本发明涉及市政道路领域，特别是涉及一种窨井盖实时监测装置及系统。
背景技术：
随着经济的发展，城市化、智能化已是各地区必然的选择。而窨井盖是现代城市中重要的公共基础设施之一，是管理和维护城市地下污水、通信电缆(光缆)、燃气管道和供水管道等必不可少的设备之一。随着新农村建设的推进，农村也建立了良好的排水系统与通信系统，为人们提供了良好的生活坏境。当然，柏油马路上的窨井盖也是必不可少的。
全国各地每年由于窨井盖的破碎或缺失导致的安全事故屡屡发生，据调查，造成窨井盖损坏的主要原因是大型车辆的碾压。窨井盖理论上可以承受一定吨位的重压，但是由于实际工程中车辆自重较大，特别是在某些超载的货车重压之下，这些窨井盖很容易被压陷导致损坏，而当窨井盖损坏得不到及时的更换时，就会威胁到路面上的车辆和行人的安全，形成安全隐患。
现有技术中，已有多种窨井盖破损检测系统，一般通过在窨井盖上安装破损检测装置，当窨井盖破损后，破损检测装置发送破损信号至处理器，再由处理器上报上位机或服务器通知维修人员更换窨井盖。破损检测装置有的采用在井座中嵌入非接触式开关，在窨井盖与井座的接触面安装永磁体，当非接触开关的输出信号状态发生改变，判定为井盖破损，上报系统，该破损检测装置只有在窨井盖发生较大破损时才能检测到，在较轻破损时不能上报，这时对车辆和行人存在较大安全隐患；对此，现有技术中国专利cn106442633a中，提出了在窨井盖中预埋检测线的破损检测装置，在窨井盖有较轻的破损时，检测线会断裂并发出破损信号，该方案在窨井盖处于承载较轻的路况应用中，在较轻破损还不能构成车辆和行人安全时就需要更换窨井盖，会造成资源浪费，增加成本。
综上所述，现有技术中的窨井盖破损检测装置及系统存在不能准确检测出窨井盖的具体破损程度，不能根据窨井盖的实际应用场景设置允许的极限破损，更不能在达到允许极限破损前上报相关部门及其工作人员，以便及时更换窨井盖，消除路面上的车辆和行人的安全隐患。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种窨井盖实时监测装置及系统。
为了实现本发明的上述目的，本发明的第一方面，提供了一种窨井盖实时监测装置，包括处理器和破损检测模块，所述破损检测模块包括设置在窨井盖内或覆盖窨井盖表面的多条检测线和采集电路，所述检测线并接后串接入采集电路；所述处理器和采集电路设置在窨井盖下；
采集电路输出端与处理器信号采集端连接，采集电路输出端的电平大小与窨井盖的破损程度对应。
在本发明的另种优选实施方式中，还包括通信模块，所述通信模块输入端与处理器通信端连接，通信模块输出端与服务器无线连接。
在本发明的再种优选实施方式中，还包括破损阈值存储器，所述破损阈值存储器存储着根据窨井盖所在道路情况设定的破损报警阈值，所述破损阈值存储器的输出端与处理器的破损阈值输入端相连；
和/或在窨井盖处设置输入设备，输入设备输出端与处理器阈值输入端连接，相关人员可现场通过输入设备设定破损报警阈值。
在本发明的再种优选实施方式中，还包括警示装置，所述警示装置的控制端与处理器的警示装置信号输出端相连，当窨井盖的破损达到破损报警阈值时，处理器使警示装置工作警示车辆和行人。
在本发明的再种优选实施方式中，所述警示装置为设置在窨井盖附近的声音提示模块和/或设置在窨井盖周围的警示灯。
在本发明的再种优选实施方式中，还包括设置在窨井盖附近的显示屏，所述显示屏的输入端与处理器显示输出端连接。
在本发明的再种优选实施方式中，还包括在窨井盖下设置的用于检测可燃气体浓度信息的可燃气体传感器，所述可燃气体传感器输出端与处理器燃气检测端连接，当可燃气体度达到预设燃气报警阈值时，处理器通过通信模块上报服务器，同时进入停止工作模式；
