张宏伟 孙影

摘 要：随着城市智慧化的日益完善以及物联网技术发展，对井盖的智能化提出了更高的要求，该智能井盖通过下位机的相关传感器采集多种重要数据，如果采集到的任何数值有异常，井盖可以实现报警功能，同时通过无线通信模块将检测数据传输至上位机的监控系统，工作人员会根据上位机的数据来判断井盖的现状并做出相应的举措，这样就可以监测到每个井盖的实时数据，根据显示井盖的问题，工作人员判断是否需要派人去维修或者更换。

关键词：智能井盖;监控;传感器

引言

伴随着我们国家基本设施建设事业的日益发展，各种类型的公共设施也越来越多，这样地下管道设备也日渐增多，与之配套的井盖也会不断增加[1]。这些井盖的安全问题以及管理问题日渐突出，比如由于井盖的年限多、老化严重、磨损严重等等;比如由于管理不好，使得部分井盖被偷盗，这样就造成了伤人、损车等事件的屡次发生，对人们的出行安全造成了很大的影响，同时对城市的智慧化也造成了严重的影响。该设计采用多种传感器集于一身，采集井盖的倾角、井内甲烷浓度、温度、水位数据进行采集，根据这些数据是否异常来判断是否需要进行报警，同时对每一个井盖进行编码，将采集到的数据以及井盖的编码通过无线通信模块传递到上位机的终端，管理人员可以监控系统来确定问题井盖的位置以及出现什么问题，进一步判断井盖需要维修还是更换。通过在井盖内部安装倾角传感器来监控井盖状态，根据不同要求加装如在燃气井盖下安装甲烷传感器，雨水井盖下安装超声波水位传感器，电力井盖下安装温度传感器从而达到对井内状态监控，如果这些数据异常，报警电路就会发出声光警报，然后通过传输模块将这些数据传输至终端的系统中，这样上位机的管理人员也会知道井盖的实时数据，这样就能够实现对井盖的大面积监测，同时通过开发研究智能井盖的管理系统，减少管理成本，提高维护效率，保护市民出行安全，对发展和建设智慧城市有一定的帮助，同时能够提高人们生活的幸福指数

