基于一款智能井蓋報警器的簡要設計

張文姣 沈利華 張俏楠 徐姝 徐麗霞

摘要：市政建設單位安裝的井蓋經常遭到不法分子盜竊，造成公共財產損失和安全隱患。該文針對該現象，設計了一種井蓋防盜報警裝置，該裝置采用三軸加速度傳感器采集井蓋角度信息，將數據傳給單片機進行分析，確定是否需要報警，最后通過無線通信模塊發送報警信息，從而達到防盜報警的目的。

該裝置具有安裝隱蔽、高靈敏度，低噪音和低功耗的優點，而且具備卓越的可靠性和穩定性、優良的抗沖擊能力、寬工作溫度范圍、無鉛環保。考慮到該裝置低廉的價格，完全符合環境要求，可以投入實際應用。

關鍵詞：井蓋;報警;防盜;單片機

1引言

現在城市中大多采用以下幾種井蓋：

1）水泥井蓋：價格便宜，回收價值小，不易被盜，但損壞周期短。

2）玻璃井蓋：無回收價值，但重量太輕，易被雨水沖翻，造價貴，易老化。

在新型合理的復合材料井蓋誕生之前，為鐵質井蓋加上一個防盜裝置仍然是解決井蓋問題的一個最佳方案，本設計旨在解決如何為裸露的井蓋加裝防盜裝置的問題，從而提高井蓋使用的可靠性和安全性，避免不必要的損失。

目前防盜裝置以采用機械方法為主，難以克服銹蝕問題。而采用單片機控制的智能型防盜報警裝置，可以輕易地繞開這個問題。而且比起其他方法，安裝一個單片機控制的防盜報警裝置要方便得多。

2 硬件電路的簡要設計

2.1傳感器

傳感器電路部分是為了收集井蓋的角度信息，并通過 SPI 串口傳給下位機，其 INT 腳發出中斷，DVIO 為端口電源，VCC 為芯片電源。傳感器電路原理圖如圖 1 所示。

2.2下位機與下位機

下位機的主要作用是對角度信息作初步判斷，當角度超過設置的閾值時，發送中斷指令喚醒上位機，中斷程序接收傳感器角度信息。

上位機的主要功能是進行邏輯判斷，執行發送指令。

下位機停止時，數據從USART 口傳輸。系統會通過數據分析，最終決定是否發送警報。電源信號連接到 AD 轉換器，每天進行一次判斷，當電源電壓低于設定的閾值時，發送低電壓報警。

2.4 CDMA 模塊電

三極管 Q3 對 POWER_ON 信號進行放大，以便啟動或關閉模塊。USART 的起始端為TXD ，USART為RXD的終端，USART 可從上位機接收數據。

2.5 單片機電源電路

三端穩壓器 U1 起到變化電壓的作用，BATT 供 CDMA 模塊電源電路使用，2.5V 電源供單片機使用。

2.6 時鐘電

時鐘電路原理圖如圖 2 所示。

2.7 Cdma 電源和指示燈

三極管將 V_Ctrl 放大，利用 MOS 管的開關作用，使電壓保持在合適的范圍。

指示燈電路是為了測試方便安裝的，當進入報警中斷時，將 LED 置低，從而發光二極管導通發光，可測試程序是否可以正常工作。

2.9 PCB 布線圖

上位機和 CDMA 模塊的布線圖如圖3所示。

3與平臺連接部分

3.1硬件總體方案設計

設計系統的終端是井蓋報警器，為了能夠實時查看App，我們利用GPRS的通訊原理、TCP/IP網絡協議，通過實時查看手機App，獲得井蓋對應的實時狀態信息。另外，我們通過RFID的電子標簽來識別智能井蓋，完成對井蓋的歸檔以及管理。

