CN220893467U - 一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，包括太阳能升压充电控制电路，其中的锂电池BAT的输出电压与电源转换电路连接；电源转换电路分别与开盖移位检测电路、燃气检测电路、水位检测电路、声音警示电路、指示灯电路和单片机连接；燃气检测电路的AOUT端和DOUT端分别与带有A/D转换功能的单片机的管脚PE4和管脚PE2连接；单片机的管脚PD4与声音警示电路连接，单片机的管脚PD6与指示灯电路连接。通过太阳能升压充电控制电路，实现直流升压转换器升压后直接对储能电池进行充电，从而使得太阳能电池在弱光条件下依然可以提供电能；通过燃气检测电路可以检测多种可燃性气体，及时检测井盖下的可燃气体浓度。

Description

一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置

技术领域

本实用新型涉及智能井盖技术领域，具体为一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置。

背景技术

近几年来，城市道路中地下管道及井盖问题一直是社会关注的焦点。道路中井盖管理不到位，已在全国范围内发生多起人员、车辆、交通等事故，给市民出行带来不便，目前，大部分地区仍然采用传统的人工巡检维护的方式，这种方式的最大缺陷是由于井盖基数大、分布的街道小区错综复杂、隐蔽性强，采用人工巡检的效率非常低，很难及时发现安全隐患并及时维护。

针对此类问题，有方案提出一种智能井盖检测电路(如授权号为CN 214250874U)，该电路使用电池给主控处理器以及外围电路供电，有效地实现对井盖移位进行监测，可以在井盖移位时触发报警装置。但是，该装置未对井内空气环境进行监测，并且采用电池供电，受制于井盖内复杂的安装环境以及维护成本，电池容量一般在5000mAh，续航在2-3年，需要定期进行更换电池。井盖工作环境复杂多样，有的监测装置是埋入式的，更换电池难度大。

实用新型内容

针对上述存在的技术不足，本实用新型的目的是提供一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，以解决以上部分或全部技术问题。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，包括：太阳能升压充电控制电路将太阳能转化为电能输送给电源转换电路，电源转换电路将电能转换为两种稳定的电压分别输送给开盖移位检测电路、燃气检测电路、水位检测电路、声音警示电路、指示灯电路和单片机；所述开盖移位检测电路用于检测井盖是否异常；所述燃气检测电路检测是否有可燃气体；所述水位检测电路用于检测水位是否到达警戒线；将异常的数据传输给单片机，所述单片机经过读取判断后，将结果传输给声音警示电路和指示灯电路。

优选地，太阳能升压充电控制电路包括升压电路和充电控制电路，升压电路中的锂电池BAT的输出电压与电源转换电路连接；所述电源转换电路分别与开盖移位检测电路、燃气检测电路、水位检测电路、声音警示电路、指示灯电路和单片机连接；所述燃气检测电路的AOUT端和DOUT端分别与单片机的管脚PE4和管脚PE2连接，单片机将燃气检测电路输送的模拟量转换为数字量；

所述单片机管脚PD4输出高电平与声音警示电路连接，管脚PD6输出低电平与指示灯电路连接。

优选地，所述升压电路包括振荡控制器，所述振荡控制器通过恒流源对管脚TC上的电容C2不断进行充电和放电，以产生振荡波形，振荡控制器通过电阻R5来控制三极管Q1的导通与截止。

优选地，所述电源转换电路为燃气检测电路和水位检测电路提供5V电压，电源转换电路为开盖移位检测电路、声音警示电路、指示灯电路和单片机提供3.3V电压。

优选地，所述电源转换电路包括电容C3、电容C4、电容C5和电感L2，电容C3和C4并联，电容C5和电感L2串联，所述电容C3、电容C4、电容C5和电感L2组成双π型滤波网络，所述双π型滤波网络用于对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制。

优选地，所述开盖移位检测电路和水位检测电路分别和单片机的管脚PE 0和管脚PD1对应连接。

优选地，所述声音警示电路包括电阻R21；所述单片机的管脚PD4与用于限流的电阻R21的一端连接，所述电阻R21另一端与三极管Q3的基极连接，所述三极管Q3的集电极与继电器J1连接，所述继电器J1与电压VCC连接；所述管脚PD4输出高电平。

