基于一款智能井盖报警器的简要设计

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:市政建设单位安装的井盖经常遭到不法分子盗窃,造成公共财产损失和安全隐患。该文针对该现象,设计了一种井盖防盗报警装置,该装置采用三轴加速度传感器采集井盖角度信息,将数据传给单片机进行分析,确定是否需要报警,最后通过无线通信模块发送报警信息,从而达到防盗报警的目的。该装置具有安装隐蔽、高灵敏度,低噪音和低功耗的优点,而且具备卓越的可靠性和稳定性、优良的抗冲击能力、宽工作温度范围、无铅环保。考虑到该装置低廉的价格,完全符合环境要求,可以投入实际应用。

  关键词:井盖;报警;防盗;单片机;

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1 引言

  现在城市中大多采用以下几种井盖:

  1)水泥井盖:价格便宜,回收价值小,不易被盗,但损坏周期短。

  2)玻璃井盖:无回收价值,但重量太轻,易被雨水冲翻,造价贵,易老化。

  在新型合理的复合材料井盖诞生之前,为铁质井盖加上一个防盗装置仍然是解决井盖问题的一个最佳方案,本设计旨在解决如何为裸露的井盖加装防盗装置的问题,从而提高井盖使用的可靠性和安全性,避免不必要的损失。

  目前防盗装置以采用机械方法为主,难以克服锈蚀问题。而采用单片机控制的智能型防盗报警装置,可以轻易地绕开这个问题。而且比起其他方法,安装一个单片机控制的防盗报警装置要方便得多。

2 硬件电路的简要设计

  2.1 传感器

  传感器电路部分是为了收集井盖的角度信息,并通过SPI串口传给下位机,其INT脚发出中断,DVIO为端口电源,VCC为芯片电源。传感器电路原理图如图1所示。

  2.2 下位机与下位机

  下位机的主要作用是对角度信息作初步判断,当角度超过设置的阈值时,发送中断指令唤醒上位机,中断程序接收传感器角度信息。

  上位机的主要功能是进行逻辑判断,执行发送指令。

  下位机停止时,数据从USART口传输。系统会通过数据分析,最终决定是否发送警报。电源信号连接到AD转换器,每天进行一次判断,当电源电压低于设定的阈值时,发送低电压报警。

  2.4 CDMA模块电

  三极管Q3对POWER_ON信号进行放大,以便启动或关闭模块。USART的起始端为TXD,USART为RXD的终端,USART可从上位机接收数据。

  2.5 单片机电源电路

  三端稳压器U1起到变化电压的作用,BATT供CDMA模块电源电路使用,2.5V电源供单片机使用。

  2.6 时钟电

  时钟电路原理图如图2所示。

  2.7 Cdma电源和指示灯

  三极管将V_Ctrl放大,利用MOS管的开关作用,使电压保持在合适的范围。

  指示灯电路是为了测试方便安装的,当进入报警中断时,将LED置低,从而发光二极管导通发光,可测试程序是否可以正常工作。

  2.9 PCB布线图

  上位机和CDMA模块的布线图如图3所示。

3 与平台连接部分

  3.1 硬件总体方案设计

  设计系统的终端是井盖报警器,为了能够实时查看App,我们利用GPRS的通讯原理、TCP/IP网络协议,通过实时查看手机App,获得井盖对应的实时状态信息。另外,我们通过RFID的电子标签来识别智能井盖,完成对井盖的归档以及管理。

  设备实时上传井盖的状态信息,因此,云平台还可以通过内嵌无线装置的监测终端连接井盖。数据的中转以及监管主要是由IOT平台负责,将井盖的终端接入IOT云平台,使得智能井盖终端得到规模化的管理。App主要负责设备的注册,参数修改,警情显示等。设备数据的呈现由运维管理系统负责,管理人员得以在平台上对接入的智能井盖进行远程的控制和管理。