1 智能井盖的设计方案

智能井盖监测系统将多种传感器理人员能够实时监测以及确定井盖的位置。采用气体传感器来检测井内有毒有害气体是否超过标准;采用超声波传感器检测井内水位的情况;采用温湿度传感器检测井内的温湿度是否满足要求;采用姿态传感器检测井盖是否移位和被盗;采用定位传感器来确定井盖的位置，采集到的这些数据如果有异常，井盖内部设置报警电路进行报警，提醒人们或车辆井盖异常请注意避让，同时将数据传输至管理人员，管理人员进一步判断井盖的情况，如果需要维修或者更换，工作人员可以根据定位模块迅速准确的找到问题井盖，这样就能够有效地弥补人员巡查管理的不足，提高了工作效率、减少了工作量该智能井盖系统采用STM32F103芯片作为主控芯片，它具有丰富的国产技术文档以及详细的原理、还具有基础传感器的大多数的电路图、价格低廉、功率非常低等等一系列的优点，这些优点能够满足该系统需要的所有功能;该系统中的气体传感器选择MH-742B型号的可燃气体传感器，这一个通用型智能红外气体传感器，它可以对井盖内的可燃气体、氧气、硫化氢等气体浓度进行监测，工作人员可以根据显示的数值来判断井盖内是否安全，这样极大的保护了工作人员的人身安全。该气体传感器擦剂到的数据通过无线传输模块将井盖内部的气体含量等情况传输至上位机的监控系统中，如果监控的气体浓度过高的时候，井盖会发生报警同时监控系统也会提示工作人员具体井盖的气体含量的情况。由于井盖下需要监测的气体不止一种而是多种有毒有害气体，所以采用的模块中必须整合多个高精度智能气体传感器的模组合，采用这样的模块组合能够检测多种气体，使井盖内的有毒有害气体没有办法伤害下井的工作人员，这样就为智慧城市、智慧工厂、城市地下管廊等的环境系统监测提供了有效可靠的保证;该系统中的姿态传感器采用MPU6050型号的传感器，井盖倾斜角度的变化用此传感器来检测，根据井盖的倾斜角度来判断井盖只是松动了还是被开启了，这样可以判断井盖的现状进而使工作人员做出相应的反应。该传感器是利用陀螺仪模块实现的，这个传感器精度高，能够检测的角度变化范围也是很小的，可以检测角加速度和加速度这样两个功能，采用常用的通信协议，操作简单。我们在使用这个传感器的时候，可以将它贴在井盖上面，如果人们或者车辆经过井盖的时候，井盖可能发生了微小的角度变换，那么认为井盖松动了，如果井盖被人撬起来的时候，井盖将会发生了较大的角度变换，此时就认为井盖被盗了，此时井盖会发生报警。同时将井盖检测到的数据传至上位机的监控系统中，不管哪种情况，如果井盖倾斜的角度大于30°时，我们认为此时井盖被抬起，即可能被偷盗;如果井盖倾斜的角度在-5°～5°之间波动不断的时候，我们认为此时井盖为松动，需要工作人员进一步做出相应的判断，调取周围井盖的监控查看到底是哪一种情况，这样就可以防止井盖被盗给人们和车辆造成伤害，如果井盖松动过度，需要派人去维修，以免发生危险;该系统采用地磁传感器来检测车辆的通行情况，实现车流量监测功能该传感器可以精确地探测出周围的磁场情况，当附近有车辆经过的时候，车辆就会对地磁场产生干扰，该模块就会检测到磁场发生一定的变化，这样的话就能够检测车辆是否经过井盖，根据经过车辆的多少来判断一下井蓋的材料等相关信息。该系统的超声波传感器可以采用型号为MB7066传感器，利用超声波在空气中传播，当传感器发射超声波之后，若该超声波遇到阻碍物以后发射回来，传感器接收发射回来的超声波，通过这个时间差，利用发射和接收的时间差以及超声波在空气中的传播速度计算发射点到障碍物的实际距离。该传感器检测到的实际距离的大小直接反映了井下水位的变化情况，用该传感器来检测井内的水位情况，根据水位的高度来看一下井内的积水程度，然后根据积水程度的大小判断是否堵塞以及堵塞的程度，如果情况超过设定值，井盖将会报警，同时人们根据上位机系统的水位检测端来观察一下是否需要派人维修以及是否关闭报警信号，如果积水严重就需要派人维修。温湿度传感器采用LM35DZ型号的传感器，在井盖内侧的边缘安装温湿度传感器，用该传感器来监测地表温度和湿度的情况，将监测的状况传输至上位机的监控系统，工作人员根据该传感器来监测地表温度和湿度的情况，反映出天气的情况，然后判断是否要做出相应的具体措施。当下雨天湿度较高或者路面积水通过井盖边缘渗入的时候，传感器检测到的湿度值超过设定值，井盖会报警，同时监控系统会提示工作人员哪一个井盖积水严重，然后工作人员做出相应的举措。该系统中采用GPS进行井盖定位，这样方便工作人员准确找到问题井盖的位置智能井盖的设计方案中，下位机通过相关的传感器采集数据，根据数据是否异常选择井盖是否报警，根据数据报警保证不发生意外事故，同时将采集到的数据通过无线传输模块将数据传至上位机的监控系统中，然后工作人员可以实时监控下位机的数据并做出相应的应对方案。下位机的传感器主要有温湿度传感器、气体传感器、GPS传感器、地磁传感器、姿态传感器和超声波测距模块，传感器采集数据传至上位机，再对这些数据进行分析，从而得到井盖目前的工作状态。该智能井盖通过单片机和传感器相结合的方式，将采集数据传输至监控系统，工作人员可以实时了解每一个井盖的状态，达到了有效和全面监控井盖的目的。

