CN215340743U - 一种用于城市工程井的监测装置及监测系统 - Google Patents

Abstract

一种用于城市工程井的监测装置及监测系统。该监测装置包括MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块和电源管理及电池充放电模块；该电源管理及电池充放电模块为其他模块供电；该液位高度检测模块和该液位辅助检测模块均用于检测井内液位高度；该光照强度检测模块用于感应井内的光照强度；该三轴加速度传感器检测用于检测井盖的三轴加速度变化。该MCU控制处理模块可根据液位高度检测模块及液位辅助检测模块检测到的信息，自适应调整监测装置的检测频次；根据该光照强度检测模块、三轴加速度检测模块检测到的信息对井盖状态进行双重检测，实现精准检测，避免误判。

Description

一种用于城市工程井的监测装置及监测系统

技术领域

本实用新型涉及户外井盖状态监测领域，具体涉及一种用于城市工程井的监测装置及监测系统。

背景技术

目前对降雨量的检测主要通过雨量计等科研仪器进行测量，而不同城市不同区域对降落雨水的吸收、吸纳能力不同，导致地表积水情况也不尽相同，因此简单的按片区对降雨量进行雨水监测和预警的方法难以实现城市内涝情况的精准监测及事前预警。因此需要对城市地表积水、工程井内积水进行按需监测，而目前对上述进行检测的方法大都通过机械的，人工观察等传统方法进行，而如何对工程井内积水进行远程智能化精准检测和实时监测、管理和预警尚处于初始研究阶段。现有的对井内积水/污水液面检测的方法通常采用单一方式进行，检测结果可靠性不高。

此外，在急性暴雨等引起的内涝天气，行人或财产等被急降雨引起的洪水冲进下水井，或因雨水导致不小心掉入缺少井盖的下水井的情况时有发生。因此，工程井井盖是否被搬离或被雨水冲走状态的检测(井盖状态的检测)至关重要，其关乎每个城市行人，车辆等的安全，且在城市化建设中，下水井遍地都是，然而目前对下水井井盖的状态(打开，关闭，半关闭)检测，通常采用单传感器检测方法，其受很多因素影响，难以对井盖状态进行实时精准检测，甚至造成井盖状态误判。

另外，井内的氧气浓度相比正常环境内氧气浓度更低，而井内的二氧化碳浓度相比正常环境内二氧化碳浓度更高，若井内的二氧化碳浓度过高往往会导致在井内作业的人员昏厥，甚至窒息死亡。加上井内往往为积水或污水，各种物质混杂发酵有可能产生二氧化碳，而下水井井内的二氧化碳又不易排出。城市下水井进内通常布设有电缆，各种管道和电线，有的还有通信电路设备，而这些在密闭环境中，极有可能因线路短路导致下水井及管道内温度升高，湿度变化，甚至起火导致烟雾产生。此外，下水井井内湿度过低，会对下水井井内及管道内电缆，电线，通信电子设备等造成寿命减小，甚至造成短路起火及电子电路板失灵。因而对城市下水井井内的温度、湿度、烟雾的检测和预警，在一定程度上可以避免下井内电缆，电线，管道设施，通信设备等的安全。因此，对下水井井内二氧化碳浓度、烟雾浓度、温度、及湿度进行监测具有重要意义。然而，现有的技术手段无法对井下积水、污水进行液位高度检测的同时，还可对下水井井内烟雾、温度、湿度、二氧化碳浓度进行检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于城市工程井的监测装置及监测系统。所述监测装置及监测系统不仅可对下水井井内二氧化碳浓度、温度、湿度、烟雾浓度和积水/污水液位高度、下水井井上井盖状态进行检测和安全预警，还可对下水道是否堵塞，经过井盖的车流量进行检测。其不仅可大幅减少下水井及管道内险情发生次数，还可达到数字化、智能化监测和管理功能，对新一代智慧城市，智慧水务，智慧家园的建设和实现具有重要的意义和价值。

为解决上述技术问题，发明所采用的技术方案是提供一种用于城市工程井的监测装置，所述监测装置包括MCU控制处理模块，以及与所述MCU控制处理模块信号连接的液位高度检测模块、液位辅助检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、以及电源管理及电池充放电模块；所述电源管理及电池充放电模块为所述MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块供电；所述液位高度检测模块的超声波探头正对井盖下方，用于检测井内液位高度；所述液位辅助检测模块一端通过插杆插入井内、另一端通过柔性可伸缩电缆与所述MCU控制处理模块电连接，用于检测井内液位高度；所述光照强度检测模块用于感应井内的光照强度；所述三轴加速度检测模块紧贴于井盖下侧的中央位置，用于检测井盖在X、Y、Z三个轴向方向上的加速度变化。

