基于NB-iot的低功耗井盖异动检测系统的制作方法

本实用新型涉及井盖异动检测，更具体地说是一种基于nb-iot的低功耗井盖异动检测系统。

背景技术：

随着城市物联网的发展，市政设施设备管理成为不可缺少的一个环节，其中井盖管理就是其中不可或缺的一部分。大量的井盖缺少实时监管，给不法分子提供了可乘之机。大量的井盖设备还基本靠人员手工巡查管理，再加上这些设备种类多，数量大，分布地域性广，单纯依靠人工巡查管理，根本无法在出现异常情况时迅速响应。外井盖由于缺乏有效的实时监控管理手段，给不法分子提供了可乘之机，移动、偷盗井盖等违法行为时有发生，不仅影响了相关设备的正常工作，造成巨大的直接或间接经济损失，而且丢失井盖的井口也会对道路上的车辆、行人造成极大的危害，对社会安定、安全造成负面影响。因此，能够精细到对井盖的个体进行管理，及时对井盖的异常情况做出快速处理相应，是井盖管理的重要方向。

目前的井盖异动是通过低功耗电池+倾角传感器+震动传感器+nb模块+cpu实现异动检测的。由于nb低功耗的特性，目前的井盖只能通过定时上报的方法检测井盖是否有异动。由于兼顾电池的容量，不能做到实时的、频繁的进行井盖异动的检测。同时，大部分的震动传感器是通过检测震动判断井盖有无异动，对于一些在斜坡上的井盖，震动传感器的作用就会大大降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于nb-iot的低功耗井盖异动检测系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：基于nb-iot的低功耗井盖异动检测系统，包括电池模块、倾角传感器模块、nb模块和gps模块；所述电池模块与所述倾角传感器模块、nb模块和gps模块分别电性连接以提供所需工作电源；所述倾角传感器模块通过iic接口与所述nb模块连接；所述nb模块通过串口与所述gps模块耦接；所述nb模块充当系统的cpu，且所述nb模块还与外设的云平台连接以进行无线数据传输通讯；所述倾角传感器模块为adxl345型倾角传感器，通过所述adxl345型倾角传感器自身的中断功能以实现向所述nb模块低功耗实时传输井盖倾角异常信息数据。

其进一步技术方案为，所述nb模块为bc28模块模组。

其进一步技术方案为，所述bc28模块模组休眠状态功耗为4-6ua。

其进一步技术方案为，所述adxl345型倾角传感器包括中断引脚，当所述adxl345型倾角传感器内置的倾角芯片超过预设的阈值时，通过所述中断引脚向所述nb模块输出一个高电平以唤醒所述nb模块，实现低功耗实时中断唤醒。

其进一步技术方案为，所述倾角传感器的硬件电路包括：依次电性连接的第一电源电路、iic部分和片选部分；所述第一电源电路包括：第一电源、第一三极管和第一mos管，所述第一电源分别与所述第一三极管和所述第一mos管电性连接形成闭合回路；所述第一三极管和所述第一mos管并联，所述第一mos管还连接第一引脚以向倾角传感器输出电压信号。

其进一步技术方案为，所述gps模块的硬件电路包括：依次电性连接的第二电源电路、串口电路和天线电路；所述第二电源电路包括第二电源、第二三极管q12和第二mos管；所述第二电源电路分别与所述第二三极管q12和所述第二mos管电性连接形成闭合回路；所述第二三极管q12和所述第二mos管并联，所述第二mos管还连接第二引脚以向gps输出电压信号。

其进一步技术方案为，所述串口电路设有二个串口以连接所述nb模块的串口进行通讯。

其进一步技术方案为，所述串口电路还设有天线引脚以连接所述天线电路。

其进一步技术方案为，所述天线电路包括三个电容电性连接形成的π型电路和天线座子，所述天线座子与所述π型电路串联。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型提供的基于nb-iot的低功耗井盖异动检测系统，基于选用具备中断功能的adxl345倾角传感器的技术特征，当被测井盖的倾角角度超过设置的固定阈值，立刻向nb模块(cpu)发送中断信号唤醒nb模块，实时进行倾角异常告警；低功耗、适用于大范围布置的数目众多的井盖监管工程，延长电池使用寿命；基于nb模块与云平台通信连接的技术特征，远程实时获取各处被监测井盖的倾角异常情况和gps定位信息；基于直接选用bc28模组模块作为cpu主控的技术特征，节省了cpu的功耗，休眠状态功耗极低，适用范围广泛。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的基于nb-iot的低功耗井盖异动检测系统结构框图；

图2为nb模块的硬件电路图；

图3为倾角传感器模块第一电源电路的硬件电路图；

图4为倾角传感器模块的iic部分和片选部分的硬件电路图；

图5为gps模块的第二电源电路的硬件电路图；

图6为gps模块的串口电路和天线电路的硬件电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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实用新型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应理解为必须针对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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

请参阅图1，具体实施例1提供基于nb-iot的低功耗井盖异动检测系统，包括电池模块、倾角传感器模块、nb模块和gps模块；电池模块与倾角传感器模块、nb模块和gps模块分别电性连接以提供所需工作电源；倾角传感器模块通过iic接口与nb模块连接；nb模块通过串口与gps模块耦接；nb模块充当系统的cpu，且nb模块还与外设的云平台连接以进行无线数据传输通讯；倾角传感器模块为adxl345型倾角传感器，通过adxl345型倾角传感器自身的中断功能以实现向nb模块低功耗实时传输井盖倾角异常信息数据。

adxl345型倾角传感器包括中断引脚int1，与nb模块的12sws/gpio5引脚相连，当adxl345型倾角传感器内置的倾角芯片超过预设的阈值时，通过中断引脚int1向nb模块输出一个高电平以唤醒nb模块，实现低功耗实时中断唤醒。

