CN206396860U - 一种新型城市排污管网监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型城市排污管网监测系统，由单片机、防井盖丢失模块、监测下水道堵塞模块、易燃易爆气体检测模块、无线通讯模块、主控制台组成，所述防井盖丢失模块、监测下水道堵塞模块、易燃易爆气体检测模块、无线通讯模块分别通过导线与单片机的对应端口连接，所述主控制台通过无线通讯模块与单片机进行无线通讯连接。采用压力传感器和流速传感器配合，在满载情况下，不但可以正常工作，而且可以根据压力值来判断地面是否出现积水问题，同时把下水道空间所有数据状况统一存储并进行处理。

Description

一种新型城市排污管网监测系统

技术领域

本实用新型涉及监测领域，尤其涉及城市排污管网监测系统。

背景技术

中国城市下水道排污管网设施采用的是苏联的“地下管网式”，设计偏保守，口径多在一米左右，承载能力有限，时常会出现下水管道拥堵现象。而且现在下水道堵塞的处理从发现到整修的周期较长，会带来诸多不便。然而现阶段，中国无法对城市下水道进行大规模改造和重修。而且，下水管道常年埋在地下，当出现堵塞预兆时，也难以引起人的注意，一旦废水外溢，往往已经是问题比较严重了。如果能有一套自动监测系统，能实时监测下水道中的水位和水流速，就能大致判断出下水道中的堵塞情况，当超过警戒值时，以一定方式及时报警，就能防止下水道废水外溢事故的发生，然而我们设计的新型下水道远程监控与控制系统或许从某种程度上解决这样的问题。

虽然下水道问题如此严重，可以说已经是迫在眉睫了。但是可以说这个方面现在还没有一套完整可行的实施方案。虽然日本NCE公司推出了下水道监测机器人，但是就其成本和可实施方面来考虑，机器人监测代价太昂贵，效率太低，有些不和实际。近几年，我国的专家学者也陆续提出了很多可行的方案，例如，2014年，南京邮电大学顾佩月，贺文晨教授提出了利用红外距离传感器和压力传感器的下水道仿堵塞设计，但是其测距模块太容易受到地下下水道的恶劣环境的影响，导致其测量失误，如果在下水道满载情况下，测距模块也就失去了作用。2015年重庆邮电大学信号处理与片上系统重点实验室教授侯敬元提出了地下管网危险源监控终端设计，利用气体传感器，干燥器，集气泵，排气泵，排气装置等设计，过于复杂，成本太高，在实际生产生活中，难以推广和付诸实践。鉴于此，本实用新型在他们研究的基础上采用了压力传感器和流速传感器配合，在满载情况下，不但可以正常工作，而且可以根据压力值来判断地面是否出现积水问题。同时本实用新型把下水道空间所有数据状况统一存储并进行处理。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种新型城市排污管网监测系统，采用压力传感器和流速传感器配合，在满载情况下，不但可以正常工作，而且可以根据压力值来判断地面是否出现积水问题，同时把下水道空间所有数据状况统一存储并进行处理。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种新型城市排污管网监测系统，由单片机、防井盖丢失模块、监测下水道堵塞模块、易燃易爆气体检测模块、无线通讯模块、主控制台组成，所述防井盖丢失模块、监测下水道堵塞模块、易燃易爆气体检测模块、无线通讯模块分别通过导线与单片机的对应端口连接，所述主控制台通过无线通讯模块与单片机进行无线通讯连接。

所述单片机采用低功耗,高性能的CMOS八位微处理器STC89C52。由于下水道环境十分复杂且恶劣对系统要求很严格，且考虑到低成本，低功耗，可行性。该单片机片上集成512字节RAM，通用I/O口有32个，复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，ISP(系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口(RXD/P3.0TXD/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片。并且该单片机具有看门狗功能。该单片机共3个16位定时/计数器，即定时器T0，T1，T2。外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。通用异步串行口(UART)，还可以用定时器软件实现多个UART。该单片机工作温度范围：-40～+85℃。鉴于以上，该单片机完全符合下水道环境要求。