本实用新型提供的用于城市工程井的监测装置中，所述监测装置还包括与所述MCU控制处理模块信号连接的按键及状态指示模块和蓝牙模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述按键及状态指示模块和蓝牙模块供电；所述按键及状态指示模块包括可供操作的按键和LED灯。

本实用新型提供的用于城市工程井的监测装置中，所述监测装置还包括用于获取井内烟雾浓度的且与所述MCU控制处理模块信号连接的烟雾检测模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述烟雾检测模块供电。

本实用新型提供的用于城市工程井的监测装置中，所述监测装置还包括用于检测井内温度的且与所述MCU控制处理模块信号连接的温度检测模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述温度检测模块供电。

本实用新型提供的用于城市工程井的监测装置中，所述监测装置还包括用于检测井内湿度的且与所述MCU控制处理模块信号连接的湿度检测模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述湿度检测模块供电。

本实用新型提供的用于城市工程井的监测装置中，所述监测装置还包括用于检测下井内二氧化碳浓度的且与所述MCU控制处理模块信号连接的二氧化碳检测模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述二氧化碳检测模块供电。

本实用新型提供的用于城市工程井的监测装置中，所述电源管理及电池充放电模块包括电源管理模块、电池、升压模块、充电模块和充电接口；所述电源管理模块分别与所述电池、升压模块、充电模块电性连接，所述充电接口电性连接至所述充电模块，所述电池分别与所述充电模块和所述升压模块电性连接；所述所述电源管理模块还分别电性连接所述MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、按键及状态指示模块以及蓝牙模块。

本实用新型提供的用于城市工程井的监测装置中，所述电源管理模块控制 5组不同的供电输出电源；第一组供电输出电源为所述光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、液位辅助检测模块供电；第二组供电输出电源为所述烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块供电；第三组供电输出电源为数据远程传输模块供电；第四组供电输出电源为液位高度检测模块供电；第五组供电输出电源为按键及状态指示模块和蓝牙模块供电。

相应的，本实用新型还提供了一种用于城市工程井的监测系统，所述监测系统包括多个如上所述的监测装置和分别与多个所述监测装置远程通信连接的服务器；多个所述监测装置分别布设在多个需要监控的城市工程井内。

本实用新型提供的用于城市工程井的监测系统中，所述监测系统还包括用于与所述监测装置蓝牙通信连接的智能终端。

实施本实用新型至少可以达到以下有益效果：

1)可以实现远程对整个城市地下污水堆积情况进行后台预警和污水情况数字化、智能化管理；

2)同时对下水井井内环境中二氧化碳浓度、温度、湿度、烟雾浓度、下水井井上井盖状态进行检测和安全预警；

3)可根据城市内不同位置分布的下水井井下积水高度差分析判断下水道是否堵塞；

4)采用非接触式超声波液位传感器作为积水/污水液位检测传感器，其最大特点就是无接触直接动态测量，此外，还采用插入式液位传感器检测来辅助检测液位；根据液位高度检测模块及液位辅助检测模块检测到的液位高度变化情况，自适应调整每次液位采集及井盖状态检测的频次，节省监测装置的功耗；

5)根据所述光照强度检测模块检测的光照信息配合本装置自带的实时时钟监测井盖状态，同时还根据三轴加速度检测模块检测的加速度信息监测井盖状态；从而对下水井井盖状态进行双重检测，实现对井盖状态进行实时精准检测，避免单一传感器检测造成的误判；

6)根据三轴加速度检测模块对经过井盖的车流量进行检测，将每一个井盖上的车流情况上传至远端的服务器；远端服务器根据多个井盖上的车流情况进行车流量大数据分析和预测，并反馈给市政相关部门作为交通是否拥堵和信号灯是否需要调度，以作参考。

7)服务器还可将同一管道内的相邻两节点处的下水井井盖下的监测装置采集到的液位高度进行比较，当相邻节点处的下水井的液位相差较大时，所述服务器将发出管道堵塞警告，从而提醒后台服务人员及时派遣相关人员前去对应的两相邻节点位置的下水井进行勘察，达到及时排除险情目的。

附图说明

为了更清楚地说明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1为本实施例提供的用于城市工程井的监测系统的方框示意图；

