CN208834482U - 一种井盖监控设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型的井盖监控设备，包括主控芯片、NB‑IOT/GPRS模块、检测模块和电源模块；所述主控芯片具有电源输入端、数据串口和IO端口；所述主控芯片其主控作用；所述NB‑IOT/GPRS模块在主控芯片的控制下连接至服务器；所述检测模块与主控芯片的IO端口连接，所述检测模块检测井盖的状态，并产生状态信号传送至所述主控芯片；所述主控芯片接收所述检测模块检测的井盖的状态信号，并通过NB‑IOT/GPRS模块上传至服务器。本实用新型的井盖监控设备对井盖实时监控，当井盖出现异常时进行报警，便于及时检修维护。

Description

一种井盖监控设备

技术领域

本实用新型涉及井盖监控技术领域，特别是涉及一种井盖监控设备。

背景技术

随着社会的发展，城市街道上的井盖越来越多，井盖的管理也越来越复杂，一个城市的井盖管理水平反应了该城市的市政设施综合管理能力，体现了一个城市或地区的社会整体发展水平。在大雨或洪水发生后，很多下水道都会出现排水不及或杂物堵塞，由此造成污水泛滥事故，同时井盖也经常会被洪水冲走；或者在设施改扩建时由于疏于管理，井盖被随意的打开或破坏，给市民的出行带来了不便和安全隐患。传统的井盖管理通常采用路段巡查员监管以及专线接听市民报警电话等来发现井盖的异常，但是通过这些方式来发现井盖的异常的效率非常低，无法实施监控井盖的状态。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于提供一种井盖监控设备，具有能够实时监控井盖的异常状态，并将井盖的状态上传至服务器报警等优点。

一种井盖监控设备，包括主控芯片、NB-IOT/GPRS模块、检测模块和电源模块；所述主控芯片具有电源输入端、数据串口和IO端口；所述NB-IOT/GPRS模块连接服务器，并与所述主控芯片的数据串口连接；所述检测模块与主控芯片的IO端口连接，所述检测模块检测井盖的状态，并产生状态信号传送至所述主控芯片；所述主控芯片接收所述检测模块检测的井盖的状态信号，并通过所述NB-IOT/GPRS模块上传至服务器；所述电源模块的输出端与所述主控芯片、NB-IOT/GPRS模块和检测模块的电源输入端连接。

本实用新型的井盖监控设备，通过检测模块实时监控井盖的状态，并产生状态信号传送至主控芯片，主控芯片接收状态信号并判断井盖的状态，并通过NB-IOT/GPRS模块上传至服务器报警。由此实现了对井盖的实时监控，当发现井盖异常时，便于及时检修维护。

进一步地，所述检测模块包括与所述主控芯片电连接的运动传感器；所述运动传感器检测井盖的运动状态，并产生运动状态信号传送至所述主控芯片。

进一步地，所述运动传感器的内部设置有与所述主控芯片电连接的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。所述三轴加速度计检测井盖的运动加速度；所述三轴陀螺仪检测井盖的运动角度；所述三轴磁力计检测井盖的运动方向。该设置通过对井盖运动的加速度、角速度以及运动方向的计算判断出井盖的状态是否异常，实现了对井盖状态的实时监控，准确可靠，且易于实现。

进一步地，所述检测模块还包括与所述主控芯片电连接的水位传感器；当所述水位传感器被水浸没时，所述水位传感器向所述主控芯片传送浸水信号。当所述水位传感器被水浸没时，所述水位传感器向所述主控芯片传送浸水信号；所述主控芯片接收所述水位传感器传送的浸水信号，并将所述浸水信号通过所述NB-IOT/GPRS模块上传至服务器，及时报警以便通知维修人员及时抢修，保证公共安全。

进一步地，所述检测模块还包括与所述主控芯片电连接的倾斜开关；所述倾斜开关检测井盖的倾斜状态，并产生倾斜状态信号传送至所述主控芯片。该设置作为井盖异常的辅助判断，以更准确的判断出井盖是否出现异常；同时，当所述运动传感器出现问题无法正常工作时，倾斜开关可作为一种补充的判断工具，对井盖继续实时的监控。