所述无线通讯模块采用ZigBee无线通讯模块。主要考虑到环境，功耗，距离，成本等问题，由于城市下水道系统庞大，复杂，通过ZigBee建立无线数传网络平台，可以完全克服无线通信中，距离问题而带来的麻烦。ZigBee由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，非常类似现在的网络基站，而且ZigBee网络可以和其他的各种网络实现连接。这样该监测系统在任何地方都可以进行全时段的监测，那么整个系统平台的数据也就完全实现的透明与共享。

所述防井盖丢失模块包括双掷按键开关控制端、LED灯、蜂鸣器，所述双掷按键开关控制端通过导线与单片机连接，所述LED灯与蜂鸣器分别通过导线与单片机连接。当井盖处在正常状态下时，按键打在高电平，一旦井盖丢失，按键打在接地端，低压脉冲输入中断引脚，触发中断，中断函数控制LED灯点亮,同时蜂鸣器报警。采用中断控制本身不占用单片机的正常工作时钟，只是在触发中断的情况下，单片机才会去处理窨井盖问题。单片机通过无线通信模块，向主控制台传送警报信息与主控制台的市政管理人员可以立即派遣人员抵达现场进行处理，以免引起更大的人身生命安全与财产损失。

所述监测下水道堵塞模块包括压力传感器、流速传感器、电压放大器、AD转换器，所述压力传感器和流速传感器均安装在下水管底部，所述电压放大器和AD转换器布置在下水管外部，所述压力传感器和流速传感器分别通过导线与电压放大器连接，所述电压放大器通过导线与AD转换器连接，所述AD转换器通过导线与单片机连接。利用安装在下水管底部的压力传感器与流速传感器的动态数据对比，实现检测。当流速传感器值很小，而压力传感器值较大时，那么下水道一定出现了堵塞问题。因为水压大，那么说明下水道有水，但流速为零或接近零，那么水的流动只发生在水面部分，下水道底部水静止，两个传感器也就检测出了堵塞问题。同时，压力传感器与流速传感器还可以在测量暴雨天气时城市下水道的泄洪能力，因为流量传感器在监测流速的同时，通过压力传感器的动态值，就可以知道下水道上方的路面是否发生积水，积水深度是多少，这些数据为城市下水道的升级，改造，提供了一手的现场信息，为城市下水道系统的合理化设计提供了保障。

所述易燃易爆气体检测模块包括一氧化碳传感器和甲烷传感器，所述一氧化碳传感器和甲烷传感器均安装在下水管顶部，且分别通过导线与单片机连接。设置易燃易爆气体检测模块主要是因为地下管道狭小，通风不良，相对封闭，生活废水，排污物在缺少氧气的条件下会分解大量易燃易爆(主要包括一氧化碳气体和甲烷气体)，在管道需要维护与修理时，这些气体会对维修人员造成直接和潜在威胁。因此对这些气体采取监控处理势在必行。监控终端工作时，以一定的时间间隔通过无线通信模块向主控制台上传危险源气体浓度、终端运行状态等数据，并对接收到的上位机下发的命令及时响应。当气体浓度达到预警状态时，缩短监控主机向上位机发送数据的时间间隔，当监测单元监测到气体浓度达到报警级别时，以最短的时间间隔向上位机发送实时数据。

本实用新型一种新型城市排污管网监测系统是城市建设不可或缺的一部分，本实用新型设计通过对城市下水道系统的广泛了解以及对下水道环境的多方面考虑，在原本的下水道系统上增加了防井盖丢失、监测下水道堵塞、下水道易燃易爆气体检测、无线通讯四个模块。利用单片机的原理，将四个模块有机地结合起来，再利用主控制台控制使整个系统的运行更加地简捷、方便。整个设计可以通过控制台了解下水道系统的情况，以便及时进行维修，这样的设定，使市民的出行更加方便且安全。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的框架示意图；