图2为本实施例提供的用于城市工程井的监测装置的方框示意图；

图3为本实施例提供的用于城市工程井的监测装置中电源管理及电池充放电模块与其他模块的连接关系示意图。

具体实施方式

为防止急性暴雨导致城市下水井井盖开启造成生命财产损失，同时根据检测积水情况自动改变积水检测频次，实现对城市地下水井液位高度的自动化、智能化定时定点检测，从而实现对城市地表积水情况，下水井井盖状态，下水井井盖上车流量的精准监测、智能化管理及预警功能，同时兼顾电源低功耗管理、下水道堵塞检测等多种功能的城市智能检测装置及预警系统对新一代智慧城市，智慧水务，智慧家园的构建具有重要的意义和价值。为此我们发明了一种集积水/污水液位高度检测，下水井井内烟雾、温度、湿度、二氧化碳浓度检测，井盖状态，井盖上车流量检测，电源低功耗管理于一体的用于城市工程井的监测系统，该监测系统要实现的功能主要包括以下四个：1)井盖水位/ 液位高度监测，2)下水井井盖状态的实时检测，3)下水井井内二氧化碳、烟雾、温度、湿度浓度实时监测，4)井盖上车流量情况统计分析，5)下水道堵塞检测及预警，6)险情实时预警与智能化、数字化管理，7)低功耗电源管理及便携化、数字化、智能化维护。

为了便于理解发明，下面将参照相关附图对发明进行更全面的描述。附图中给出了发明的典型实施例。但是，发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制发明。

本实施例提供了一种用于城市工程井的监测系统。参见图1，图1为本实施例提供的用于城市工程井的监测系统的方框示意图。所述监测系统包括多个用于城市工程井的监测装置和分别与多个所述监测装置远程通信连接的服务器。多个所述监测装置分别布设在多个需要监控的下水井内。另外，所述监测系统还包括用于与所述监测装置蓝牙通信连接的智能终端，所述智能终端可以是手机或是PDA。

参见图2，图2为本实施例提供的用于城市工程井的监测装置的方框示意图。如图2所示，所述监测装置包括MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、电源管理及电池充放电模块、按键及状态指示模块、存储器模块以及蓝牙模块。

所述MCU控制处理模块采用STM32F103RC芯片，其分别与液位高度检测模块、液位辅助检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、按键及状态指示模块、电源管理及电池充放电模块、存储器模块以及蓝牙模块信号连接。具体的，所述MCU控制处理模块安装在主机壳内，所述主机壳安装在下水井井盖内侧的正下方位置，并紧贴于井盖内侧。

所述液位高度检测模块为无线超声波探头，用于检测下水井井内积水/污水的液位。具体的，所述液位高度检测模块可采用非接触式超声波液位传感器 WUB500或WUB1000。所述液位高度检测模块的超声波探头正对井盖下方的积水/污水，所述液位高度检测模块用来检测下水井井内积水/污水水面到井盖的距离，即积水/污水的液位高度信息。

所述液位辅助检测模块可采用插入式液位传感器，用于检测下水井井内积水/污水的液位。所述液位辅助检测模块沿下水井井壁并通过插杆插入下水井井内，同时，所述液位辅助检测模块通过柔性可伸缩电缆与所述MCU控制处理模块电连接。

所述烟雾检测模块用于获取下水井井内烟雾浓度信息，以便于与所述烟雾检测模块电性连接的MCU控制处理模块分析判断下水井井内是否有发生火灾的风险。所述烟雾检测模块可选用市面上常规的烟雾传感器。所述温度检测模块用来检测下水井井内温度，所述温度检测模块可选用市面上常规的温度传感器。所述湿度检测模块用于检测下水井井内湿度，所述湿度检测模块可选用市面上常规的湿度传感器。所述二氧化碳检测模块用于检测下水井井内二氧化碳浓度，所述二氧化碳检测模块可选用市面上常规的二氧化碳传感器。

所述光照强度检测模块采用5mm光敏电阻5516组成的分立元件搭建而成。要知道，光照强度的变化会引起光敏电阻的阻值变化，进而光敏电阻两端电压变化。如此一来，与所述光照强度检测模块电性连接的MCU控制处理模块可以根据所述光敏电阻两端的电压来分析出所述光敏电阻所受的光照强度。那么，将所述光照强度检测模块放置于下水井井内，即可用来获取下水井井内的光照强度信息。

所述三轴加速度检测模块采用三轴加速度传感器，将其紧贴于井盖下侧的中央位置，即可检测井盖在X、Y、Z三个轴向方向上的加速度变化信息，与所述三轴加速度检测模块电性连接的MCU控制处理模块可以根据所述加速度变化信息分析得出下水井井盖的状态是否有异常。具体的，所述三轴加速度检测模块可采用型号为ADXL345或MPU6050的三轴加速度传感器。

