基于一款智能井蓋報(bào)警器的簡要設(shè)計(jì)

張文姣 沈利華 張俏楠 徐姝 徐麗霞

摘要：市政建設(shè)單位安裝的井蓋經(jīng)常遭到不法分子盜竊，造成公共財(cái)產(chǎn)損失和安全隱患。該文針對(duì)該現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一種井蓋防盜報(bào)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(shù)據(jù)傳給單片機(jī)進(jìn)行分析，確定是否需要報(bào)警，最后通過無線通信模塊發(fā)送報(bào)警信息，從而達(dá)到防盜報(bào)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(yōu)點(diǎn)，而且具備卓越的可靠性和穩(wěn)定性、優(yōu)良的抗沖擊能力、寬工作溫度范圍、無鉛環(huán)保。考慮到該裝置低廉的價(jià)格，完全符合環(huán)境要求，可以投入實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：井蓋;報(bào)警;防盜;單片機(jī)

1引言

現(xiàn)在城市中大多采用以下幾種井蓋：

1）水泥井蓋：價(jià)格便宜，回收價(jià)值小，不易被盜，但損壞周期短。

2）玻璃井蓋：無回收價(jià)值，但重量太輕，易被雨水沖翻，造價(jià)貴，易老化。

在新型合理的復(fù)合材料井蓋誕生之前，為鐵質(zhì)井蓋加上一個(gè)防盜裝置仍然是解決井蓋問題的一個(gè)最佳方案，本設(shè)計(jì)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(jī)械方法為主，難以克服銹蝕問題。而采用單片機(jī)控制的智能型防盜報(bào)警裝置，可以輕易地繞開這個(gè)問題。而且比起其他方法，安裝一個(gè)單片機(jī)控制的防盜報(bào)警裝置要方便得多。

2 硬件電路的簡要設(shè)計(jì)

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(jī)，其 INT 腳發(fā)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(jī)與下位機(jī)

下位機(jī)的主要作用是對(duì)角度信息作初步判斷，當(dāng)角度超過設(shè)置的閾值時(shí)，發(fā)送中斷指令喚醒上位機(jī)，中斷程序接收傳感器角度信息。

上位機(jī)的主要功能是進(jìn)行邏輯判斷，執(zhí)行發(fā)送指令。

下位機(jī)停止時(shí)，數(shù)據(jù)從USART 口傳輸。系統(tǒng)會(huì)通過數(shù)據(jù)分析，最終決定是否發(fā)送警報(bào)。電源信號(hào)連接到 AD 轉(zhuǎn)換器，每天進(jìn)行一次判斷，當(dāng)電源電壓低于設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)送低電壓報(bào)警。

2.4 CDMA 模塊電

三極管 Q3 對(duì) POWER_ON 信號(hào)進(jìn)行放大，以便啟動(dòng)或關(guān)閉模塊。USART 的起始端為TXD ，USART為RXD的終端，USART 可從上位機(jī)接收數(shù)據(jù)。

2.5 單片機(jī)電源電路

三端穩(wěn)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(jī)使用。

2.6 時(shí)鐘電

時(shí)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(guān)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(dāng)進(jìn)入報(bào)警中斷時(shí)，將 LED 置低，從而發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，可測試程序是否可以正常工作。

2.9 PCB 布線圖

上位機(jī)和 CDMA 模塊的布線圖如圖3所示。

3與平臺(tái)連接部分

3.1硬件總體方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)的終端是井蓋報(bào)警器，為了能夠?qū)崟r(shí)查看App，我們利用GPRS的通訊原理、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過實(shí)時(shí)查看手機(jī)App，獲得井蓋對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。另外，我們通過RFID的電子標(biāo)簽來識(shí)別智能井蓋，完成對(duì)井蓋的歸檔以及管理。

設(shè)備實(shí)時(shí)上傳井蓋的狀態(tài)信息，因此，云平臺(tái)還可以通過內(nèi)嵌無線裝置的監(jiān)測終端連接井蓋。數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)以及監(jiān)管主要是由IOT平臺(tái)負(fù)責(zé)，將井蓋的終端接入IOT云平臺(tái)，使得智能井蓋終端得到規(guī)模化的管理。App主要負(fù)責(zé)設(shè)備的注冊(cè)，參數(shù)修改，警情顯示等。設(shè)備數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)由運(yùn)維管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)，管理人員得以在平臺(tái)上對(duì)接入的智能井蓋進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制和管理。

當(dāng)井蓋發(fā)生10-15°傾斜或者井蓋產(chǎn)生平移，水位超限時(shí)發(fā)出探測信號(hào);

探測信號(hào)通過井蓋智能終端傳輸至智能網(wǎng)關(guān)，再通過4G轉(zhuǎn)發(fā)到接警中心管理平臺(tái);

