基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能井蓋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙麗

摘 要：根據(jù)目前城市管道井的分布特點(diǎn)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了能準(zhǔn)確預(yù)警的智能井蓋系統(tǒng)。結(jié)合獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)和壓電陶瓷充電技術(shù)，使系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下能準(zhǔn)確預(yù)警減少損失，并且能給監(jiān)管部門提供幫助，綠色實(shí)用。

關(guān)鍵詞：ZigBee 物聯(lián)網(wǎng) 智能井蓋

中圖分類號：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（a）-0003-02

早在2008年，在紐約召開的外國關(guān)系理事會“智慧的地球”這一理念被首次提出，進(jìn)而引發(fā)了智慧城市建設(shè)的熱潮。2010年，IBM正式提出“智慧的城市”這一概念，包括智慧的醫(yī)療、智慧的交通、智慧的教育、智慧的能源、智慧的運(yùn)輸、智慧的通信等。智能井蓋系統(tǒng)是智慧城市中的一個(gè)小小分支。隨著城市的迅速發(fā)展，越來越多的管道井分布在城市的各個(gè)角落，車來車往馬路上的管道井蓋更不計(jì)其數(shù)。繁忙的交通、惡劣天氣等原因?qū)е缕茡p、丟失井蓋不能及時(shí)維修更換，造成巨大安全隱患，道路漫水等惡劣天氣時(shí)后果更嚴(yán)重。

1 智能井蓋系統(tǒng)概述

智能井蓋系統(tǒng)主要包括三部分：智能井蓋、通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)管中心。系統(tǒng)簡單框圖如圖1所示。井蓋上安裝有預(yù)警警示牌和zigbee無線通信模塊；通過無線通信模塊與監(jiān)控中心實(shí)時(shí)通信。監(jiān)管中主要負(fù)責(zé)后臺管理，實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)管。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)，即利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟將物聯(lián)網(wǎng)定義為當(dāng)下幾乎所有技術(shù)與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物體與物體之間、環(huán)境以及狀態(tài)信息實(shí)時(shí)的共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執(zhí)行。該系統(tǒng)屬于典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，底層通過ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)井蓋的互聯(lián)，通過ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)終端與監(jiān)控中心的通信[1]。

ZigBee技術(shù)在世界范圍內(nèi)采用2.4 GHz ISM頻段，劃分成16個(gè)信道，數(shù)據(jù)傳輸速率為250 Kbps，其成本低、功耗低， 而且無線節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)能力很強(qiáng)。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)不僅能提供不同等級的通信安全措施，而且還可以針對不同的應(yīng)用場合采用靈活的設(shè)計(jì)方案，用完整的通信握手協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訹2]。監(jiān)控器采用ZigBee技術(shù)支持的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。除網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，ZigBee還支持點(diǎn)對點(diǎn)、星狀、簇樹狀等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[5]。

3 智能井蓋設(shè)計(jì)

智能井蓋監(jiān)測功能框圖如圖2所示。考慮常被車輛碾壓的特點(diǎn)電池充電電路選用電陶瓷充電技術(shù)，將碾壓機(jī)械力轉(zhuǎn)換為電池電能。ZigBee通信電路選用基于IEEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的通訊模塊--Digi公司的XBeePro模塊。XBeePRO模塊內(nèi)置協(xié)議棧，通過串口使用AT命令集設(shè)置參數(shù)，通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，使用方便。

智能井蓋的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括掛耳、扭力彈簧、銷軸、連桿、預(yù)警牌、井蓋和井蓋座、浮子，無線通訊模塊等部分組成。當(dāng)井蓋出現(xiàn)丟失或破損，預(yù)警牌靠扭力彈簧反彈力繞銷軸向上翻轉(zhuǎn)并上舉，啟警示作用，連桿向上翻舉時(shí)觸發(fā)常開觸點(diǎn)開關(guān)控制電路工作，發(fā)出無線信號的同時(shí)點(diǎn)亮預(yù)警牌[3]。惡劣天氣下當(dāng)井蓋被水淹時(shí)充氣浮子浮起，浮子上的報(bào)警指示燈起準(zhǔn)確預(yù)警功能。井蓋上面敷設(shè)并聯(lián)壓電陶瓷片，將碾壓勢能轉(zhuǎn)化為電能[4]。

4 監(jiān)管中心管理平臺設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心軟件以SQLServer數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用C#編程，主要實(shí)現(xiàn)用戶管理、參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、GIS等功能[5]。采用圖形化方式顯示對應(yīng)的設(shè)備故障，例如，當(dāng)井蓋丟失時(shí)在GIS地圖上顯示井蓋位置并報(bào)警；根據(jù)井蓋丟失位置、次數(shù)和丟失原因等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，對井蓋維護(hù)維修及預(yù)警提供輔助決策；提供短信及界面信息推送功能，及時(shí)通知管理人員；提供手機(jī)APP功能，充分發(fā)揮移動終端的優(yōu)勢。

5 結(jié)語

該設(shè)計(jì)已獲得國家實(shí)用新型專利，專利號為：采用電陶瓷充電技術(shù)和特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性的解決了道路上的井蓋的充電和預(yù)警問題，準(zhǔn)確成功預(yù)警提高了安全性能的同時(shí)合理利用有效能量資源，安全綠色環(huán)保。

參考文獻(xiàn)

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[4] 周志敏.充電器電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[5] （美）索利斯，著.C#圖解教程[M].4版.姚琪琳，譯.北京：人民郵電出版社，2013.