优选地，所述指示灯电路包括电阻R20；所述单片机的管脚PD6与用于限流的电阻R20的一端连接，所述电阻R20另一端与发光二极管LED5连接，所述发光二极管LED5与电压VCC连接；所述管脚PD6输出低电平。

本实用新型的有益效果在于：通过太阳能升压充电控制电路，实现直流升压转换器升压后直接对储能电池进行充电，从而使得太阳能电池在弱光条件下依然可以提供电能，保障电路的正常稳定运行；通过燃气检测电路可以检测多种可燃性气体，及时检测井盖下的可燃气体浓度，判断是否适合人员下去作业。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置的整体架构示意图。

图2为太阳能升压充电控制电路的电路图。

图3为电源转换电路的电路图。

图4为基于STM8L052C6T6单片机的控制电路的电路图。

附图标记说明：

1-开盖移位检测电路，2-燃气检测电路，3-水位检测电路，4-单片机，5-声音警示电路，6-指示灯电路，7-太阳能升压充电控制电路，8-电源转换电路。

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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，包括：太阳能升压充电控制电路7将太阳能转化为电能输送给电源转换电路8，电源转换电路8将电能转换为两种稳定的电压分别输送给开盖移位检测电路1、燃气检测电路2、水位检测电路3、声音警示电路5、指示灯电路6和单片机4，开盖移位检测电路1用于检测井盖是否异常；燃气检测电路2检测是否有可燃气体；水位检测电路3用于检测水位是否到达警戒线；将异常的数据传输给单片机4，单片机4经过读取判断后，将异常的信息传给声音警示电路5和指示灯电路6，通过声音警示和灯光警示效果，能够清楚及时的对危险情况进行警示提醒，保证安全性。

太阳能升压充电控制电路7包括升压电路和充电控制电路，升压电路包括振荡控制器MC34063、电容C2、开关管Q1、电感L1、电阻R3、R4和R5，二极管D1和D2，发光二极管LED1和锂电池BAT，振荡控制器MC34063的管脚TC与电容C2一端电性连接，电容C2另一端接地，振荡控制器MC34063的管脚SE与开关管Q1电性连接，开关管Q1的集电极与电感L1一端电性连接，电感L1另一端与电阻R5一端电性连接，电阻R5另一端与振荡控制器MC34063的管脚VCC电性连接，振荡控制器MC34063的管脚FB与电阻R3和电阻R4的一端电性连接，电阻R4另一端接地，电阻R3另一端与二极管D2正极连接，二极管D2负极与锂电池BAT正极电性连接，二极管D1一端与振荡控制器MC34063的管脚SC电性连接，二极管D1另一端与二极管D2电性连接，充电控制电路包括稳压管D3、开关管Q2及电阻R7、R8和R9，发光二极管LED2，稳压管D3一端与锂电池BAT正极电性连接，另一端与电阻R7一端电性连接，电阻R7另一端与开关管Q2基极电性连接，开关管Q2的集电极与电阻R9和发光二极管LED2电性连接，电阻R9和发光二极管LE D2并联，本实施例中的振荡控制器选用MC34063型号，振荡控制器MC34063的管脚TC与定时电容C2连接，定时电容C2的容量决定振荡控制器的振荡频率，太阳能升压充电控制电路7中的锂电池BAT的输出电压与电源转换电路8连接，锂电池BAT一端与二极管D2连接，另一端接地，二极管D2起隔离作用，防止在电池充满电时，向升压电路放电；在电池充电至峰值时，稳压管D3导通，充电控制电路开始工作，此时电池通过电阻R9和开关管Q2形成回路，分流掉大部分电流，致使升压电路没有足够的电流而无法工作，输出电压很小或者等于零，电池停止充电。

