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基于多功能智能井盖系统研究

来源:用户上传      作者:徐姝 沈利华 徐丽霞 张文姣 张俏楠

摘要:市政建设单位安装的井盖经常遭到不法分子盗窃,造成安全隐患。本文针对该现象,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;多功能;报警;防盗

中图分类号:TP311 文献标识码:A

文章编号:1009-3044(2021)23-0140-02

1背景介绍

我国城市供水、排水、电力、电信、煤气等部门在市政建设中为了维护和设备的安装,在马路上安装了数量众多的井盖,其数量十分巨大。由于井盖主要用于公共设施的建设,因此它们在道路和高速公路上用途更广泛,这使小偷的目标转向了地下和道路上的井盖。井盖的丢失,使得公路上出现一个个黑洞,又是会给行人和车辆带来巨大的伤害,它还可能导致人员和车辆的直接损失,这可能对公共生活造成极其惨烈的后果。但是市政部门无法完全监控位于市中心和道路上的井盖,而受害人会起诉公共设施管理部门,这就陷入了死循环。不管是市政部门还是受害人对此都很无奈。

2设计的目的

综上所述,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。提高井盖的可靠性和安全性,安装防盗装置以及防止不必要的损失就成为这个系统需要解决的问题。

智能窨井盖的设想的提出,正是立足于社会主义核心价值观的基础之上,大力弘扬以人为本的核心思想,全方面为人民群众的日常出行及生活的安全而考虑,以贯彻落实十九大精神为责任义务的理论和实践的统一。是人民群众幸福安全生活的一项重要保证。

目前防盗装置大多数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。

单片机系统是一个微型电子计算机(MCU),它主要结构是由中央处理器的接口芯片、贮存器和各种小型I/O通用接口器件组成。单片式电机主要广泛作用于各种控制性应用领域,所以又被广泛称之为控制嵌入式微处理控制器。单片机已经产生了三十多年,它的主要功能、种类以及还有目前应用它的技术都已经发展得非常迅速。现如今,在我们国民经济和人们日常生活的各个重要地方都已经可以亲眼看见数控单片机的各类技术应用。这个方案具有实际运用价值的重要原因是单片机低成本和高可靠性的特点。

这篇文章将介绍一种防盗装置,利用移动、电信等无线公网,能够根据井盖角度,智能检测井盖是否被移动过,一旦被非法移动就通过无线公网发送信息到后台监控中心。从而起到防盗的作用。

本文由以下几个部分构成:第二部分阐述设计方案的思路;第三部分介绍设计中所使用的硬件;第四部分是总结。

3设计思路

本设计主要由硬件设计、软件设计这两部分构成。模块分为多个子模块,如数据采集、数据分析、报警等。加速度传感器、单片机控制电路、无线短信发送装置三部分组成了电路结构。该系统完成信息的收集、信息的集中处理、数据传送至管理部门、自动报警等功能。

3.1硬件结构

由于铸铁井盖很重,多在30KG 以上,靠人力撬动并不省力,撬开时肯定会造成井盖倾斜一定角度。数据采集模块起到的作用就是采集到角度的倾斜信息。当井盖被盗时,CDMA 模块发送短信,可根据接收到信息的基站,大致确定被盗井盖的位置,进而捕获犯罪团伙。

采集角度信息最方便的是采用水银开关。水银控制开关其实也就是一种量子电路控制开关,它的又一个英文名字可以叫作是倾侧水银开关,以一个连接著两个电极的玲珑圆形容器可以储蓄一小滴滴的水银,惰性化的气体或者是真空就会注入这个容器中。一旦发生歪斜,两个电极都会被水银接触,相当于闭合开关,发出信号。这样做可以省去数据分析的步骤,但是水银对人体及环境均有毒害,万一发生泄漏不利环保。所以,设计中使用了加速度传感器来测量角度。近年来,随着技术的不断发展,传感器的体积不断减小,成本不断降低,这也增加了方案的可行性。

