CN216565609U - 一种基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统，包括管理服务器、Lorawan服务器、Lorawan网关及至少一个智能井盖节点，井盖设置的监测传感器组、Lorawan传输装置和光ID井盖锁，监测传感器组可实时检测水位高度信息、井盖倾斜角度信息、井盖震动频率信息、水位溢漫信息和井盖实时位置信息，赋予了井盖更多的功能。光ID井盖锁可控制井盖的开关状态，防止了井盖被盗。通过Lorawan无线通讯传输低功耗、距离远、大量连接的特性可实时传送井盖的信息数据，提高了数据传输的稳定性和安全性；本系统为城市排水信息的管理提供了统一协调的技术保障，全面提高城市排水基础设施的管理水平，也为城市内涝问题提出一种可能的解决方案。

Description

一种基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统

技术领域

本实用新型涉及城市基础设施管理领域，尤其涉及一种基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统。

背景技术

全国特大城市各类井盖总数量均在100万以上，大型城市在80万以上，中型城市在50万以上。据统计，城市井盖年被盗数量占总量的1％,不仅造成了巨大的经济损失，而且由于井盖缺失形成的“城市陷阱'更是威胁着行人和车辆的安全。在雨季几场特大降雨，很多城市就会出现内涝灾害凹。在一些早期发展的大城市，地下管网建设基本上没有什么标准，排水能力也是相差很大，难以形成一个高效率的排水系统。随着物联网的发展,智能井盖监控系统的出现解决了这些问题。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提出一种基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统，赋予了井盖更多的功能，防止了井盖被盗，当设备被水漫溢以后，能够及时发送漫溢预警，当水位下降以后，能够及时发送漫溢解除信号。通过Lorawan无线通讯传输提高了数据传输的稳定性和安全性，当遇到信号差或者恶劣环境下，不能正常发送数据，还可以把数据存储在本地，避免数据的丢失。将多个井盖节点的数据信息统一传输至管理服务器进行处理，真正做到智能化。

为实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案包括：

一种基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统，其特征在于，包括管理服务器、Lorawan服务器、Lorawan网关及至少一个智能井盖节点；

所述智能井盖节点包括至少一个井盖、对应井盖设置的监测传感器组、Lorawan传输装置和光ID井盖锁，所述监测传感器组实时监测获取对应井盖的监测信息数据，所述监测信息数据通过Lorawan传输装置发送至Lorawan网关，所述光ID井盖锁包括光ID身份卡和阅读器，所述光ID身份卡存储身份验证数据信息，所述阅读器读取ID身份卡的信息数据，控制井盖的开关状态以及为光ID身份卡供电；

所述Lorawan网关接收所有智能井盖节点发送的监测信息数据，并将所有智能井盖节点的监测信息数据传输至Lorawan服务器；

所述Lorawan服务器将所有智能井盖节点的监测信息数据整合为管理信息数据并传输至管理服务器；

所述管理服务器接收管理信息数据，并通过管理信息数据识别反馈智能井盖节点的工作状态。

进一步地，所述监测传感器组包括水位监测终端、井盖倾斜监测终端、井盖震动监测终端、溢漫监测终端和定位终端。

进一步地，所述水位监测终端包括投入式水位传感器，所述井盖倾斜监测终端包括倾角传感器，所述井盖震动监测终端包括震动传感器，所述溢漫监测终端包括漏水探测电极，所述定位终端为固定设置在井盖上的GPS定位装置。

进一步地，所述Lorawan传输装置包括Lorawan无线收发器芯片，所述Lorawan无线收发器芯片将监测信息数据发送至Lorawan网关并接收Lorawan网关反馈的消息确认字符。

进一步地，所述Lorawan网关与所述Lorawan服务器之间有线或无线的通讯连接。

进一步地，所述Lorawan网关独立设置或与所述管理服务器集成设置；所述Lorawan服务器独立设置或与所述管理服务器集成设置，且当所述Lorawan网关与所述管理服务器集成设置时，Lorawan服务器也与所述管理服务器集成设置。