設備實時上傳井蓋的狀態信息，因此，云平臺還可以通過內嵌無線裝置的監測終端連接井蓋。數據的中轉以及監管主要是由IOT平臺負責，將井蓋的終端接入IOT云平臺，使得智能井蓋終端得到規模化的管理。App主要負責設備的注冊，參數修改，警情顯示等。設備數據的呈現由運維管理系統負責，管理人員得以在平臺上對接入的智能井蓋進行遠程的控制和管理。

當井蓋發生10-15°傾斜或者井蓋產生平移，水位超限時發出探測信號;

探測信號通過井蓋智能終端傳輸至智能網關，再通過4G轉發到接警中心管理平臺;

運維系統進行大數據分析，確認警情后，將該井蓋的位置和相關信息在平臺軟件彈出，平臺接警人員確認警情后將報警井蓋的位置信息發送至運維管理人員手機App端;

App發出預警信息，運維人員接收預警信息，然后通過導航到現場進行查看，通過手機App將處理情況反饋至運維管理中心，管理員會根據具體情況作出相應處理;

井蓋無線發射模塊將定時向中心發送狀態信號，包括電量信號，平臺系統后臺會記錄分析所有井蓋反饋回來的狀態信號，根據信號的反饋情況判斷井蓋的設備的工作狀態，如果發現異常，立刻彈出提醒或報警信號，并可以對井蓋的狀態類別進行統計報表。

井蓋智能終端實時監控、管理，讓城市的智能井蓋在對突發事件的處理上更加智能化、物聯網化和空間可視化，智能井蓋管理的新模式，是一套智能、可視的管理體系，全面的完善井蓋的監控和管理，實現資源共享，提升城市公共管理能力，更加方便地為人民服務。

智能井蓋的基本功能：

針對井蓋的狀況，我們可以通過運轉軌跡分析和研究，對井蓋狀態進行一個實時監測，并將狀況及時通知監控中心;智能井蓋通過RFID搭建電子標簽，建立其唯一的身份，就如公民的身份證般，以期達到對井蓋的統一歸檔和管理;充分利用互聯網的智能井蓋監測管理平臺可對城市中各個街道、角落的井蓋進行統一管理，提高監管效率;通過手機App可以實時監測井蓋狀態，第一時間接收報警信息，實現監控防治。

3.2 App軟件設計

在手機App上對井蓋進行登記、注銷，了解井蓋的實時狀態以及對警報信息的實時接收，異常情況處理。

用戶注冊登錄后，就可以看到App首頁，工作人員可以在此頁完成簽到、人員報備等任務，還可以查看后臺發布的維修任務、技術方案、巡檢任務、轉派任務和消息通知。工作人員可以在App “地圖”頁面查詢井蓋的具體位置，或者特定區域內的井蓋總數，便于及時管理和維修;也可以在“任務”頁面查看各個井蓋維修任務的完成度;工作人員“我的”頁面可以設置自己的賬號昵稱，賬號私人信息等，遇到使用問題可以私信客服中心，向后臺反饋自己的工作情況，還有更新軟件的最新版本、清除緩存等功能。

4結束語

智能井蓋系統主要從覆蓋、監測、功效、磨損等四個方面展開工作，在未來，井蓋將結合時下熱門的技術，達到智能化，降低磨損，更高效地運作。近年來，隨著政府不斷加大對基礎設施投資的力度，以及飛速的城市化發展，政府對公共設施的投入極大，據估算，全國每年新增井蓋數量和每年更換量至少在5000萬套，對智能井蓋的需求也呈著不斷上升的趨勢。

本文設計的井蓋防盜報警裝置，采用三軸加速度傳感器采集井蓋角度信息，將數據傳給單片機進行分析，確定是否需要報警，最后通過無線通信模塊發送報警信息，從而達到防盜報警的目的。

科技創造未來，科技簡化未來，造福未來。隨著技術的增進，隨著企業的不斷創新，將會有更多的基礎設施越來越智能化，我們的生活就會越來越高效、便利。

參考文獻：

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【通聯編輯：聞翔軍】