图3为本实用新型防井盖丢失模块的工作框架示意图；

图4为本实用新型监测下水道防堵塞模块的工作框架示意图；

图5为本实用新型易燃易爆气体检测模块的工作框架示意图。

图中：1-单片机、2-双掷按键开关控制端、3-LED灯、4-蜂鸣器、5-压力传感器、6-流速传感器、7-电压放大器、8-AD转换器、9-一氧化碳传感器、10-甲烷传感器、11-无线通讯模块、12-主控制台、13-井盖、14-下水道、15-地面、16-导线、17-防井盖丢失模块、18-监测下水道堵塞模块、19-易燃易爆气体检测模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和图2所示，所述单片机(1)将防井盖丢失模块、监测下水道堵塞模块、易燃易爆气体检测模块所监测的数据进行分析处理后通过无线通讯模块(11)，使下水道(14)的动态数据不断上传到主控制台(12)，实现了主控制台(12)对整个下水道的全方位的远程监测与控制，让整个无序的下水道(14)网络实现一体化、快化捷、方便化。在出现特殊情况时，市政部门能够做出及时的应对与处理。

如图2所示，所述防井盖丢失模块(17)，考虑到了城市下水道窨井盖(13)分布的广泛与数量的庞大，以及窨井盖(13)丢失事件的频频出现，引发了很多市民的人身安全与财产损失，此模块利用了一个简单的独立双掷按键开关控制端(2)与窨井盖(13)的连接实现监测，一旦出现窨井盖(13)与下水道(14)口的分离，那么单片机(1)的中断被触发，考虑到白天与黑夜两种情况，此模块设置了蜂鸣器(4)发出警报和LED等(3)发光，LED灯(3)可以在黑夜起到巨大警示作用，蜂鸣器(4)可以在白天提醒路人。通过单片机(1)将监测的数据通过无线通讯模块(11)传输至主控制台(12)。

如图3所示，所述监测下水道堵塞模块(18)，将压力传感器(5)与流量传感器(6)监测的信号通过电压放大器放大后，再通过AD转换器将电压信号转换为数字信号，最后经过单片机(1)处理后，通过无线通讯模块(11)传输至主控制台(12)。系统利用压力传感器(5)与流量传感器(6)的协同作用，不仅可以检测下水道(14)的堵塞问题，而且对城市内涝问题，提供全方位的数据支持，使城市下水道的再次改进与重建更加符合实际的应有工作能力。

如图4所示，所述易燃易爆气体监测模块(19)利用一氧化碳传感器(9)和甲烷传感器(10)，监测下水道内的一氧化碳和甲烷危险气体的浓度，防止爆炸事件的出现，监测的浓度值经过单片机(1)处理后，通过无线通讯模块(11)传输至主控制台(12)，一旦含量超标后，市政部门可以及时作出抽排处理。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型城市排污管网监测系统，其特征在于，由单片机、防井盖丢失模块、监测下水道堵塞模块、易燃易爆气体检测模块、无线通讯模块、主控制台组成，所述防井盖丢失模块、监测下水道堵塞模块、易燃易爆气体检测模块、无线通讯模块分别通过导线与单片机的对应端口连接，所述主控制台通过无线通讯模块与单片机进行无线通讯连接。

2.根据权利要求1所述的新型城市排污管网监测系统，其特征在于，所述单片机采用STC89C52单片机。

3.根据权利要求1所述的新型城市排污管网监测系统，其特征在于，所述无线通讯模块采用ZigBee无线通讯模块。

4.根据权利要求1所述的新型城市排污管网监测系统，其特征在于，所述防井盖丢失模块包括双掷按键开关控制端、LED灯、蜂鸣器，所述双掷按键开关控制端通过导线与单片机连接，所述LED灯与蜂鸣器分别通过导线与单片机连接。

5.根据权利要求1所述的新型城市排污管网监测系统，其特征在于，所述监测下水道堵塞模块包括压力传感器、流速传感器、电压放大器、AD转换器，所述压力传感器和流速传感器均安装在下水管底部，所述电压放大器和AD转换器布置在下水管外部，所述压力传感器和流速传感器分别通过导线与电压放大器连接，所述电压放大器通过导线与AD转换器连接，所述AD转换器通过导线与单片机连接。

6.根据权利要求1所述的新型城市排污管网监测系统，其特征在于，所述易燃易爆气体检测模块包括一氧化碳传感器和甲烷传感器，所述一氧化碳传感器和甲烷传感器均安装在下水管顶部，且分别通过导线与单片机连接。