如图3所示，电源转换电路8包括电容C3、C4、C5、C6、C7和C8和电感L2，电容C3、C4并联，且均与LM2596芯片的管脚Vin电性连接，LM2596芯片的管脚OUT与电感L2一端电性连接，电感L2另一端与电容C5电性连接，电容C5与电容C6并联，电容C6输出5V电压，电容C6与AMS1117芯片的管脚Vin电性连接，AMS1117芯片的管脚Vout与电容C7、C8电性连接，电容C7与C8并联，电容C8输出3.3V电压，电容C3、C4、C5和电感L2组成双π型滤波网络，双π型滤波网络用于对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰，锂电池输出电压通过电源转换电路8产生两路辅助电压，电源转换电路8分别与开盖移位检测电路1、燃气检测电路2、水位检测电路3、声音警示电路5、指示灯电路6和单片机4连接，本实施例中单片机4为STM8L052C6T6型号，电源转换电路8通过LM2596芯片为燃气检测电路2和水位检测电路3提供5V电压，5V直流电压经过电容C6滤波后，电源转换电路8通过AMS1117芯片为开盖移位检测电路1、声音警示电路5、指示灯电路6和单片机STM8L052C6T6提供3.3V电压，经过电容C7、C8滤波电容减小输出电压的纹波和噪声，为主控芯片及外围电路提供稳定的输出电压。

开盖移位检测电路1和单片机STM8L052C6T6的管脚PE0连接，开盖移位检测电路1包括AM412芯片、电阻R12、R13、电容C9、C10、C11，AM 412芯片为热释电红外传感器，四个管脚分别对应为ON TIME、VDD、GND和REL，当探头检测到井盖移动信号之后，会在管脚REL上输出一个高电平，也就是图4中第4管脚输出高电平，AM412芯片第1管脚、电阻R13一端、电容C11一端均接地，电阻R12另一端、电容C11另一端和AM412芯片第2管脚均与电阻R13端相连接，AM412芯片第3管脚、电容C9一端和电容C10一端、电阻R12另一端接电源VCC，电容C9另一端、电容C10另一端均接地，AM412芯片第4管脚通过电阻R14与单片机STM8L052C6T6的管脚PE0相连接，当开盖移位检测电路检测井盖异常时，由AM412芯片第4管脚输出至单片机STM8L052C6T64 PE0管脚。

燃气检测电路2包括QM-N10气敏传感器、比较器U1、电阻R17、R18、R19、RS、电容C16，QM-N10气敏传感器的第4管脚与比较器UI的第2管脚电性连接，比较器U1的第1管脚与DOUT端连接，AOUT端与QM-N10气敏传感器的第4管脚连接，AOUT端和DOUT端分别接到带有A/D转换功能的单片机STM8L052C6T6的管脚PE4和管脚PE2连接，先设定一个电压参考值，即无可燃气体浓度的电压值，如果这时出现可燃气体，那么电阻率发生变化，其输出电压就会发生变化，微处理器根据这个电压值得变化即可计算出可燃气体浓度。

水位检测电路3包括水位检测电极A、B和电阻R22、R23、晶体管Q4～Q6、发光二极管LED6，晶体管Q4的集电极与晶体管Q5的基极连接，晶体管Q5的集电极与电阻R23和发光二极管LED6连接，电阻R23和发光二极管LED6并联，电阻R23与晶体管Q6的基极连接，AOUT接到带有A/D转换功能的单片机STM8L052C6T6的管脚PD1，在未达到警戒水位时，电极A、B之间的阻值较大，Q4～Q6处于截止状态，发光二极管LED6不发光，当水位达到警戒水位时，电极A、B通过水的电阻相连，使Q4～Q6导通，发光二极管LED6点亮。

进一步的如图4所示，当开盖移位检测电路1、燃气检测电路2和水位检测电路3输出检测信息异常时，单片机控制电路的单片机STM8L052C6T6的内部A/D读取数据判断后，由单片机STM8L052C6T6的管脚PD4与声音警示电路5连接，声音警示器发出告警提醒；单片机STM8L052C6T6的管脚PD6与指示灯电路6连接，使得发光二极管LED5点亮

使用时，光伏板将太阳能转化为直流电能，振荡器MC34063通过恒流源对外接在TC管脚上的定时电容C2不断地充电和放电，以产生振荡波形，电流限制检测端IPK管脚通过电阻R5上的压降来完成功能，当检测到电阻R5上的电压降达一定值时，由管脚TC输出的驱动电流，驱动外接开关管Q1的导通与截止，Q1管在导通时，太阳能通过L1和Q1，给L1存储能量，Q1管截止时，L1的能量通过D1和太阳能一起给锂电池进行充电，LED1在升压电路工作时导通发光。