和/或还包括设置在窨井盖下的温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器输出端和湿度传感器输出端分别与处理器温度检测端和处理器湿度检测端连接，当湿度或浓度达到预设温度报警阈值或预设湿度报警阈值时，处理器通过通信模块上报服务器，同时进入停止工作模式；
和/或还包括设置在窨井盖下的用于检测窨井盖下方水位的超声波传感器，所述超声波传感器输出端与处理器水位检测端连接，当窨井盖下方水位达到预设水位报警阈值时，处理器通过通信模块上报服务器，同时进入停止工作模式。
在本发明的再种优选实施方式中，在窨井盖内部设置有静电屏蔽层；
和/或在处理器、通信模块、输入设备、显示屏、超声波传感器、可燃气体传感器、温度传感器和湿度传感器中至少一个的外部设置有屏蔽罩。
在本发明的再种优选实施方式中，采用市电和锂电池双电源供电，所述锂电池可充电反复使用，在市电故障时为窨井盖实时监测装置供电。
本发明的第二方面，提供了一种窨井盖实时监测系统，包括多节点的服务器，分散布置在各窨井盖处的窨井盖实时监测装置，以及至少一个客户端；
所述窨井盖实时监测装置分别与至少一个服务器无线连接，所述客户端与服务器通信连接，多个服务器之间信息互联共享，客户端通过服务器查看任一窨井盖的实时破损情况；
所述服务器存储有窨井盖实时监测装置发送的窨井盖破损实时监测信息，且该实时监测信息可与其他系统服务器共享，服务器在任一窨井盖的破损达到破损报警阈值时，向相关部门发送消息和/或相关人员的手机发送短信。
在本发明的再种优选实施方式中，所述客户端包括装载有可查询各窨井盖实时破损信息的app的手机。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明相对于市面上利用物理原理的产品来说更加智能化，能准确识别窨井盖具体的破损值，通信模块自动上传破损数据到服务器，有关部门可通过不同平台实时获得各个窨井盖的破损情况；能够根据窨井盖所处道路情况给窨井盖设置不同的破损报警阈值，更合理，能有效利用资源；通过警示灯和声音提示模块警示车辆和行人，减小安全隐患；显示屏幕滚动显示窨井盖的相关负责单位信息及其联系方式，行人发现后可以及时反馈给相关负责单位；本发明将物联网技术融入其中，服务器设置了多个节点，用户可以实时获得各个窨井盖数据信息，系统可扩展性较高。窨井盖实时监测装置具有优良的整体电磁屏蔽性能。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式中窨井盖实时监测装置的结构框图；
图2是本发明一具体实施方式中窨井盖实时监测装置中检测线布设图一；
图3是本发明一具体实施方式中窨井盖实时监测装置中检测线布设图二；
图4是本发明一具体实施方式中窨井盖实时监测系统的系统框图；
图5是本发明一具体实施方式中窨井盖实时监测装置的采集电路结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语″纵向″、″横向″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1所示为本发明一种优选实施方式中窨井盖实时监测装置的结构框图，在本实施方式找那个，该装置包括处理器和破损检测模块，破损检测模块包括设置在窨井盖内或覆盖窨井盖表面的多条检测线和采集电路，检测线并接后串接入采集电路；所述处理器和采集电路设置在窨井盖下，
采集电路输出端与处理器信号采集端连接，采集电路输出端的电平大小与窨井盖的破损程度对应；