所述数据远程传输模块可采用NB-IOT模块，通过所述NB-IOT模块，所述监测装置可与远端的服务器之间进行双向数据传输。具体的，所述数据远程传输模块可采用型号为BC35-95的NB-IOT模块。

所述电源管理及电池充放电模块用于为所述MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、按键及状态指示模块、存储器模块以及蓝牙模块提供所需的电压。参见图3，图3为本实施例提供的用于城市工程井的监测装置中电源管理及电池充放电模块与其他模块的连接关系示意图。如图3所示，所述电源管理及电池充放电模块包括电源管理模块、电池、升压模块、充电模块和充电接口。所述电源管理模块分别与所述电池、升压模块、充电模块电性连接，所述充电接口电性连接至所述充电模块，所述电池分别与所述充电模块和所述升压模块电性连接。同时，所述所述电源管理模块还分别电性连接所述MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、按键及状态指示模块以及蓝牙模块。具体的，所述电池采用4.2V锂离子电池，所述充电接口可采用通用Type-C接口(5-12V)。

所述按键及状态指示模块包括可供操作的按键和LED灯。

所述存储器模块采用一个32M容量W25Q256flash存储芯片。

本实施例中，所述MCU控制处理模块用于对检测到的下水井井内环境信息和井盖状态信息进行综合分析判断。即所述MCU控制处理模块用于根据所述光照强度检测模块检测到的井下光照强度信息、所述三轴加速度检测模块检测到的井盖三轴(X、Y、Z三个轴)加速度变化信息、以及实时时钟的当前时刻信息来综合分析下水井井盖的状态。所述的井盖的状态分为打开、关闭、半打开三种，其中打开、半打开归为异常状态。其分析判断的原理是：1)当井盖由闭合密封状态变化为开启状态时井内的光照强度会发生变化，而通过由光敏电阻组成的光照强度检测模块进行ADC采集，获得井盖开启或关闭或半关闭时的动态实时数据，然后结合时钟(晚上、白天)、井盖开启前后光敏电阻的突变来实现井盖状态的检测；2)紧贴于井盖下侧中央位置的三轴加速度检测模块包括三轴加速度传感器，MCU控制处理模块通过对三轴加速度传感器检测到的原始加速度信息进行处理，也可获得井盖开启/关闭/半关闭的状态信息；3)MCU控制处理模块通过将根据所述光照强度检测模块检测的光照信息配合本装置自带的实时时钟分析出的井盖状态和根据三轴加速度检测模块检测的加速度信息分析出的井盖状态进行相互比对验证，实现对下水井井盖的状态的智能精准检测。

本实施例中，所述MCU控制处理模块用于根据液位高度检测模块及液位辅助检测模块检测到的液位高度变化情况，自适应调整每次液位采集及井盖状态检测的频次。具体来说，当所述液位高度检测模块检测到液位达到预设的阈值时，所述MCU控制处理模块控制所述液位辅助检测模块启动以对井内的液位高度进行检测，并根据所述液位辅助检测模块检测到的液位高度来调整液位高度检测模块等其他环境参数检测模块(烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块)的检测频次，液位越高，检测频次越快，如此通过液位高度检测模块和液位辅助检测模块共同对下水井内的液位情况进行精准的自适应检测。举例而言，当所述液位高度检测模块检测到下水井井内积水/污水的液位尚未达到第一预设阈值m时，所述液位高度检测模块按固定频次(一般为每半个小时检测1次)对井内积水/污水的液位高度进行检测；当所述液位高度检测模块检测到下水井井内积水/污水的液位超过第一预设阈值m时，则所述MCU控制处理模块控制提高所述液位高度检测模块的液位检测频次，并控制所述液位辅助检测模块进行辅助检测液位高度，当所述液位辅助检测模块检测到井内积水/污水的液位高度超过第二预设阈值m+m₀时，所述监测装置自动后台预警，所述MCU控制处理模块根据所述液位辅助检测模块检测到的积水/污水液位高度，自主调节所述液位高度检测模块及其他外围环境参数检测模块(烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块)的检测频次。应当理解的，井内液位高度越高，各模块的检测频次越快，险情预警级别也越高。