在电池充电至峰值时，稳压管D3导通，充电控制电路开始工作，提供给开关管Q2基极电流，开关管Q2也迅速进入饱和导通，集电极电位接近零伏，停止对电池的充电。在开关管Q2饱和导通时，LED2导通发光。

锂电池输出电压通过电源转换电路8产生两路辅助电压，为控制回路电路中的单片机STM8L052C6T6以及其他检测电路提供稳定的5V和3.3V的供电电压，开盖移位检测电路1、燃气检测电路2和水位检测电路3将检测信息输送至至单片机控制电路，单片机控制电路的STM8LO52C6T6的内部A/D读取数据判断后，由STM8LO52C6T6单片机的管脚PD4输出高电平，使三极管Q3导通，J1继电器吸合，J1-1由常开转为常闭接通声音警示器发出告警提醒；另一路输出,由STM8LO52C6T6单片机的管脚PD6输出低电平，经过限流电阻R6点亮LED5。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，其特征在于，包括：太阳能升压充电控制电路（7）将太阳能转化为电能输送给电源转换电路（8），电源转换电路（8）将电能转换为两种稳定的电压分别输送给开盖移位检测电路（1）、燃气检测电路（2）、水位检测电路（3）、声音警示电路（5）、指示灯电路（6）和单片机（4）；

所述开盖移位检测电路（1）用于检测井盖是否异常；所述燃气检测电路（2）检测是否有可燃气体；所述水位检测电路（3）用于检测水位是否到达警戒线；将异常的数据传输给单片机（4），所述单片机（4）经过读取判断后，将结果传输给声音警示电路（5）和指示灯电路（6）。

2.如权利要求1所述的一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，其特征在于，太阳能升压充电控制电路（7）包括升压电路和充电控制电路，升压电路中的锂电池BAT的输出电压与电源转换电路（8）连接；

所述燃气检测电路（2）的AOUT端和DOUT端分别与单片机（4）的管脚PE4和管脚PE2连接，单片机（4）将燃气检测电路（2）输送的模拟量转换为数字量；

所述单片机（4）管脚PD4输出高电平与声音警示电路（5）连接，管脚PD6输出低电平与指示灯电路（6）连接。

3.如权利要求2所述的一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，其特征在于，所述升压电路包括振荡控制器，所述振荡控制器通过恒流源对管脚TC上的电容C2不断进行充电和放电，以产生振荡波形，振荡控制器通过电阻R5来控制三极管Q1的导通与截止。

4.如权利要求1所述的一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，其特征在于，所述电源转换电路（8）为燃气检测电路（2）和水位检测电路（3）提供5V电压，电源转换电路（8）为开盖移位检测电路（1）、声音警示电路（5）、指示灯电路（6）和单片机（4）提供3.3V电压。

5.如权利要求4所述的一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，其特征在于，所述电源转换电路（8）包括电容C3、电容C4、电容C5和电感L2，电容C3和C4并联，电容C5和电感L2串联，所述电容C3、电容C4、电容C5和电感L2组成双π型滤波网络，所述双π型滤波网络用于对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制。

6.如权利要求4所述的一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，其特征在于，所述开盖移位检测电路（1）和水位检测电路（3）分别和单片机（4）的管脚PE0和管脚PD1对应连接。

7.如权利要求4所述的一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，其特征在于，所述声音警示电路（5）包括电阻R21；所述单片机（4）的管脚PD4与用于限流的电阻R21的一端连接，所述电阻R21另一端与三极管Q3的基极连接，所述三极管Q3的集电极与继电器J1连接，所述继电器J1与电压VCC连接；

所述管脚PD4输出高电平。

8.如权利要求4所述的一种基于太阳能充电的智能井盖检测装置，其特征在于，所述指示灯电路（6）包括电阻R20；所述单片机（4）的管脚PD6与用于限流的电阻R20的一端连接，所述电阻R20另一端与发光二极管LED5连接，所述发光二极管LED5与电压VCC连接；

所述管脚PD6输出低电平。