优选的该实时监测装置还包括通信模块，通信模块输入端与处理器通信端连接，通信模块输出端与服务器无线连接。实现窨井盖破损数据的实时上传。
在本实施方式中，处理器可选择带有a/d采集和多输入输出i/o口的mcu或单片机；考虑到性价比，优选的，处理器选用stm32单片机，单片机型号可为stm32f103ze16。通信模块可选择gsm模块，优选的，通信模块型号为sim900a。优选的，检测线可为具有易断特性的较细的漆包线，检测线可在窨井盖生产完成后，通过粘胶等方式紧贴设置在窨井盖表面或底部，也可以在生产过程中掩埋在窖井盖中，还可在检测线上设置保护套。
在本实施方式中，采集电路用于将破损信号转换为破损电压信号，并将破损电压信号转换为合适范围的电压，以便处理器的a/d采集模块采集，考虑到简化电路结构，采集电路可选用如图5所示的电路结构，通过上拉电源vcc和分压电阻r，将破损信号转换为合适的电压信号传送给处理器信号采集端。也可以选用电压运算放大器，将破损信号转换为合适大小的电压信号。优选的，还可以在采集电路输出端v采集与处理器信号采集端之间串接一rc低通滤波器，滤除线路干扰。
在本实施方式中，多根检测线并联之后串接入采集电路，窨井盖破损较轻时，检测线断裂根数较少，采集电路输出电压v采集较小，窨井盖破损较重时，检测线断裂根数较多，采集电路输出电压v采集较大，因此可根据采集电路输出电压v采集的电平大小检测窨井盖的具体破损程度；优选的，检测线均匀布置且覆盖整个窨井盖更有利于准确反应窨井盖的破损程度，图2和图3分别给出了检测线在窨井盖内部的两种分布形式。
在本实施方式中，处理器与通信模块可通过串口建立数据通信连接，通信模块实时的将窨井盖破损程度数据发送到服务器，以供相关人员查看和处理。为了便于安装和安全，将处理器和采集电路设置在窨井盖下。通信模块可设置在窨井盖下，也可设置窨井盖附近处，优选的可设置在附近的人行道上。
在本发明的一种优选实施方式中，还破损阈值存储器，破损阈值存储器存储着根据窨井盖所在道路情况设定的破损报警阈值，破损阈值存储器的输出端与处理器的破损阈值输入端相连。破损报警阈值可由相关人员通过远程的服务器设定，通过无线传输至窨井盖实时监测系统装置；
和/或在窨井盖处设置输入设备，输入设备输出端与处理器阈值输入端连接，相关人员可现场通过输入设备设定破损报警阈值。
在本实施方式中，因每条道路的过往车辆的运载不同，行人流量也不相同，因此，为了更智能和合理的利用资源，也便于在安全事故发生前及时更换窨井盖，在处理器内部的存储模块中设置一个破损阈值存储器，或者外设破损阈值存储器，该破损阈值存储器的输出端与处理器的破损阈值输入端相连，存储有破损报警阈值，其低于窨井盖无法使用时极限破损值。破损报警阈值可通过相关部门客户端设置后，通过服务器发送设置量至监测装置，并由通信模块转送至处理器，且存储在破损阈值存储器中。处理器会间隔对采集电路输出电压v采集，并从破损报警存储器中取出破损报警阈值进行比较，若达到破损报警阈值，则通过通信模块上报服务器，由服务器通知相关部门和相关人员处理，若未达到破损报警阈值，上报服务器后，装置则进入低功耗模式，等待下一检测时间到来，间隔时间的大小可根据路况设定，可通过处理器内部或外部的带中断功能的计时器实现。破损阈值存储器可为处理器内部的存储单元，也可为分离设置存储元件。
在本实施方式中，破损报警阈值的设定也可通过设置在窨井盖处的输入设备实现，输入设备可放置在井盖下，也可安装在窨井盖道路旁的显示屏处；输入设备可选用两个按键来实现。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括警示装置，警示装置的控制端与处理器的警示装置信号输出端相连，当窨井盖的破损达到破损报警阈值时，处理器使警示装置工作警示车辆和行人。