本实施例中，所述烟雾检测模块，温度检测模块，湿度检测模块，二氧化碳检测模块用来定时检测下水井井内环境情况，确保下水井井内环境状态是安全的。要知道，下水井井内的氧气浓度相比正常环境内氧气浓度更低，而下水井井内的二氧化碳浓度相比正常环境内二氧化碳浓度更高，若下水井井内的二氧化碳浓度过高往往会导致在井内作业的人员昏厥，甚至窒息死亡。加上下水井内往往为积水或污水，各种物质混杂发酵有可能产生二氧化碳，而下水井井内的二氧化碳又不易排出，因此，下水井井内二氧化碳浓度进行监测具有重要意义。另外，城市下水井进内通常布设有电缆，各种管道和电线，有的还有通信电路设备，而这些在密闭环境中，极有可能因线路短路导致下水井及管道内温度升高，湿度变化，甚至起火导致烟雾产生。此外，下水井井内湿度过低，会对下水井井内及管道内电缆，电线，通信电子设备等造成寿命减小，甚至造成短路起火及电子电路板失灵。因而对城市下水井井内的温度、湿度、烟雾的检测和预警，在一定程度上可以避免下井内电缆，电线，管道设施，通信设备等的安全。通过远程实时检测井内环境变化情况，当井内环境有可能或正在产生安全风险时(温度过高，湿度过低，烟雾产生)，通过所述烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块可以及时发现，并通过NB-IOT模块给远端的服务器发送预警信息，及时提醒后台相关人员采取安全防范措施，尽快排出险情。

本实施例中，当所述电源管理及电池充放电模块通过所述充电接口与外部电源连接为所述电池进行充电时，所述电源管理模块会将自所述充电接口接入的电压变为所述MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、按键及状态指示模块、存储器模块以及蓝牙模块提供所需的电压。而在未充电时，所述电源管理模块会将所述电池的电压变为变为所述MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、按键及状态指示模块、存储器模块以及蓝牙模块提供所需的电压。其控制方式是通过MCU控制处理模块控制三极管的导通与否来实现相应模块的电源的接通与关闭。具体的，本实施例中，所述液位高度检测模块采用的是12V非接触式超声波液位传感器WUB500或WUB1000，所述液位高度检测模块需10V-24V电源供电电压。另外，其他的模块所需的工作电压为3.3V。而本实施例中的所述电池采用4.2V锂离子电池进行供电，因而需要将4.2V电压进行升压，实现高电压输出目的，同时需要给将4.2V电池电压转换成3.3V电源，直接将输出的3.3V电源与所述MCU控制处理模块控制的供电引脚电连接，同时通过电源管理模块来控制5组不同的供电输出电源，第一组供电输出电源为所述光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、液位辅助检测模块供电，第二组供电输出电源为所述烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块供电，第三组供电输出电源为数据远程传输模块供电，第四组供电输出电源为液位高度检测模块供电，第五组供电输出电源为按键及状态指示模块和蓝牙模块供电。上述的五组供电输出电源均通过MCU控制处理模块控制电源管理模块开启不同的CMOS三极管或场效应三极管，从而实现不同电压电源供电，从而实现电源低功耗管理和控制功能。

本实施例中，当所述按键及状态指示模块的按键被按下后，所述MCU控制处理模块控制所述监测装置进入调试维护状态，随后所述MCU控制处理模块将控制所述电源管理模块开启所述按键及状态指示模块的供电输出电源(即上述的第五组供电输出电源)，红绿蓝三色LED灯通电发光，如此，通过LED 灯指示当前所述监测装置的工作状态(即处于调试维护状态)。

本实施例中，当所述MCU控制处理模块检测到所述NB-IOT模块通信异常或NB-IOT模块没有进行数据通信时，则将检测到的液位高度信息、井内环境参数(温度、湿度、二氧化碳浓度、烟雾浓度)、井盖姿态信息、井盖上车流量信息、电池电量信息、装置状态信息等进行加密处理并保存在所述存储器模块中。当所述述MCU控制处理模块检测到所述NB-IOT模块通信正常通信后，则将上述信息经所述NB-IOT模块上传到与所述监测装置通信连接的远端的后台服务器中。所述服务器通过对上述信息进行综合判断和处理后，可再通过NB-IOT模块给MCU控制处理模块下达相应的控制命令。

