孫嘉鈺 李紅 陳銀亮 劉業(yè)林 駱琪 張桐赫 蔡天鵬

摘要：針對近年來我國窖井蓋存在的丟失、移位等情況對人身及財產(chǎn)安全造成的隱患，提出基于物聯(lián)網(wǎng)及NB-IoT技術的智能窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng)，由單片機和傳感器陣列組成窖井蓋終端檢測系統(tǒng)，可以隨時采集井蓋信息，實現(xiàn)對城市窖井蓋檢測及報警，從而最大化解決城市中窖井蓋存在的安全問題，本文主要介紹窖井蓋智能監(jiān)控系統(tǒng)的檢測與控制方式及涉及的通信技術。

關鍵詞：窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng);傳感器陣列;無線通信技術

城市智慧化已經(jīng)成為繼工業(yè)化、信息化、電氣化之后的第四次浪潮，建設智慧城市，是世界城市發(fā)展的前沿趨勢，隨著5G的到來，這一趨勢將被再次放大，在這萬物趨于互聯(lián)的時代，我們采用各類傳感器與通信模塊將井蓋與網(wǎng)絡互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)監(jiān)控平臺的實時監(jiān)控，順應了信息時代與智慧城市的發(fā)展。

智能窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng)，由多個傳感器及無線通信模塊組成，采用STM32單片機作為控制器，多種傳感器作為窖井蓋狀態(tài)檢測裝置。通過程序可以設置窖井蓋水位、溫濕度、傾斜度、光強的警戒值。實時接收數(shù)據(jù)，當任意一項數(shù)據(jù)超過警戒值立即報警。無線通信模塊選用NB-IoT模塊，通過單片機控制其發(fā)送實時數(shù)據(jù)及報警信息至監(jiān)控平臺。下面對窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng)所涉及到的相關技術進行簡要介紹。

1傳感器采集技術

1.1基于DHT11傳感器的溫濕度檢測技術

DHT11傳感器應用數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，能夠同時檢測窖井蓋內(nèi)部溫度與濕度。其與STM32單片機相連，確保測量精度為l℃，根據(jù)不同位置、不同作用的窖井蓋，可以設置不同警戒值，當超過警戒值時立即報警，并由無線通信模塊將報警信息傳送到監(jiān)控平臺。

1.2基于超聲波HC-SR04的水位檢測技術

使用超聲波SR04模塊測距來檢測水位，SR04通過向井蓋底部發(fā)射超聲波，并根據(jù)返回時間得出水位值，當窖井蓋內(nèi)部水位與檢測裝置之間小于0.6米時報警，在暴雨多發(fā)地或者連接地下水管處的井蓋，可以將檢測時間間隔縮短。

1.3基于光電對管的閉合檢測技術

光電對管也叫光電開關，是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路接通電路，從而檢測物體的有無。光電對管安裝在窖井蓋底部，當井蓋被移位時報警，監(jiān)控中心得到井蓋被移位的信息可以及時處理。

1.4基于SCA100T傾角傳感器檢測技術

SCA100T系列傾角傳感器測量角度范圍為300，將在窖井蓋傾角超過1°時報警，同時傾角傳感器也可在光電對管沒有正常T作時檢測井蓋被移位時傾角發(fā)生的變化，確保井蓋沒有丟失或打開。

2無線通信技術

智能窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng)需要無線通信模塊將信息實時發(fā)送到云監(jiān)控平臺上。適用于窖井蓋的無線通信技術主要有藍牙、WIFI、ZigBee、NB-IoT等，下面主要對這幾種無線通信技術進行介紹及對比。

2.1藍牙

藍牙技術是一種無線數(shù)據(jù)和語音通信開放的全球規(guī)范，為同定和移動設備建立通信環(huán)境的一種特殊的近距離無線技術連接。使用藍牙模塊安裝在窖井蓋上，可以使用移動設備通過藍牙連接，對一定數(shù)量的窖井蓋的實時情況進行短距離實時監(jiān)控。

2.2 WIFI

WIFI被廣泛用于各大公共場所及私人住所，幾乎所有智能手機電腦都支持WIFI連接，是當今使用最廣的一種無線網(wǎng)絡傳輸技術，覆蓋范圍相比較于藍牙連接增加了10倍。與藍牙相同，移動設備通過WIFI連接可以實時監(jiān)控窖井蓋的狀態(tài)，但同時也僅限于短距離，較少數(shù)量的連接。

2.3 ZigBee

ZigBeeD的主要特點是低速、低耗電、低成本，最高可連接65000個節(jié)點，應用于含有多個傳感器的智能窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng)，可以在實現(xiàn)短距離內(nèi)將云監(jiān)控平臺與多傳感器集成的井蓋監(jiān)控系統(tǒng)連接。

2.4 NB-IoT

NB-IoT是物聯(lián)網(wǎng)一個分支，它具有廣覆蓋、超連接、低功率、低成本的特點，適合智能窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的應用。NB-IoT模塊安裝在窖井蓋底部，用于將單片機控制系統(tǒng)處理的井蓋信息實時發(fā)送至監(jiān)控平臺進行數(shù)據(jù)可視化。由于其特性，在位置偏遠，深度較深的井蓋也不會影響信息的發(fā)送，有效避免系統(tǒng)報警后信息無法及時處理的問題。

3基于NB-IoT云監(jiān)控平臺

云監(jiān)控平臺接收與其連接的所有窖井蓋的IoT數(shù)據(jù)，其中包括窖井蓋的實時狀態(tài)信息和單片機控制系統(tǒng)所發(fā)出的報警信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，便于管理者輕松了解井蓋實時的狀態(tài)，并對報警信息進行處理，真正實現(xiàn)智能窖井蓋的實施監(jiān)控。

4結束語

綜上所述，在物聯(lián)網(wǎng)高速興起并發(fā)展的今天，將基于單片機及多傳感器的窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng)與NB-IoT技術相結合，構建一個可以實現(xiàn)云監(jiān)控的智能窖井蓋監(jiān)控系統(tǒng)，是實現(xiàn)智慧城市中智慧環(huán)境方向的一個重要分支，在便于政府管理城市的同時，為人身及財產(chǎn)安全提供了保障。

參考文獻

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項目：2019年度大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃省級項目《基于物聯(lián)網(wǎng)的智能井蓋監(jiān)控系統(tǒng)設計》;吉林省教育教學“十三五”規(guī)劃2017年度重點課題，課題批準號ZD17095;2018年吉林省高等教育教學研究課題《新工科背景下電子信息工程專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實踐》。