进一步地，还包括磁控开关；所述磁控开关包括与所述主控芯片电连接的磁感应触头和使所述磁感应触头闭合或断开的磁铁；所述磁铁靠近所述磁感应触头使其闭合导通，所述磁感应触头向所述主控芯片发出开机信号；所述单片机接收所述开机信号，并控制所述检测模块对井盖状态进行检测。该井盖监控设备是安装于井盖底部的，由于井盖周边环境复杂，必须做好防尘防水，因此需要设置一种非接触的开关来开启所述检测模块对井盖进行检测，磁控开关能满足非接触式开关的要求。

进一步地，还包括与所述主控芯片电连接的开机提示装置；所述主控芯片接收所述开机信号，并控制所述开机提示装置发出开机提示。

进一步地，所述开机提示装置为与所述主控芯片电连接的蜂鸣器、马达或LED灯。开机成功后，所述主控芯片控制所述蜂鸣器、马达或LED发出开关机提示。

进一步地，所述电源模块包括供电电池和连接于所述供电电池输出端和所述NB-IOT/GPRS模块的电源输入端之间的升压芯片；所述升压芯片的EN端口与所述主控芯片的IO端口相连接；所述主控芯片控制所述升压芯片升高所述供电电池输出端的电压，并给所述NB-IOT/GPRS模块提供电源。当所述NB-IOT/GPRS模块采用M26芯片时，其电源需要升压芯片升压后供给。

进一步地，所述电源模块还包括连接于所述供电电池输出端和所述NB-IOT/GPRS模块的电源输入端之间的MOS管；所述MOS管的栅极与所述主控芯片的IO端口相连接；所述主控芯片控制所述MOS管导通，并给所述NB-IOT/GPRS模块提供电源。当所述NB-IOT/GPRS模块采用BC26芯片时，其电源需要通过MOS管控制供电。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1是本实用新型的井盖监控设备的总原理框图；

图2是本实用新型的井盖监控设备的电源架构图；

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

请参阅图1，其是本实用新型的井盖监控设备的总原理框图。

本实用新型的井盖监控设备，包括主控芯片10和与主控芯片10电连接的NB-IOT/GPRS模块20、检测装置30、磁控开关40、开机提示装置50和电源模块60；所述NB-IOT/GPRS模块20用于将井盖状态信息上传至服务器；所述检测装置30用于检测井盖的状态，并产生状态信号传送至所述主控芯片10；所述主控芯片10接收所述检测模块30检测的井盖的状态信号，根据所述状态信号判断井盖的状态，并将井盖状态通过所述NB-IOT/GPRS模块20上传至服务器。另外，通过磁控开关40控制所述主控芯片10的开机以检测井盖状态，并通过所述开机提示装置50发出开机成功提示；所述电源模块60给所述主控芯片10、NB-IOT/GPRS模块20、检测装置30和开机提示装置50提供电源。

所述井盖监控设备安装于井盖底部，并通过外壳密封，以对井盖的状态实时监控。由于井盖周边环境的复杂性，外壳采用高强度、耐候性好的工程塑料，能承受20kg/cm²以内的压力冲击，其防尘放水达到IP68级别。

所述主控芯片10所采用的单片机，即MCU的型号选择STM32L071系列的STM32L071C8T6。该单片机接口资源丰富，具有电源输入端、数据串口端和IO端口等，内部FLASH容量最大可扩展192KB，具有20KB RAM、6KB EEPROM、支持4个串口、3个唤醒管脚，且功耗非常低，休眠时电流仅0.83uA。由于该款型号单片机没有上电复位功能，因此，需要通过单片机的P7端口外接RC复位电路来复位；其可使用芯片的内置晶振，也可以采用外接晶振；其工作电压为3.6V，由3.6V电池供给，并在电源端口的引脚旁设置有10uF和0.1uF滤波电容进行滤波；其串口调试通过DEBUG UART串口实现，通过这个接口可以实现调试信息的输出以及命令行操作，具体地，通过mini USB接口连接；并通过SWD下载端口实现程序的在线升级。