本实施例中，所述蓝牙模块在所述监测装置进入调试维护状态时被用来实现所述监测装置与手机端/PDA端的数据连接。具体来说，当所述按键及状态指示模块的按键被按下后，所述MCU控制处理模块控制所述监测装置进入调试维护状态，随后所述MCU控制处理模块将控制所述电源管理模块开启所述蓝牙模块的供电输出电源(即上述的第五组供电输出电源)，同时红绿蓝三色 LED灯点亮以指示当前所述监测装置正通过所述蓝牙模块与手机/PDA端实现蓝牙连接状态，此时，所述MCU控制处理模块将会把当前采集到的液位高度信息、井内环境参数信息(温度信息、湿度信息、二氧化碳浓度信息、烟雾浓度信息)、NB-IOT模块状态信息、电池电量信息、井盖状态信息、以及车流情况信息等通过蓝牙传输的方式发送给手机/PDA端。在手机/PDA端上可通过相应的APP来实现上述参数信息的显示和存储，并通过相应的APP来分析调试当前装置的工作状态是否正常。

本实施例中，当所述MCU控制处理模块分析或判断出下水井井内积水/ 污水液位水位超标时(即超过预设的阈值)，或下水井井盖状态异常时(即井盖处于开启或半关闭状态)，或者井内环境异常时(温度过高，湿度过低，烟雾产生，二氧化碳浓度过高)，或电池电量不够时，所述MCU控制处理模块将会通过所述NB-IOT模块将对应的井盖编号、井盖位置及水位超标、井盖状态异常、井内环境异常等信息发送给固定IP地址的远端的服务器进行处理。远端的服务器接收到水位超标、或井盖状态异常、或井内环境异常信息后会通过语音播报、视觉闪烁等方式提醒后台监测人员及时外派工作人员去现场维护，外派工作人员可根据井盖编号即井盖位置第一时间去到对应的下水井处排出险情，当井盖正常放置或水位超标信号消除后，所述MCU控制处理模块会自动给远端的服务器发送工作正常信号，及时提醒远端的服务器取消外派工作人员去现场维护，以减小人员维护成本。

本实施例中，所述MCU控制处理模块用于根据所述三轴加速度检测模块检测到的井盖三轴(X、Y、Z三个轴)加速度变化信息分析井盖的振动情况。应当理解的是，当有车辆从井盖上驶过时，井盖会产生具有一定规律的振动。因此，所述MCU控制处理模块可分析检测到的井盖三轴加速度变化信息是否与车辆从井盖上驶过时井盖的振动规律相符合来判断井盖上是否有车辆驶过。进而，所述MCU控制处理模块可根据所述三轴加速度检测模块检测到的车辆经过时的特征信号来判断和统计车流情况。所述MCU控制处理模块还会通过所述NB-IOT模块将车流情况上传至远端的服务器，以便于远端服务器根据多个井盖上的车流情况进行车流量大数据分析和预测，并反馈给市政相关部门作为交通是否拥堵和信号灯是否需要调度，以作参考。

值得一提的是，所述MCU控制处理模块会根据当前状态信息自动开启或关闭外围电路电源，具体的，绝大部分时间，所述监测装置处于低功耗待机模式，此时，所述MCU控制处理模块将会控制电源管理及电池充放电模块关闭 NB-IOT模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、存储器模块、光照强度检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、按键及状态指示模块的电源。只有当MCU控制处理模块内的定时器到达下一个检测时刻点时，MCU控制处理模块才进入正常数据采集及数据远程传输模式，此时，MCU控制处理模块将控制电源管理及电池充放电模块开启烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、存储器模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块的电源。当液位高度检测，井内环境参数检测，井盖状态检测，电池电量检测全部完成，且NB-IOT模块电源电压开启后，NB-IOT模块会将上述检测参数上传至远端的服务器的数据库中存储。当上述工作全部完成后，所述监测装置将会再次进入低功耗待机模式。若MCU控制处理模块检测到三轴加速度检测模块的三轴加速度信息有变化，则触发MCU控制处理模块进入正常数据采集及数据远程传输模式，随后再重复上述数据检测及数据传输。