在本实施方式中，警示装置客选用声音或光或气味警示。警示装置：
包括设置在窨井盖周围的警示灯，当窨井盖的破损达到破损报警阈值时，点亮警示灯警示车辆和行人，警示灯的点亮控制端与处理器点灯输出端连接。警示灯包括led灯、凹槽和承重结构，凹槽设置在窨井盖外周，将单个或多个led灯安装在凹槽内；承重结构设置在凹槽上部，承重结构为可承受高强度碾压的钢铁环或塑料环，且在钢铁环或塑料环的表面上开设多个透光孔，可保护led灯不让汽车碾压，还能透光，警示路人。
和/或还包括设置在窨井盖附近的声音提示模块，在窨井盖的破损达到破损报警阈值时，通过声音对车辆和行人警示，声音提示模块的输入端与处理器声音输出端连接。声音提示模块与处理器的连接线可通过管道保护后，掩埋入道路下。声音提示模块可选用蜂鸣器。声音提示模块可与显示屏设置在一处，也可单独设置。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置在窨井盖附近的显示屏，显示屏的输入端与处理器显示输出端连接。
在本实施方式中，显示屏可选用led灯点阵显示屏，其设置在窨井盖附近，如人行道上，其与处理器显示输出端的连接线可通过管道保护后，掩埋入道路下的方式连接显示屏和处理器。显示屏滚动显示该窨井盖相关负责单位信息及其联系方式，行人发现窨井盖破损或其他异常时可以及时反馈给相关负责单位。优选的，可将通信模块和显示屏一起设置在窨井盖附近的人行道上。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括在窨井盖下设置的用于检测可燃气体浓度信息的可燃气体传感器，可燃气体传感器输出端与处理器燃气检测端连接，当可燃气体浓度达到预设燃气报警阈值时，处理器通过通信模块上报服务器，同时进入停止工作模式；
和/或还包括设置在窨井盖下的温度传感器和湿度传感器，温度传感器输出端和湿度传感器输出端分别与处理器温度检测端和处理器湿度检测端连接，当湿度和/或浓度达到预设温度报警阈值和/或预设湿度报警阈值时，处理器通过通信模块上报服务器，同时进入停止工作模式；
和/或还包括设置在窨井盖下的用于检测窨井盖下方水位的超声波传感器，超声波传感器输出端与处理器水位检测端连接，当窨井盖下方水位达到预设水位报警阈值时，处理器通过通信模块上报服务器，同时进入停止工作模式。
在本实施方式中，当窨井盖用于燃气系统时，为了保证可燃气体运输的安全，避免可燃气体泄漏，甚至因实时监测装置的静电累积产生爆炸事故，在窨井盖下设置可燃气体传感器，同时在处理器内部存储模块中设置一个燃气阈值存储器，燃气阈值存储器存储着预设燃气报警阈值，燃气体传感器检测到可燃气体浓度达到预设燃气报警阈值时，通过通信模块上报服务器，及时通知相关部门处理，同时，切断电源，进入停止工作模式。
在本实施方式中，由于处理器或通信模块等对工作环境的温度和湿度有要求，因此需要在窨井盖下的温度传感器和湿度传感器，并在处理器内部存储模块中设置一个温度阈值存储器和一个湿度阈值存储器，分别存储着预设温度报警阈值和预设湿度报警阈值。当检测到温度和/或湿度达到预设温度报警阈值和/或预设湿度报警阈值时，为保护处理器等模块，通过通信模块上报服务器实际情况，并进入停止工作模式。
在本实施方式中，当窨井盖用于下水道系统时，需要防备水位上涨损坏设置在窨井盖下的处理器或通信模块等，因此，在窨井盖下设置超声波传感器，用于测试窨井盖下的水位，在处理器内部存储模块中设置一个水位阈值存储器，其存储有预设水位报警阈值，当水位达到预设水位报警阈值时，上报服务器，通知相关人员及时处理，同时进入停止工作模式。