进一步地，所述管理信息数据包括对应智能井盖节点内井盖的标识序号、监测信息数据和监测信息数据生成的时间节点；

所述监测信息数据包括水位高度信息、井盖倾斜角度信息、井盖震动频率信息、水位溢漫信息和井盖实时位置信息。

进一步地，所述管理服务器还包括存储装置，所述存储装置用于存储管理信息数据和对应的智能井盖节点的工作状态。

进一步地，所述阅读器包括控制单元、光发送器和光接收器。

进一步地，所述智能井盖节点还包括报警装置，所述报警装置根据监测信息数据和/或管理服务器反馈的智能井盖节点的工作状态发出声光报警。

本实用新型的有益效果为：

采用本实用新型所述的一种基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统，包括管理服务器、Lorawan服务器、Lorawan网关及至少一个智能井盖节点，井盖设置的监测传感器组、Lorawan传输装置和光ID井盖锁，监测传感器组可实时检测水位高度信息、井盖倾斜角度信息、井盖震动频率信息、水位溢漫信息和井盖实时位置信息，赋予了井盖更多的功能。当设备被水漫溢以后，能够及时发送漫溢预警，当水位下降以后，能够及时发送漫溢解除信号。光ID井盖锁可控制井盖的开关状态，防止了井盖被盗。通过Lorawan无线通讯传输低功耗、距离远、大量连接的特性可实时传送井盖的信息数据，提高了数据传输的稳定性和安全性；当遇到信号差或者恶劣环境下，不能正常发送数据，还可以把数据存储在本地，避免数据的丢失。本系统将多个井盖节点的数据信息统一传输至管理服务器进行处理，为城市排水信息的管理提供了统一协调的技术保障，全面提高城市排水基础设施的管理水平，也为城市内涝问题提出一种可能的解决方案。

附图说明

图1为本实用新型基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统示意图。

图2为本实用新型光ID井盖锁的优选实施例示意图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本实用新型的内容，将结合附图和实施例详细说明。

如图1所示为本实用新型基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统的优选实施例示意图，包括管理服务器、Lorawan服务器、Lorawan网关及至少一个智能井盖节点。

智能井盖节点包括至少一个井盖、对应井盖设置的监测传感器组、Lorawan传输装置和光ID井盖锁。

监测传感器组包括水位监测终端、井盖倾斜监测终端、井盖震动监测终端、溢漫监测终端和定位终端。

水位监测终端包括投入式水位传感器，监测信息数据为水位高度信息，通过测量压力的方式来测量水位。4-20mA模拟信号输出作为控制器和传感器之间的接口协议。

井盖倾斜监测终端包括倾角传感器，监测信息数据为井盖倾斜角度信息。

井盖震动监测终端包括震动传感器，监测信息数据为井盖震动频率信息。

管理服务器预先设置阈值,当井盖倾斜、振动超过此阈值时就会产生报警。

溢漫监测终端包括漏水探测电极，监测信息数据为水位溢漫信息。漏水探测电极具有反应灵敏、小巧便捷、操作简单等特点，两根探针只是用来检测水的阻值，因为水都有电导率而非纯导体，所以两根探针之间的电阻不是零，而是有一-定数值的电阻，根据水的纯净程度，数值一般从几百K到几十兆欧姆之间，只有在两个探针接触到水才会发出警报，也就是根据这一原理，当设备开始被水漫溢的时候，两根探针接触到水，从而发出警报，实现漫溢预警的功能。

定位终端为固定设置在井盖上的GPS定位装置，监测信息数据为井盖实时位置信息。实时检测井盖地理位置坐标，如果移动范围超过限定值，及时发送报警信息给服务器端，以便监控人员及时作出反应。预防井盖被盗风险。

上述水位高度信息、井盖倾斜角度信息、井盖震动频率信息、水位溢漫信息和井盖实时位置信息数据通过Lorawan传输装置发送至Lorawan网关。Lorawan传输装置包括Lorawan无线收发器芯片，Lorawan无线收发器芯片将监测信息数据发送至Lorawan网关并接收Lorawan网关反馈的消息确认字符。Lorawan网关与所述Lorawan服务器之间有线或无线的通讯连接。

如图2所示为本实用新型光ID井盖锁的示意图，光ID井盖锁可锁定维修人员。无权限人员无法打开，防止奖盖被盗、被破坏。光ID井盖锁包括光ID身份卡和阅读器，光-ID身份卡由光感应电池、光耦合元件以及微电子芯片组成。光ID身份卡用于存储身份验证数据信息。