所述NB-IOT/GPRS模块20与所述主控芯片10的数据串口连接，并在所述主控芯片10的控制下连接至服务器。具体地，所述NB-IOT/GPRS模块20通过主串口P17、P18端口与主控芯片的P30、P31端口之间进行数据传输，并设置有串口电平转换电路，从而将井盖状态信息上传至服务器，同时NB-IOT/GPRS模块20通过P20端口向单片机发出振铃提示。由于所述NB-IOT/GPRS模块20的开机及复位均是低电平触发，故在所述NB-IOT/GPRS模块20与单片机之间设计有开机复位电路。单片机的P39端口输出高电平，该高电平使三极管Q4导通，给所述NB-IOT/GPRS模块20的开机端口P7输出低电平，使NB-IOT/GPRS模块20开机工作；单片机的P38端口输出高电平，该高电平使三极管Q3导通，给所述NB-IOT/GPRS模块20的复位端口P15输出低电平，使NB-IOT/GPRS模块20复位；其中三极管Q3、Q4的具体型号为MMBT3904。

所述NB-IOT/GPRS模块20可以为移远通讯的BC26、以及M26模组芯片，且BC26和M26模组芯片的引脚相互兼容，在电路板上可采用相同尺寸的封装；其中BC26为NB-IOT模组芯片，M26为GPRS模组芯片。但是BC26和M26的工作电压不同，因此需要做出相应的兼容性设计。具体地，本方案中NB-IOT/GPRS模块20，采用BC26模组芯片，其是一款高性能、低功耗的NB-IOT系列模块，通过NB-IOT无线电通信协议，BC26模块可与网络运营商的基础设备建立通信。

所述NB-IOT/GPRS模块20的SIM端口P10-P14用于连接SIM卡，其功能用于注册、上传数据及短信收发，具体地，SIM卡座采用翻盖式卡座，其封装兼容大小尺寸的SIM卡。

所述NB-IOT/GPRS模块20的P35为天线端口，具体地，该天线设计有二种方案可选：外接PCB天线和半载PCB天线。将连接于P35端口和天线之间的布线阻抗控制在50ohm，可可保证信号的有效传输。另外，还可以在电路板上预留外接天线插座，需要外接天线时将天线安装好即可。

所述检测模块30与主控芯片的IO端口连接，用于检测井盖的状态，并产生状态信号传送至所述主控芯片10。所述检测装置30包括与主控芯片10电连接的运动传感器、水位传感器和倾斜开关，对井盖进行实时监控。

所述运动传感器的内部设置有与所述主控芯片电连接的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。所述三轴加速度计检测井盖的运动加速度，并产生加速度信息；所述三轴陀螺仪检测井盖的运动角度，并产生角速度信息；所述三轴磁力计检测井盖的运动方向，并产生方向信息。所述运动传感器将所述加速度信息、角速度信息和方向信息传送至所述主控芯片；所述主控芯片根据所述加速度信息、角速度信息和方向信息计算出井盖的运动姿态，并将所述运动姿态通过所述NB-IOT/GPRS模块上传至服务器。具体地，所述运动传感器为九轴陀螺仪MPU9250，也可以为六轴陀螺仪MPU6050。MPU9250是一颗9axis运动传感器(Motion Tracking)，其是相当于分别的3颗3轴传感器(加速度计–Accelerator,陀螺仪–Gyroscope，磁力计–Magnetometer)的合体。利用这些运动时产生的加速度、角速度和方向信息，就可以反向推算物体实际运动的情况，从而可以将物体的实际运动信息记录到计算机，即可以将井盖的实际运动信息记录到主控芯片10。