運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)警情后，將該井蓋的位置和相關(guān)信息在平臺(tái)軟件彈出，平臺(tái)接警人員確認(rèn)警情后將報(bào)警井蓋的位置信息發(fā)送至運(yùn)維管理人員手機(jī)App端;

App發(fā)出預(yù)警信息，運(yùn)維人員接收預(yù)警信息，然后通過導(dǎo)航到現(xiàn)場進(jìn)行查看，通過手機(jī)App將處理情況反饋至運(yùn)維管理中心，管理員會(huì)根據(jù)具體情況作出相應(yīng)處理;

井蓋無線發(fā)射模塊將定時(shí)向中心發(fā)送狀態(tài)信號(hào)，包括電量信號(hào)，平臺(tái)系統(tǒng)后臺(tái)會(huì)記錄分析所有井蓋反饋回來的狀態(tài)信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的反饋情況判斷井蓋的設(shè)備的工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)異常，立刻彈出提醒或報(bào)警信號(hào)，并可以對(duì)井蓋的狀態(tài)類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

井蓋智能終端實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理，讓城市的智能井蓋在對(duì)突發(fā)事件的處理上更加智能化、物聯(lián)網(wǎng)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(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)資源共享，提升城市公共管理能力，更加方便地為人民服務(wù)。

智能井蓋的基本功能：

針對(duì)井蓋的狀況，我們可以通過運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡分析和研究，對(duì)井蓋狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將狀況及時(shí)通知監(jiān)控中心;智能井蓋通過RFID搭建電子標(biāo)簽，建立其唯一的身份，就如公民的身份證般，以期達(dá)到對(duì)井蓋的統(tǒng)一歸檔和管理;充分利用互聯(lián)網(wǎng)的智能井蓋監(jiān)測管理平臺(tái)可對(duì)城市中各個(gè)街道、角落的井蓋進(jìn)行統(tǒng)一管理，提高監(jiān)管效率;通過手機(jī)App可以實(shí)時(shí)監(jiān)測井蓋狀態(tài)，第一時(shí)間接收?qǐng)?bào)警信息，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控防治。

3.2 App軟件設(shè)計(jì)

在手機(jī)App上對(duì)井蓋進(jìn)行登記、注銷，了解井蓋的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及對(duì)警報(bào)信息的實(shí)時(shí)接收，異常情況處理。

用戶注冊(cè)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(bào)備等任務(wù)，還可以查看后臺(tái)發(fā)布的維修任務(wù)、技術(shù)方案、巡檢任務(wù)、轉(zhuǎn)派任務(wù)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(qū)域內(nèi)的井蓋總數(shù)，便于及時(shí)管理和維修;也可以在“任務(wù)”頁面查看各個(gè)井蓋維修任務(wù)的完成度;工作人員“我的”頁面可以設(shè)置自己的賬號(hào)昵稱，賬號(hào)私人信息等，遇到使用問題可以私信客服中心，向后臺(tái)反饋?zhàn)约旱墓ぷ髑闆r，還有更新軟件的最新版本、清除緩存等功能。

4結(jié)束語

智能井蓋系統(tǒng)主要從覆蓋、監(jiān)測、功效、磨損等四個(gè)方面展開工作，在未來，井蓋將結(jié)合時(shí)下熱門的技術(shù)，達(dá)到智能化，降低磨損，更高效地運(yùn)作。近年來，隨著政府不斷加大對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施投資的力度，以及飛速的城市化發(fā)展，政府對(duì)公共設(shè)施的投入極大，據(jù)估算，全國每年新增井蓋數(shù)量和每年更換量至少在5000萬套，對(duì)智能井蓋的需求也呈著不斷上升的趨勢(shì)。

本文設(shè)計(jì)的井蓋防盜報(bào)警裝置，采用三軸加速度傳感器采集井蓋角度信息，將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)進(jìn)行分析，確定是否需要報(bào)警，最后通過無線通信模塊發(fā)送報(bào)警信息，從而達(dá)到防盜報(bào)警的目的。

科技創(chuàng)造未來，科技簡化未來，造福未來。隨著技術(shù)的增進(jìn)，隨著企業(yè)的不斷創(chuàng)新，將會(huì)有更多的基礎(chǔ)設(shè)施越來越智能化，我們的生活就會(huì)越來越高效、便利。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭豐收，孫柏，陳宇輝，等.城市排水智能井蓋監(jiān)管系統(tǒng)介紹[J].給水排水，2015，51（S1）：365-368.

[2] 任小強(qiáng).基于NB-IoT技術(shù)的智能井蓋監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2019（3）：56-58.

[3] 王猛，劉珈池，王闊瑞，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市小區(qū)智能井蓋管理系統(tǒng)[J].價(jià)值工程，2016，35（2）：80-81.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】