阅读器包括控制单元、光发送器和光接收器。阅读器读取ID身份卡的信息数据，控制井盖的开关状态以及为光ID身份卡供电。

身份验证数据存储在光-ID身份卡中。光-ID身份卡几乎都是无源工作的。这意味着：光-ID身份卡中的微型芯片工作所需要的全部能量由车锁阅读器供应。阅读器通过红外线LED产生红外光，光-ID身份卡中的光电池接收红外光并被充电，当光电池的电压达到一定的值时，启动光-ID中的微芯片进行工作，以此进行数据的交换。在阅读器的响应范围之外，光-ID处于无源状态。只是在阅读器的响应范围之内，光-ID才是有源的。

监测传感器组没有外部电源提供，需要装置自己带电池供电，低功耗长寿命要求电池的自放电率极低，充电维护不方便，选取锂亚电池作为供电电池，单节电池容量大，一节容量可以达到19AH。锂电池并联HPC电容，外加PTC电阻(热敏电阻)保护。锂亚电池自放电率极低，10年自放电仅为5％，输出电压稳定。

管理服务器还包括存储装置，所述存储装置用于存储管理信息数据和对应的智能井盖节点的工作状态。通过获取通信模块信号强度来判定是否采取本地存储，STM32L151系列MCU片内有512KB Flash,除去代码占用的空间，分配数据存储0x8060000～0x807FFFF用于本地数据存储，具备环境适应性，在恶劣气候下可进行本地存储。

本例实施的智能井盖防护系统，是基于Lorawan无线传输的组网方案，可以构建一种标准化、可伸缩、高度安全的智能安全监控系统。Lora网络设计了终端节点接入认证，数据加密等安全机制。Lorawan的协议和数据云平台端的接口是统一的。对于应用开发商来讲不用定制化开发所有传感器，缩短研发周期、降低研发成本，能够快速交付。通过多信道接入、频率切换、自适应速率Lora网络相对于基于Lora物理层的点对点或者点对多点应用数据容量更大，能接入终端节点更多，可扩展性强。有利于应用开发商开发较大规模应用和持续升级性应用。这些机制在安全性上相对于应用开发商的临时协议会高很多，为应用的持续安全提供保障。Lora的优势，就是远距离传输、成本低、易于建设和部署以及电池使用寿命延长。

Lorawan整体网络结构分为节点、网关、网络服务、管理服务几个功能。智能井盖节点可以同时发给多个基站，智能井盖节点和网关之间可以同过Lorawan无线技术进行数据传输，而网关和核心网或广域网之间的交互可以通过TCP/IP协议，可以是有线连接的以太网，亦可以为无线连接。为了保证数据的安全性、可靠性，Lorawan采用了长度为128比特的对称加密算法AES进行完整性保护和数据加密。

如图1为本实用新型基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统示意图，包括Lorawan服务器、至少一个Lorawan网关、若干智能井盖节点、管理服务器，其中Lorawan网关用来与Lorawan服务器进行通讯，每个智能井盖节点用来接入各项传感器信息。每个智能井盖节点将采集的数据通过Lorawan协议栈打包后发送给Lorawan网关，Lorawan网关将接收的数据发送给Lorawan服务器，管理服务器用来预先设置报警规则及平台各项功能实现，并根据预先设置的报警规则对报警状态进行响应。存储服务器用来接收Lorawan服务器发送的数据并对数据进行存储、清洗、分析。

作为一种优选的实施方式，每个智能井盖节点内部具有Lorawan无线收发器芯片，每个智能井盖节点通过Lorawan无线收发器芯片将数据发送给Lorawan网关。

Lorawan网关接收所有智能井盖节点发送的监测信息数据，并将所有智能井盖节点的监测信息数据传输至Lorawan服务器。Lorawan服务器将所有智能井盖节点的监测信息数据整合为管理信息数据并传输至管理服务器。管理服务器接收管理信息数据，并通过管理信息数据识别反馈智能井盖节点的工作状态。管理信息数据包括对应智能井盖节点内井盖的标识序号、监测信息数据和监测信息数据生成的时间节点。