所述水位传感器安装于塑料外壳内的电路板上，与所述主控芯片电连接，并伸出两探头至外壳外部以检测井盖是否被水浸没。当所述水位传感器被水浸没时，所述水位传感器向所述主控芯片传送浸水信号；所述主控芯片接收所述水位传感器传送的浸水信号，并将所述浸水信号通过所述NB-IOT/GPRS模块上传至服务器。具体地，当水位传感器的探头没有被水浸没的时候，两探头之间没有导通的电流，水位检测电路中的INT_WATER为高电平，并将该电平信号传送至单片机的P14端口进行实时检测；当单片机的P14端口检测到低电平时，则表示水位传感器的探头已经被水浸没，从而判断出井盖此时已经被水浸没，出现了异常状况。

所述倾斜开关检测井盖的倾斜状态，并产生倾斜状态信号传送至所述主控芯片。具体地，所述倾斜开关安装于塑料外壳内的电路板上，其按原理摆放并上仰25°，并与所述主控芯片10电连接以测量井盖是否出现倾斜的异常状态，同时将所述倾斜状态传送至所述主控芯片10；所述主控芯片10接收所述倾斜开关传送的倾斜状态，并将所述倾斜状态通过所述NB-IOT/GPRS模块20上传至服务器。该设置作为井盖异常的辅助判断，以更准确的判断出井盖是否出现异常；同时，当所述运动传感器出现问题无法正常工作时，倾斜开关可作为一种补充的判断工具，对井盖继续实时的监控。其基本原理是：垂直悬挂的倾斜开关探头在受到外力作用且偏离垂直位置17度以上时，倾斜开关内部的金属球触点动作，常闭触点断开；当外力撤消后，倾斜开关回复到垂直状态，金属球触点复又闭合。而本方案中的倾斜开关上仰25度安装，因此正常情况下，倾斜开关的常闭触电断开，将SW1电平上拉至3.6V，并输入至单片机的IO端口P42；当出现异常，井盖倾斜到一定角度时，倾斜开关的常闭触点导通，将SW1电平拉低到接地端，并输送给单片机的IO端口P42，这样单片机通过检测P42端口的高低不同的电平信号，便可以检测到井盖是否出现异常。为提高测量的准确性，设置了多个倾斜开关，多个倾斜开关向单片机IO端口输入的信号为SW1、SW2、SW3和SW4，通过这四个电平信号来检测井盖是否出现异常。

所述磁控开关40控制所述主控芯片10的开关机；所述磁控开关40包括与所述主控芯片10电连接的磁感应触头和使所述磁感应触头闭合或断开的磁铁；所述磁铁靠近所述磁感应触头使其闭合导通，所述磁感应触头向所述单片机的端口P16发出开机信号；所述单片机接收所述开机信号，并控制所述检测模块对井盖状态进行检测。该井盖监控设备是安装于井盖底部的，由于井盖周边环境复杂，必须做好防尘防水，故将该设备密封于壳体内以达到IP68级别的防尘防水，因此需要设置一种非接触的开关来开启所述检测模块对井盖进行检测，而磁控开关能够满足非接触式开关的要求。另外，为防止误操作，主控芯片10检测到一定次数的开机信号后，才控制所述检测模块进行检测。

所述开机提示装置50与所述主控芯片10电连接，并在所述主控芯片的控制下发出开机提示。具体地，所述开机提示装置50可以是与所述主控芯片10电连接的蜂鸣器、马达或LED灯。

请参阅图2，其是本实用新型的井盖监控设备的电源架构图。

所述电源模块60包括供电电池、连接于所述供电电池输出端和所述NB-IOT/GPRS模块的电源输入端之间的升压芯片和MOS管；所述升压芯片的EN端口与所述主控芯片10的IO端口相连接；所述主控芯片10控制所述升压芯片升高所述供电电池输出端的电压，并给所述NB-IOT/GPRS模块提供电源；所述MOS管的栅极与所述主控芯片的IO端口相连接；所述主控芯片控制所述MOS管导通，并给所述NB-IOT/GPRS模块提供电源。