在被监测井盖无异动时，nb模块进行周期为1小时1次定时上报井盖的倾角情况，1天(24小时为1周期)上报一次被监测井盖的经纬度信息。若被监测井盖的倾角角度超过预先设置的固定阈值，倾角传感器模块和gps模块立刻上报报警信息到云平台，提醒管理人员监测的井盖异常信息，以及该异常井盖的经纬度信息。倾角传感器模块优先选用adxl345型传感器，adxl345型传感器具备中断功能，当被监测井盖倾角超过预先设置的某个阈值后，adxl345型倾角传感器会发出一个终端信号至cpu以唤醒cpu，让cpu立刻上报倾角告警。相对于传统的nb模块对于井盖异动的检测只能在唤醒时刻检测角度变化，假如唤醒周期较长，会造成异动情况无法实时上报。又假如频繁检查异动，会造成电池使用寿命变短。使用adxl345型倾角传感器具备的中断功能，可以大大提高电池的使用寿命。当被监测井盖倾角发生异动超过预设阈值，adxl345传感器会主动发信号到cpu的中断引脚唤醒cpu，cpu主动上报倾角信息到云平台。

结合图1-2可知，nb模块主要有两个作用，一个是做nb模块无线通讯作用，另一个是做系统cpu的功能。基于nb-iot的低功耗井盖异动检测系统的nb模块为bc28模块模组，bc28模块模组的芯片具备opencpu的功能，可以在芯片内部编程。一般的方案选用cpu+nb模块的方案，本实施例直接采用bc28作为主控，可以节省一个cpu的功耗，自身休眠的单个bc28休眠的时功耗范围为4-6ua。

请参阅图3-4,具体实施例2中，由硬件电路图可知bc28是通过iic部分跟倾角传感器模块相连。倾角传感器模块的硬件电路包括：依次电性连接的第一电源电路、iic部分和片选部分；第一电源电路包括：第一电源、第一三极管和第一mos管，第一电源分别与第一三极管q14和第一mos管q13电性连接形成闭合回路；第一三极管q14和第一mos管q13并联，第一mos管q13还连接第一引脚ad345以向倾角传感器输出电压信号。倾角传感器采用adxl345，iic部分u6中的int1为adxl345的中断引脚，当倾角芯片超过设定的阈值时，iic部分u6中的int1引脚输出一个高电平，给nb模块一个唤醒信号，形成中断唤醒的同时以节约能耗。如图3-4所示，adxl345芯片硬件电路主要包括电源部分、iic部分、片选部分。该部分电源通过3v3的电源经过第一mos管q13控制电源到ad345。当cts为高电平时，第一三极管q14导通，第一mos管q13的g引脚为低电平，第一mos管q13截止。3v3电流不能经过第一mos管q13，所以ad345电压为零。无法给adxl345电压，该倾角传感器adxl345芯片无法工作，降低硬件功耗。当cts电压为低电平时,第一mos管q13的g引脚为高电平，第一mos管q13导通。3v3电流可以经过第一mos管q13，所以ad345该点的电压为3v3，可以使倾角传感器adxl345工作来进行倾角测量。

请参阅图5-6，具体实施例3中u4的l76为gps定位模块，gps模块的硬件电路包括：依次电性连接的第二电源电路、串口电路和天线电路；第二电源电路包括第二电源、第二三极管q12和第二mos管q11；第二电源电路分别与第二三极管q12和第二mos管q11电性连接形成闭合回路；第二三极管q12和第二mos管q11并联，第二mos管q11还连接第二引脚以向gps模块输出电压信号。串口电路还设有天线引脚以连接天线电路。天线电路包括三个电容电性连接形成的π型电路和天线座子，天线座子与π型电路串联。当gpio9位高电平时，第二三极管q12导通。导致第二mos管q11的g引脚为低电平，所以第二mos管q11截止，电流3v3无法通过第二mos管q11到达3v3_gps。所以u4的gps模块l76-l没有电压，无法使用。当gpio9为低电平时，第二三极管q12截止。第二mos管q11的g引脚为高电平，所以第二mos管q11导通，3v3电流经过第二mos管q11到达3v3_gps。所以gps模块u4可以正常工作。串口电路设有二个串口以连接nb模块的串口进行通讯，u4中的aux_rx和aux_tx，为gps模块的串口。aux_rx和aux_tx连接bc28的串口进行通讯。gps模块的串口电路u4中的rf_in引脚为gps的天线引脚，天线信号经过三个电容c27/c24/c28连接组成的π型电路，最后经过天线座子ant_1.5g后接地。

与现有技术相比，本实施例的基于nb-iot的低功耗井盖异动检测系统，基于选用具备中断功能的adxl345倾角传感器的技术特征，当被测井盖的倾角角度超过设置的固定阈值，立刻向nb模块(cpu)发送中断信号唤醒nb模块，实时进行倾角异常告警；低功耗、适用于大范围布置的数目众多的井盖监管工程，延长电池使用寿命；基于nb模块与云平台通信连接的技术特征，远程实时获取各处被监测井盖的倾角异常情况和gps定位信息；基于直接选用bc28模组模块作为cpu主控的技术特征，节省了cpu的功耗，休眠状态功耗极低，适用范围广泛。

上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。