在本实施方式中，停止工作模式可为处理器进入关机模式，也可通过外设一个继电器，继电器的线圈通电控制端与处理器停止工作信号端连接，继电器的触点开关串接在装置的供电回路上，处理器需要进入停止工作模式时，处理器停止工作信号端发送断电信号至继电器的线圈通电控制端，使继电器线圈不通电，继电器触点开关断路，切断对装置的供电。
在本发明的一种优选实施方式中，在窨井盖内部设置有静电屏蔽层；
和/或在处理器、通信模块、输入设备、显示屏、超声波传感器、可燃气体传感器、温度传感器和湿度传感器中至少一个的外部设置有屏蔽罩。
在本实施方式中，为了应对不同坏境(如电线、光纤等)对系统装置的干扰，在窨井盖内部设计了一层静电屏蔽层，不影响智能监测，以及将外设模块如处理器、通信模块、输入设备、显示屏、超声波传感器、可燃气体传感器、温度传感器和湿度传感器中至少一个的放入金属屏蔽壳里，需给通信模块的天线预留空间，整体电磁屏蔽性能优良。
在本发明的一种优选实施方式中，采用市电和锂电池双电源供电，锂电池可充电反复使用，在市电故障时为窨井盖实时监测装置供电。
在本实施方式中，给装置供电时，考虑到应急领域，硬件需要应对突发情况，并且需要长时间运行，设计采用接入220v市电和锂电池双供电功能。具体为外接市电给装置供电的同时给电池充电，当市电供电故障时，可由锂电池给装置供电；市电转直流电压，降压电路，以及电池充电等电路现有技术中已有多种实现方案，不作为本发明的技术要点，在这里不再赘述。
图1所示为本发明一优选实施方式中窨井盖实时监测装置的装置分布图，如图所示，警示灯设置在窨井盖周围，显示屏通过地下管道保护连接线与处理器连接，处理器以及各传感器通过金属屏蔽罩设置在窨井盖下面。
图4所示为本发明一优选实施方式中窨井盖实时监测系统的系统框图，包括多节点的服务器，分散布置在各窨井盖处的窨井盖实时监测装置，以及至少一个客户端；
窨井盖实时监测装置分别与至少一个服务器无线连接，客户端与服务器通信连接，多个服务器之间信息互联共享，客户端通过服务器查看任一窨井盖的实时破损情况；
服务器存储有窨井盖实时监测装置发送的窨井盖破损实时监测信息，服务器在任一窨井盖的破损达到破损报警阈值时，向相关部门发送消息和/或相关人员的手机发送短信。
在本发明的一种优选实施方式中，客户端包括装载有可查询各窨井盖实时破损信息的app的手机。
在本实施方式中，该窨井盖实时监测系统能够检测多个窨井盖破损程度、并能警示行人和传输有关破损数据到相关部门与人员。通信模块提供通讯功能，包括上传数据至http协议的服务器与发送短信；服务器会传输有关破损信息到相关部门，同时上传有关信息到工作人员手机app上以及发送短信给工作人员报修。如果井盖是完好的，在处理器间隔时间检查时监测系统会自动进入低功耗模式；该监测系统的服务器数据可以与其他服务器实现共享，可以供上一级部门查询与调用，实现数据互联，用户可通过不同平台客户端访问网址来获得各个窨井盖的数据。
在本实施方式中，开发了应用于安卓平台的窨井盖实时监测系统app，只要安装了app，相关人员便能通过手机查询和监视各个井盖的实时情况。为了更好的监测，在上传数据至服务器时，还会发送具有相关数据的短信到指定工作人员的手机。安卓app或手机短信可获得各个窨井盖的实时数据，从而达到实时监测的目的。
在本说明书的描述中，参考术语″一个实施例″、″一些实施例″、″示例″、″具体示例″、或″一些示例″等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。