基于物联网技术的智能井盖系统的设计与实现

赵丽

摘 要：根据目前城市管道井的分布特点，基于物联网技术设计了能准确预警的智能井盖系统。结合独特的机械结构和压电陶瓷充电技术，使系统在恶劣环境下能准确预警减少损失，并且能给监管部门提供帮助，绿色实用。

关键词：ZigBee 物联网 智能井盖

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（a）-0003-02

早在2008年，在纽约召开的外国关系理事会“智慧的地球”这一理念被首次提出，进而引发了智慧城市建设的热潮。2010年，IBM正式提出“智慧的城市”这一概念，包括智慧的医疗、智慧的交通、智慧的教育、智慧的能源、智慧的运输、智慧的通信等。智能井盖系统是智慧城市中的一个小小分支。随着城市的迅速发展，越来越多的管道井分布在城市的各个角落，车来车往马路上的管道井盖更不计其数。繁忙的交通、恶劣天气等原因导致破损、丢失井盖不能及时维修更换，造成巨大安全隐患，道路漫水等恶劣天气时后果更严重。

1 智能井盖系统概述

智能井盖系统主要包括三部分：智能井盖、通信网络和监管中心。系统简单框图如图1所示。井盖上安装有预警警示牌和zigbee无线通信模块；通过无线通信模块与监控中心实时通信。监管中主要负责后台管理，实现可视化监管。

2 物联网技术

物联网，即利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。中国物联网校企联盟将物联网定义为当下几乎所有技术与计算机、互联网技术的结合，实现物体与物体之间、环境以及状态信息实时的共享以及智能化的收集、传递、处理、执行。该系统属于典型的物联网系统，底层通过ZigBee技术实现井盖的互联，通过ZigBee-GPRS网关实现终端与监控中心的通信[1]。

ZigBee技术在世界范围内采用2.4 GHz ISM频段，划分成16个信道，数据传输速率为250 Kbps，其成本低、功耗低， 而且无线节点的组网能力很强。ZigBee无线网络不仅能提供不同等级的通信安全措施，而且还可以针对不同的应用场合采用灵活的设计方案，用完整的通信握手协议保证数据传输的可靠性[2]。监控器采用ZigBee技术支持的网状网络拓扑结构。除网状拓扑结构外，ZigBee还支持点对点、星状、簇树状等网络拓扑结构[5]。

3 智能井盖设计

智能井盖监测功能框图如图2所示。考虑常被车辆碾压的特点电池充电电路选用电陶瓷充电技术，将碾压机械力转换为电池电能。ZigBee通信电路选用基于IEEEE802.15.4标准的通讯模块--Digi公司的XBeePro模块。XBeePRO模块内置协议栈，通过串口使用AT命令集设置参数，通过串口进行数据交互，使用方便。

智能井盖的机械结构如图3所示，主要包括挂耳、扭力弹簧、销轴、连杆、预警牌、井盖和井盖座、浮子，无线通讯模块等部分组成。当井盖出现丢失或破损，预警牌靠扭力弹簧反弹力绕销轴向上翻转并上举，启警示作用，连杆向上翻举时触发常開触点开关控制电路工作，发出无线信号的同时点亮预警牌[3]。恶劣天气下当井盖被水淹时充气浮子浮起，浮子上的报警指示灯起准确预警功能。井盖上面敷设并联压电陶瓷片，将碾压势能转化为电能[4]。

4 监管中心管理平台设计

监控中心软件以SQLServer数据库为基础，采用C#编程，主要实现用户管理、参数设置、实时监控、数据分析、GIS等功能[5]。采用图形化方式显示对应的设备故障，例如，当井盖丢失时在GIS地图上显示井盖位置并报警；根据井盖丢失位置、次数和丢失原因等数据统计，进行大数据分析，对井盖维护维修及预警提供辅助决策；提供短信及界面信息推送功能，及时通知管理人员；提供手机APP功能，充分发挥移动终端的优势。

5 结语

该设计已获得国家实用新型专利，专利号为：采用电陶瓷充电技术和特殊的机械结构创新性的解决了道路上的井盖的充电和预警问题，准确成功预警提高了安全性能的同时合理利用有效能量资源，安全绿色环保。

参考文献

[1] 冀常鹏.AVR单片机GSM/GPRS应用技术[M].北京：国防工业出版社，2011.

[2] 吕治安.ZigBee网络原理与应用开发[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[3] （美）奇罗尼斯，著.机械设计实用机构与装置图册[M].邹平，译.北京：机械工业出版社，2007.

[4] 周志敏.充电器电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2005.

[5] （美）索利斯，著.C#图解教程[M].4版.姚琪琳，译.北京：人民邮电出版社，2013.