综合以上说明，将本实施例提供的监测系统的工作过程介绍如下。

首先MCU控制处理模块上电复位后处于正常工作模式(即正常数据采集及数据远程传输模式)，随后通过MCU控制处理模块控制电源管理及电池充放电模块控制液位高度检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块的电源处于电源电压开启状态，液位高度检测模块上电后将检测到的液位高度信息发送给 MCU控制处理模块进行处理，烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块上电后将检测到的井内环境参数信息发送给MCU控制处理模块，光照强度检测模块以及三轴加速度检测模块检测到的原始数据均被送给 MCU控制处理模块进行综合分析判断井盖状态判断，MCU控制处理模块根据井盖状态信息、液位高度信息、井内环境参数信息等判断是否有险情情况发生。随后再通过MCU控制处理模块控制NB-IOT模块的电源开启，若NB-IOT模块通信开启正常，MCU控制处理模块则将上述信息及是否出现险情的信息经 NB-IOT模块发送给远端的服务器的数据库中存储。若NB-IOT模块通信异常，则将上述信息临时放在存储器模块中存储。随后所述监测装置自动进入低功耗待机模式，当实时时钟计时到下一次数据采集时刻时，所述监测装置再次进入到正常工作模式，随后再进行上述操作。当检测到积水/污水液位到达一定阈值后，所述监测装置会根据液位辅助检测模块所检测到的液位高度自适应的改变检测频次及数据传输频次，从而通过加快检测频次来提高险情预警级别。当液位越来越高，高到一定值后，检测频次会越来越快，数据传输的次数也会越多，险情预警信息也会越来越频繁，从而提醒后台管理人员尽快派相关人员前去处理险情，达到及时排除险情、最大程度避免生命财产损失的目的。远端的服务器可根据全市不同位置下水井井盖下的监测装置采集到的不同位置下水井井内积水情况、井盖状态情况，再结合时间在服务器后台生成整个城市精准的地下积水分布图，还可以将各处的井盖状态、各处的监测装置的电池电量情况进行统计，从而更好的做好防洪保障准备，维护保养工作，尽可能避免生命财产损失。

此外，当同一管道内的相邻两下水井内积水高度存在明显差别时，极有可能是两相邻下水井发生阻塞。因此，服务器还可将同一管道内的相邻两节点处的下水井井盖下的监测装置采集到的液位高度进行比较，当相邻节点处的下水井的液位相差较大时，所述服务器将发出管道堵塞警告，从而提醒后台服务人员及时派遣相关人员前去对应的两相邻节点位置的下水井进行勘察，达到及时排除险情目的。

综上所述，实施本实用新型提供的用于城市工程井的监测系统，至少可以达到以下有益效果：

1)可以实现远程对整个城市地下污水堆积情况进行后台预警和污水情况数字化、智能化管理；

2)监测装置对下水井井内环境中二氧化碳浓度、温度、湿度、烟雾浓度检测、下水井井上井盖状态进行检测和安全预警，对经过井盖的车流量进行检测以实现指引分流作用；不仅可大幅减少下水井及管道内险情发生次数，还可达到数字化、智能化监测和管理功能，对新一代智慧城市，智慧水务，智慧家园的建设和实现具有重要的意义和价值；

3)采用非接触式超声波液位传感器作为积水/污水液位检测传感器，其最大特点就是无接触直接动态测量，此外，还采用插入式液位传感器检测来辅助检测液位；根据液位高度检测模块及液位辅助检测模块检测到的液位高度变化情况，自适应调整每次液位采集及井盖状态检测的频次，节省监测装置的功耗；

4)根据所述光照强度检测模块检测的光照信息配合本装置自带的实时时钟监测井盖状态，同时还根据三轴加速度检测模块检测的加速度信息监测井盖状态；从而对下水井井盖状态进行双重检测，实现对井盖状态进行实时精准检测，避免单一传感器检测造成的误判；

5)电源低功耗管理：正常工作模式下，每半个小时自动采集一次积水/ 污水液位以及井盖状态信息，采集到信息后才开启外围设备发送相关数据给后台服务器，发生成功且没有险情后，监测装置自动进入低功耗待机模式，此时外围设备电源随即被切断；直到当MCU控制处理模块内部定时器计时到下一次采集时刻时，再开启外围设备电源电压；概言之，通过MCU控制处理模块控制电源管理及电池充放电模块实现对外围设备电源的通断，实现低功耗智能化管理，并在后台服务器端显示电池电量及工作状态，实现监测系统的电源智能化更换管理，以及电能数字化低功耗管理；

6)调试维护：当所述按键按下后可使所述监测装置进入调试维护状态，随后MCU控制处理模块将控制电源管理模块及电池充放电模块开启蓝牙模块电源，同时红绿蓝三色LED灯会指示当前监测装置与手机/PDA的蓝牙连接状态，所述MCU控制处理模块将会把当前采集到的液位高度信息、井内环境参数信息(温度信息、湿度信息、二氧化碳浓度信息、烟雾浓度信息)、NB-IOT 模块状态信息、电池电量信息、井盖状态信息、以及车流情况信息等通过蓝牙传输的方式发送给手机/PDA端；在手机/PDA端上可通过相应的APP来实现上述参数信息的显示和存储，并通过相应的APP来分析调试当前装置的工作状态是否正常。

7)当井盖正常放置或水位超标信号消除后，所述MCU控制处理模块会自动给远端的服务器发送工作正常信号，及时提醒远端的服务器取消外派工作人员去现场维护，以减小人员维护成本。