2 智能井盖的应用

在城市中，给水、排水、燃气、热力、电力、通信等各类市政的公用设施日益增加和完善。为了满足井盖的维护和安全的需要，人们需要定时的检查井盖的状况，传统的井盖存在很多的问题，比如井盖数量多、分布范围广，并且属于不同的区域，管理难度很大等等，这样就存在没有来得及井蓋维护、不知道井盖实时状态等问题，对人们和车辆的安全造成严重的影响，还会有井盖维护成本高，效率低等问题。因此为了维护人民的安全、提高人们的工作效率。在智慧城市中，井盖的智能化是不可缺少的一部分，因此开发和研究智能井盖的上位机和下位机系统，减少管理成本，提高维护效率，保护市民的出行安全，是助力智慧城市的发展建设必不可少的一部分。由于人工智能、大数据分析技术和物联网技术的迅速发展，人们对便捷的、高效的生活方式要求更高，因此建设智慧城市、智慧道路等智能化的基础设施是未来城市的趋势。传统的井盖以及管理模式已经无法跟上智能设施的步伐，所以传统的井盖必将被智能化的管理模式代替。搭建基于气体传感器、姿态传感器、超声波水位传感器、温度传感器、地磁传感器和GPS传感器等于一身的智能井盖数据采集系统，将采集到的数据通过无线传输的模式传至监控系统中，人们在平台上能够实时掌握监控井盖的状态，当监测的数据发生异常的时候，比如井盖的倾斜角度太大、井内水位太高、井内有害气体含量有时候可能会太高、某些地区的温湿度太大等情况，传感器检测到这些数据之后，井盖的报警系统发出报警信号之后，同时将这些异常的状况传递到上位机的工作人员，工作人员发现这些异常情况，然后根据定位模块快速准确的找到问题井盖，让工作人员迅速准时达到现场，这样不仅可以节约工作人员的工作时间，同时可以减小工作人员的工作的强度。

3 结论

该智能井盖系统避免了传统井盖中存在的一些列问题，比如井盖被盗使行人坠落、井盖使用不当造成的安全隐患、不合格产品存在的安全隐患以及井盖晃动导致噪音扰民等现象的存在。该智能井盖数据采集系统将多种传感器融入下位机中，如果检测的数据中无论哪一个数据存在异常，井盖会出现报警，同时将采集到的数据通过无线传输的模式传至上位机的监控系统中，工作人员不仅可以实时掌握每一个井盖的现状还能够根据定位模块快速的找到问题井盖，让工作人员迅速准时达到现场，这样不仅可以节约工作人员的工作时间，同时可以减小工作人员的工作的强度，实现了智能化管理井盖的目的。该智能井盖的使用，将上位机和下位机有机结合在一起，制作出智能化井盖以及井盖管理系统，不仅使得城市的井盖得到了保护，同时也保障了人们和车辆的安全，智能井盖为建立智慧城市奠定了技术支撑和数据依据，实现了对城市的井盖进行大面积监测、实时监控以及准确定的目的，这样对于城市现代化的促进有一定的帮助作用，同时可以推动智慧城市的进程，进一步保障市民的出行安全，提高人们生活的幸福指数。

参考文献：

[1]李钧，孙宇，沈义，等. 道路井盖实时化监测技术应用分析[J]. 居业，2020，（07），73-74.

[2]王悦怡，张晗. 基于物联网的智能井盖数据采集与传输[J]. 农家参谋，2020，（23），96-96+121.

[3]刘忠强，张立，张春晓，等. 城市智能井盖监测系统设计[J]. 智能计算机与应用，2020，10（03），260-262.

[4]李昱颉，程强. 基于物联网技术的智能井盖系统研究[J]. 南方农机，2019，50（18），12.

[5]梅沁，虎啸，徐俊，等. 基于电力物联网的智能井盖安全防护技术研究[J]. 电工技术，2019，（22），120-122.

作者简介：

张宏伟（1985-），女，黑龙江哈尔滨人，黑龙江省大庆师范学院机电工程学院教师，硕士，从事信号与信息处理方向研究。

孙影（1987-），女，黑龙江大庆人，黑龙江省大庆师范学院机电工程学院教师，硕士，从事检测技术与自动化装置方向研究。

基金项目：

大庆市指导性科技计划项目《基于物联网的城市智能井盖管理系统的设计与实现》（编号zd-2020-05）

（大庆师范大学 机电工程学院，黑龙江 大庆 163712 ）