测部的表面，这里的触摸器件指的是与触摸芯片连接的用来在被按动或触摸后向触摸芯片发送信号的感应端口；

S4，将安装好安装盒的盖体放到井口上放好；

S5，红外线检测电路中安装在安装盒检测部上的红外线检测器件，向检测部所在的四个方向发射红外线并接收红外线，通过红外线检测器件发射和接收红外线的时间差测出红外线检测器件到管道井之间的距离，红外线检测电路将检测到的距离信号发送给数据处理单元中的MCU电路；因为红外线检测器件至少有四个，根据三点确定一面的原则，能够更加精准地体现出安装盒的位置，进而更加精准地确定出盖体的位置，方便准确判断出盖体是否被移动；

S6，触摸电路的触摸器件在被接触或按压的时候产生触摸信号，并将触摸信号发送给数据处理单元中的MCU电路；

S7，加速度检测电路中的加速度传感器在盖体改变静止状态的时候产生加速度信号，并将加速度信号发送给数据处理单元中的MCU电路；这里的加速度传感器指的是用来检测加速度器件的统称；

S8，MCU电路接收红外线检测电路传来的距离信号，MCU电路根据预设的距离变化范围，来判断红外线检测电路检测到的距离信号是否改变，当MCU电路判定距离信号改变，盖体发生移动时，MCU电路产生报警信息，并将报警信息发送给数据通讯单元；本实施例中，距离信号变化超过五米，则立即产生报警信息，若距离信号超过一米且持续时间为六个小时候也立即产生报警信息；

S9，MCU电路接收加速度检测电路传来的加速度信号，MCU电路根据预设的加速度化范围，来判断盖体是否产生异常，如果判定发生异常时，MCU电路产生报警信息，并将报警信息发送给数据通讯单元；本实施例中，加速度信号在五分钟之内只有一个方向的加速度没有另一个方向的加速度，则可以合理判定盖体发生掉落或者是破损，则立即产生报警信息；

S10，MCU电路接收触摸电路传来的触摸信号，MCU电路根据预设的触摸信号变化范围，来判断盖体是否产生异常，如果判定发生异常时，MCU电路产生报警信息，并将报警信息发送给数据通讯单元；本实施例中，触摸信号只有按照预设在MCU电路中指定规律的触摸频率，才能被判定为是工作人员正常施工操作，其他任何在预设频率外的触摸信号，都立即产生报警信息；

S11，数据通讯单元中的通信电路接收从MCU电路发送到过来的报警信息，通信电路将报警信息发送给NB_IOT模组电路；

S12，NB_IOT模组电路将该报警信息发送给与之连接的物联网平台后台服务器中。

实施例二

如图2所示，本实施例中，检测部2为与安装盒3侧壁连通的半球形封闭结构，红外线检测电路中的红外线检测器件仍然安装在检测部2内，安装盒3相对的两个侧面上连通有可伸缩的伸缩管5，伸缩管的端头连通有用来安装加速度检测电路中加速度传感器的安装囊4，安装囊4为用柔性材质制成的球囊，将加速度传感器安装在安装囊4中能够敏感地检测到细微破损产生的加速度信号变化。用伸缩管5与安装盒2连通，方便安装囊4中加速度传感器与安装盒内的MCU电路之间的导线走线，且伸缩管5能够伸长和缩短，方便调节长度将安装囊4安装到适宜的位置，便于更加精准地检测盖体1是否产生破损。

实施例三

如图3所示，相比于实施例2，本实施例中，在连接安装囊4的另一组侧壁上通过伸缩管连接有安装片6，安装片6直接粘接在盖底上，将触摸电路的触摸器件粘接在安装片6上，安装片6安装在靠近盖体边缘的地方，使人在搬动盖体的时候，马上就能够接触到安装片6上安装的触摸器件，方便及时通过触摸电路检测到盖体是否发生异常情况。

实施例四

本实施例中，在盖顶上安装有滚轮，当有人或者车辆通过的时候，会通过摩擦力产生转动，滚轮上安装有随着滚轮一起转动的金属旋片，在盖体上开有供导线穿过的孔洞，在盖底上安装与MCU电路连接的防错电路，防错电路包括与金属旋片正对的两个微型互感电桥和与之连接的电子逻辑单元，利用电磁耦合原来，当电子逻辑单元工作时由单片机不断发射驱动脉冲，该脉冲经过LC电路将形成空间电磁辐射，辐射会被2个微型互感电桥接收，当没有金属旋片接近时，由于互感器电桥是对称的其2个输出经过积分比较后几乎一至，此时将由单片机判断为没有旋片。反之当有金属旋片接近时其电桥平衡将被打破，此时将由单片机判断为旋片接近。由于2个信号可以延伸出4种状态所以最终将由微控制器设别为一个有效的旋转及判定其旋转的方向。通过防错电路，可以使与防错电路连接的MCU电路判断，盖体产生的异常产生的原因，有利于进行误差排除，使报警信息产生得更加准确，减少误报率。

以上说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.用于智能井盖的控制电路，其特征在于，包括数据处理单元，以及与数据处理单元分别连接的检测单元、供电单元和数据通信单元，其中，供电单元为其他各个单元供电；所述检测单元，包括用来进行红外线检测的红外线检测电路和用来进行加速度检测的加速度检测电路。

2.根据权利要求1所述的用于智能井盖的控制电路，其特征在于，所述数据处理单元，包括MCU电路，所述MCU电路采用低功耗单片机，实现脉冲计数，数据处理和存储。

3.根据权利要求2所述的用于智能井盖的控制电路，其特征在于，所述检测单元，还包括与MCU电路连接的触摸电路，所述触摸电路包括设置在井盖上的触摸器件。

4.根据权利要求2所述的用于智能井盖的控制电路，其特征在于，所述数据通讯单元，包括与MCU电路连接的通信电路和NB_IOT模组电路，所示所述NB_IOT模组电路通过通信电路与MCU电路通信连接。

5.根据权利要求4所述的用于智能井盖的控制电路，其特征在于，所述数据通讯单元，还包括所述NB_IOT模组电路连接有SIM卡电路。

6.根据权利要求1所述的用于智能井盖的控制电路，其特征在于，所述供电单元，包括第一管理电路和第二管理电路，所述第二管理电路用来为检测单元供电。

7.用于智能井盖的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，红外线检测电路通过红外检测器检测得到距离信号，并将距离信号发送给数据处理单元；

步骤二，加速度检测电路将加速度传感器检测得到的加速度信号发送给数据处理单元；

步骤三，数据通信单元在接收到距离信号和加速度信号后，根据预设的距离信号范围和加速信号范围判断盖体是否处于异常状态，当盖体处于异常状态时，数据处理单元产生报警信息并将报警信息发送给数据通讯单元；

步骤四，数据通讯单元将报警信息发送给与之连接的物联网后台服务器。

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