从我们分析这个单片核心系统模块的基本设计以及应用情况可以不难看出,该模块设计的一个中心控制单元其实就是一个单片机,因此这个核心系统设计是必须围绕这个单片机的基本设计要求出发的。硬件、软件主要部分构成了一个单片式微机系统。其中应用硬件主要包括应用单片机、输入/输出设备、和外围软件应用集成电路,软件主要指各种应用工作处理程序。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构:加速度传感器、报警模块、单片机等;设计中采用了2个单片机,一个与传感器相连,作为下位机,另一个一个与 CDMA 模块相连,作为上位机,上下位机之间利用串口通信。平时单片机工作于休眠模式,两单片机分步控制,传感器工作于量测模式,CDMA 模块关机。

3.2軟件介绍

省电是该设计的重要目标,采用器件的型号选择也是出于这个目的。Mega88正常情况下在32KHZ 频率下工作,功耗仅为1.8V:15uA,掉电模式电流只有0.1uA;CMA3000在40/10HZ 采样率下,正常工作电流也只有11uA。该设计中使用的 CDMA 模块是最耗电的,待机时电流为3mA,而通话时平均230mA,最高可达630mA,所以不需要发送信息的时候应当关闭CDMA 模块。发送一次短信需要10秒左右,一天的平均电流为50uA。由于井盖沉重,窃贼不可能在1分钟内就完成盗取工作,所以设计中,下位机每1分钟唤醒一次,持续5秒,接收传感器的信息,并作初步判断,是否大于20度,然后再决定是否需要唤醒上位机,平时处于休眠模式。CDMA模块每隔5分钟开机一次,如无信息需要发送,再进入关机状态。这种设计方式平均工作电流为100uA 左右,比起单片机一直处于工作状态节省了大约20%的功耗,如果没有盗窃情况发生,使用3.7伏、1000毫安时的电池,可工作416天,长达1年之后才需要更换电池。

Mega88提供了多种休眠模式:

SM2.0的指令为010时,SLEEP 就表示可以直接让MCU进入自动掉电关机模式。进入电源掉电保护模式后,停止快速晃动的放电晶体会使外部电源中断、两线串联并行输入地址进行匹配、看门狗继续正常工作。只有当外部进行复位、看门狗复位再中断后,BOD 复位、两线串联并行地址开始匹配、外部输入电压水平出现中断 INT0或者INT1现象,还有引脚电平中断变化才真正能够让引脚 MCU进入解脱或关闭掉电模式。当系统进入异步休眠控制模式时,时钟自动停止,异步模块继续工作。当我们使用外部电压水平中断的操作方式将 MC中断唤醒时,只能继续使外部有源电压水平保持一定的时间。从系统施加一个掉电唤醒延迟条件开始到真正掉电唤醒,这个过程是用于时钟重新开启并稳定下来。其中熔丝叫醒停止时间与电机熔丝位置图所定义的熔丝复位叫醒时间要求是一致的。

在现实应用中,我们不仅需要知道井盖是否被盗,还要知道这套电子报警系统是否仍在正常运作以及电池电量是否充足,于是,在程序中添加了一段每隔24小时报告系统情况的程序,主要作用是报告系统是否正常工作。

4总结

目前,由于环境因素,在“智能井盖”的市场上还没有一种适合所有情况、大规模的远程管理解决方案,而这没有解决方案的主要原因是安全性要求和成本方面。随着联网技术的飞速发展,该技术主要由卫星定位,移动通信和云计算的结合。从而诞生了智慧城市概念,沿着这个发展方向,对传统的市政基础设施进行改造,使其智能化、物联网化,提升城市治理水平,推进智慧城市的落地建设。防盗警报器将使公共设施管理部门能够快速有效地获取有关井盖的各种状况,可以以适当及时的方式保证公民的生命和财产安全,通过可靠,合理的整合和数字化的控制使市政管理的合理化。

通过建设城市已经改远程监控管理系统,还可大大提升地下管线施工、维护、安全防范管理水平,提高管理效率。

参考文献:

[1] 白云,杨宇帆.多功能井盖及包含多功能井盖的监测系统:CN210507540U[P].2020-05-12.

[2] 袁野.基于RFID技术的智慧海陵智能井盖系统的设计与实现[D].扬州:扬州大学,2018.

【通联编辑:闻翔军】


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