8)车流量检测：所述MCU控制处理模块还会通过所述NB-IOT模块将车流情况上传至远端的服务器；远端服务器根据多个井盖上的车流情况进行车流量大数据分析和预测，并反馈给市政相关部门作为交通是否拥堵和信号灯是否需要调度，以作参考。

9)管道堵塞情况监测：服务器还可将同一管道内的相邻两节点处的下水井井盖下的监测装置采集到的液位高度进行比较，当相邻节点处的下水井的液位相差较大时，所述服务器将发出管道堵塞警告，从而提醒后台服务人员及时派遣相关人员前去对应的两相邻节点位置的下水井进行勘察，达到及时排除险情目的。

需要说明的是，本实用新型提供的监测装置和监测系统不仅可用于下水井井盖状态，下水井井内积水，井内环境温度、湿度、烟雾、二氧化碳浓度进行监测和预警，还可用于城市污水水井内污水堆积情况的监测和预警。当本实用新型提供的监测装置放置在污水井井盖内侧下方时，同样也可以实现对污水水井堆积情况的监测，超过一定阈值时，也可以对通过远程对整个城市地下污水堆积情况进行后台预警和污水情况数字化，智能化管理。

上面结合附图对发明的实施例进行了描述，但是发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种用于城市工程井的监测装置，其特征在于，所述监测装置包括MCU控制处理模块，以及与所述MCU控制处理模块信号连接的液位高度检测模块、液位辅助检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、以及电源管理及电池充放电模块；所述电源管理及电池充放电模块为所述MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块供电；所述液位高度检测模块的超声波探头正对井盖下方，用于检测井内液位高度；所述液位辅助检测模块一端通过插杆插入井内、另一端通过柔性可伸缩电缆与所述MCU控制处理模块电连接，用于检测井内液位高度；所述光照强度检测模块用于感应井内的光照强度；所述三轴加速度检测模块紧贴于井盖下侧的中央位置，用于检测井盖在X、Y、Z三个轴向方向上的加速度变化。

2.根据权利要求1所述的用于城市工程井的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与所述MCU控制处理模块信号连接的按键及状态指示模块和蓝牙模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述按键及状态指示模块和蓝牙模块供电；所述按键及状态指示模块包括可供操作的按键和LED灯。

3.根据权利要求2所述的用于城市工程井的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括用于获取井内烟雾浓度的且与所述MCU控制处理模块信号连接的烟雾检测模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述烟雾检测模块供电。

4.根据权利要求3所述的用于城市工程井的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括用于检测井内温度的且与所述MCU控制处理模块信号连接的温度检测模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述温度检测模块供电。

5.根据权利要求4所述的用于城市工程井的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括用于检测井内湿度的且与所述MCU控制处理模块信号连接的湿度检测模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述湿度检测模块供电。

6.根据权利要求5所述的用于城市工程井的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括用于检测下井内二氧化碳浓度的且与所述MCU控制处理模块信号连接的二氧化碳检测模块，所述电源管理及电池充放电模块为所述二氧化碳检测模块供电。

7.根据权利要求6所述的用于城市工程井的监测装置，其特征在于，所述电源管理及电池充放电模块包括电源管理模块、电池、升压模块、充电模块和充电接口；所述电源管理模块分别与所述电池、升压模块、充电模块电性连接，所述充电接口电性连接至所述充电模块，所述电池分别与所述充电模块和所述升压模块电性连接；所述电源管理模块还分别电性连接所述MCU控制处理模块、液位高度检测模块、液位辅助检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块、光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、数据远程传输模块、按键及状态指示模块以及蓝牙模块。

8.根据权利要求7所述的用于城市工程井的监测装置，其特征在于，所述电源管理模块控制5组不同的供电输出电源；第一组供电输出电源为所述光照强度检测模块、三轴加速度检测模块、液位辅助检测模块供电；第二组供电输出电源为所述烟雾检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、二氧化碳检测模块供电；第三组供电输出电源为数据远程传输模块供电；第四组供电输出电源为液位高度检测模块供电；第五组供电输出电源为按键及状态指示模块和蓝牙模块供电。

9.一种用于城市工程井的监测系统，其特征在于，所述监测系统包括多个如权利要求1-8中任意一项所述的监测装置和分别与多个所述监测装置远程通信连接的服务器；多个所述监测装置分别布设在多个需要监控的城市工程井内。

10.根据权利要求9所述的用于城市工程井的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括用于与所述监测装置蓝牙通信连接的智能终端。

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