Lorawan网络设计了终端节点接入认证，数据加密等安全机制。这些机制在安全性上相对于应用开发商的临时协议会高很多，为应用的持续安全提供保障。Lorawan传输装置包括Lorawan无线收发器芯片，所述Lorawan无线收发器芯片将监测信息数据发送至Lorawan网关并接收Lorawan网关反馈的消息确认字符。

作为一种优选的实施方式，Lorawan网关接收数据后给对应的智能井盖节点5发送ACK数据来验证Lorawan网关是否正常接收数据，若智能井盖节点没有接收到Lorawan网关的确认ACK，智能井盖节点则继续发送状态数据。

Lorawan网关独立设置或与所述管理服务器集成设置；所述Lorawan服务器独立设置或与所述管理服务器集成设置，且当所述Lorawan网关与所述管理服务器集成设置时，Lorawan服务器也与所述管理服务器集成设置。

作为一种优选的实施方式，Lorawan服务器和Lorawan网关均设置在管理服务器内，Lorawan服务器3与Lorawan网关4通过有线进行通讯。

作为一种优选的实施方式，Lorawan网关在管理服务器外，Lorawan服务器设置在管理服务器内，Lorawan服务器2与Lorawan网关通过无线或有线进行通讯。

智能井盖节点还包括报警装置，所述报警装置根据监测信息数据和/或管理服务器反馈的智能井盖节点的工作状态发出声光报警。

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，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于Lorawan无线传输的智能井盖防护系统，其特征在于，包括管理服务器、Lorawan服务器、Lorawan网关及至少一个智能井盖节点；

所述智能井盖节点包括至少一个井盖、对应井盖设置的监测传感器组、Lorawan传输装置和光ID井盖锁，所述监测传感器组实时监测获取对应井盖的监测信息数据，所述监测信息数据通过Lorawan传输装置发送至Lorawan网关，所述光ID井盖锁包括光ID身份卡和阅读器，所述光ID身份卡存储身份验证数据信息，所述阅读器读取ID身份卡的信息数据，控制井盖的开关状态以及为光ID身份卡供电；

所述Lorawan网关接收所有智能井盖节点发送的监测信息数据，并将所有智能井盖节点的监测信息数据传输至Lorawan服务器；

所述Lorawan服务器将所有智能井盖节点的监测信息数据整合为管理信息数据并传输至管理服务器；

所述管理服务器接收管理信息数据，并通过管理信息数据识别反馈智能井盖节点的工作状态。

2.如权利要求1所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述监测传感器组包括水位监测终端、井盖倾斜监测终端、井盖震动监测终端、溢漫监测终端和定位终端。

3.如权利要求2所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述水位监测终端包括投入式水位传感器，所述井盖倾斜监测终端包括倾角传感器，所述井盖震动监测终端包括震动传感器，所述溢漫监测终端包括漏水探测电极，所述定位终端为固定设置在井盖上的GPS定位装置。

4.如权利要求1所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述Lorawan传输装置包括Lorawan无线收发器芯片，所述Lorawan无线收发器芯片将监测信息数据发送至Lorawan网关并接收Lorawan网关反馈的消息确认字符。

5.如权利要求1所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述Lorawan网关与所述Lorawan服务器之间有线或无线的通讯连接。

6.如权利要求5所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述Lorawan网关独立设置或与所述管理服务器集成设置；所述Lorawan服务器独立设置或与所述管理服务器集成设置，且当所述Lorawan网关与所述管理服务器集成设置时，Lorawan服务器也与所述管理服务器集成设置。

7.如权利要求1所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述管理信息数据包括对应智能井盖节点内井盖的标识序号、监测信息数据和监测信息数据生成的时间节点；

所述监测信息数据包括水位高度信息、井盖倾斜角度信息、井盖震动频率信息、水位溢漫信息和井盖实时位置信息。

8.如权利要求1所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述管理服务器还包括存储装置，所述存储装置用于存储管理信息数据和对应的智能井盖节点的工作状态。

9.如权利要求1所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述阅读器包括控制单元、光发送器和光接收器。

10.如权利要求1至8任一项所述的智能井盖防护系统，其特征在于，所述智能井盖节点还包括报警装置，所述报警装置根据监测信息数据和/或管理服务器反馈的智能井盖节点的工作状态发出声光报警。

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