当NB-IOT/GPRS模块20采用BC26模组芯片时，通过单片机的P46端口输出高低电平来控制MOS管的导通和断开以控制BC26模块的电源。具体地，单片机的P46端口输出使能高电平信号至MOS管控制电路时，使MOS管导通给BC26模块的P42和P43端口提供电源。

当NB-IOT/GPRS模块20采用M26模组芯片时，通过单片机的P46端口输出高低电平来控制升压芯片是否工作，以控制M26模组芯片电源的供给。具体地，单片机的P46端口输出使能高电平信号至升压芯片的EN端口，控制所述升压芯片升高所述供电电池输出端的电压并输送至M26模组芯片的电源端口以提供电源。

本实用新型的井盖监控设备，通过检测模块的运动传感器、水位传感器和倾斜开关实时监控井盖的状态，并产生状态信号传送至主控芯片，通过主控芯片判断井盖的状态，并将井盖的状态通过NB-IOT/GPRS模块上传至服务器报警，由此实现了对井盖的实时监控，以及时发现井盖的异常情况，便于及时检修维护。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种井盖监控设备，其特征在于：包括主控芯片、NB-IOT/GPRS模块、检测模块和电源模块；所述主控芯片具有电源输入端、数据串口和IO端口；所述NB-IOT/GPRS模块连接服务器，并与所述主控芯片的数据串口连接；所述检测模块与主控芯片的IO端口连接，所述检测模块检测井盖的状态，并产生状态信号传送至所述主控芯片；所述主控芯片接收所述检测模块检测的井盖的状态信号，并通过所述NB-IOT/GPRS模块上传至服务器；所述电源模块的输出端与所述主控芯片、NB-IOT/GPRS模块和检测模块的电源输入端连接。

2.根据权利要求1所述的井盖监控设备，其特征在于：所述检测模块包括与所述主控芯片电连接的运动传感器；所述运动传感器检测井盖的运动状态，并产生运动状态信号传送至所述主控芯片。

3.根据权利要求2所述的井盖监控设备，其特征在于：所述运动传感器的内部设置有与所述主控芯片电连接的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。

4.根据权利要求1所述的井盖监控设备，其特征在于：所述检测模块还包括与所述主控芯片电连接的水位传感器；当所述水位传感器被水浸没时，所述水位传感器向所述主控芯片传送浸水信号。

5.根据权利要求1所述的井盖监控设备，其特征在于：所述检测模块还包括与所述主控芯片电连接的倾斜开关；所述倾斜开关检测井盖的倾斜状态，并产生倾斜状态信号传送至所述主控芯片。

6.根据权利要求1所述的井盖监控设备，其特征在于：还包括磁控开关；所述磁控开关包括与所述主控芯片电连接的磁感应触头和使所述磁感应触头闭合或断开的磁铁；所述磁铁靠近所述磁感应触头使其闭合导通，所述磁感应触头向所述主控芯片发出开机信号；所述主控芯片接收所述开机信号，并控制所述检测模块对井盖状态进行检测。

7.根据权利要求6所述的井盖监控设备，其特征在于：还包括与所述主控芯片电连接的开机提示装置；所述主控芯片接收所述开机信号，并控制所述开机提示装置发出开机提示。

8.根据权利要求7所述的井盖监控设备，其特征在于：所述开机提示装置为与所述主控芯片电连接的蜂鸣器、马达或LED灯。

9.根据权利要求1所述的井盖监控设备，其特征在于：所述电源模块包括供电电池和连接于所述供电电池输出端和所述NB-IOT/GPRS模块的电源输入端之间的升压芯片；所述升压芯片的EN端口与所述主控芯片的IO端口相连接；所述主控芯片控制所述升压芯片升高所述供电电池输出端的电压，并给所述NB-IOT/GPRS模块提供电源。

10.根据权利要求9所述的井盖监控设备，其特征在于：所述电源模块还包括连接于所述供电电池输出端和所述NB-IOT/GPRS模块的电源输入端之间的MOS管；所述MOS管的栅极与所述主控芯片的IO端口相连接；所述主控芯片控制所述MOS管导通，并给所述NB-IOT/GPRS模块提供电源。