  当井盖发生10-15°倾斜或者井盖产生平移,水位超限时发出探测信号;

  探测信号通过井盖智能终端传输至智能网关,再通过4G转发到接警中心管理平台;

  运维系统进行大数据分析,确认警情后,将该井盖的位置和相关信息在平台软件弹出,平台接警人员确认警情后将报警井盖的位置信息发送至运维管理人员手机App端;

  App发出预警信息,运维人员接收预警信息,然后通过导航到现场进行查看,通过手机App将处理情况反馈至运维管理中心,管理员会根据具体情况作出相应处理;

  井盖无线发射模块将定时向中心发送状态信号,包括电量信号,平台系统后台会记录分析所有井盖反馈回来的状态信号,根据信号的反馈情况判断井盖的设备的工作状态,如果发现异常,立刻弹出提醒或报警信号,并可以对井盖的状态类别进行统计报表。

  井盖智能终端实时监控、管理,让城市的智能井盖在对突发事件的处理上更加智能化、物联网化和空间可视化,智能井盖管理的新模式,是一套智能、可视的管理体系,全面的完善井盖的监控和管理,实现资源共享,提升城市公共管理能力,更加方便地为人民服务。

  智能井盖的基本功能:

  针对井盖的状况,我们可以通过运转轨迹分析和研究,对井盖状态进行一个实时监测,并将状况及时通知监控中心;智能井盖通过RFID搭建电子标签,建立其唯一的身份,就如公民的身份证般,以期达到对井盖的统一归档和管理;充分利用互联网的智能井盖监测管理平台可对城市中各个街道、角落的井盖进行统一管理,提高监管效率;通过手机App可以实时监测井盖状态,第一时间接收报警信息,实现监控防治。

  3.2 App软件设计

  在手机App上对井盖进行登记、注销,了解井盖的实时状态以及对警报信息的实时接收,异常情况处理。

  用户注册登录后,就可以看到App首页,工作人员可以在此页完成签到、人员报备等任务,还可以查看后台发布的维修任务、技术方案、巡检任务、转派任务和消息通知。工作人员可以在App“地图”页面查询井盖的具体位置,或者特定区域内的井盖总数,便于及时管理和维修;也可以在“任务”页面查看各个井盖维修任务的完成度;工作人员“我的”页面可以设置自己的账号昵称,账号私人信息等,遇到使用问题可以私信客服中心,向后台反馈自己的工作情况,还有更新软件的最新版本、清除缓存等功能。

4 结束语

  智能井盖系统主要从覆盖、监测、功效、磨损等四个方面展开工作,在未来,井盖将结合时下热门的技术,达到智能化,降低磨损,更高效地运作。近年来,随着政府不断加大对基础设施投资的力度,以及飞速的城市化发展,政府对公共设施的投入极大,据估算,全国每年新增井盖数量和每年更换量至少在5000万套,对智能井盖的需求也呈着不断上升的趋势。

  本文设计的井盖防盗报警装置,采用三轴加速度传感器采集井盖角度信息,将数据传给单片机进行分析,确定是否需要报警,最后通过无线通信模块发送报警信息,从而达到防盗报警的目的。

  科技创造未来,科技简化未来,造福未来。随着技术的增进,随着企业的不断创新,将会有更多的基础设施越来越智能化,我们的生活就会越来越高效、便利。

参考文献

  [1]郑丰收,孙柏,陈宇辉,等.城市排水智能井盖监管系统介绍[J]给水排水,2015,51(S1):365-368.

  [2]任小强.基于NB-IoT技术的智能井盖监测系统研究[J].邮电设计技术,2019(3):56-58.

  [3]王猛,刘珈池,王阔瑞,等.基于物联网技术的城市小区智能井盖管理系统[J].价值工程,2016,35(2):80-81.

作者:张文姣 沈利华 张俏楠 徐姝 徐丽霞 单位:浙江工业大学之江学院

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