一种智能井盖自供电装置的制作方法

本实用新型涉及一种井盖，特别涉及一种基于5G网络的自供电智能井盖。

背景技术：

如今，污水井盖随处可见，按材质分类可分为金属井盖、高强钢纤维水泥混凝土井盖、再生树脂井盖、聚合物基复合材料井盖等。现有的智能井盖主要有防盗、易燃易爆气体检测、角度检测等功能，供电方式主要分为压力供电、锂电池供电、太阳能供电等。

但是，现有的智能井盖由于集成度低、检测对象少而导致智能化程度不高；智能井盖所需电能需要由外部电源设备进行供电；容易被恶意窃取。

技术实现要素：

针对现有技术中智能井盖存在的上述问题，本实用新型提供一种智能井盖自供电装置。只要污水管道中有水流，就能带动水轮机发电，发电机将产生的电能传输给微型蓄电池给井盖供电，从而实现污水井盖的自供电；此外,本实用新型还实现了传感器与水轮机的一体化，即将小型污水水流发电机做成含传感器的一体化装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种智能井盖自供电装置，包括井盖、防水防腐金属可拉伸杆、蓄电池、单片机、水流传感器组件、由导流筒和水轮机组成的水流发电机，所述防水防腐金属可拉伸杆为用于使连接线路通过的空心结构，其上端固定于井盖上，下端与导流筒相连，所述蓄电池、单片机分别固定于水面上方的防水防腐金属可拉伸杆上，所述水流传感器组件固定于水流发电机内，水轮机固定于导流筒内。

作为本实用新型的进一步改进，所述空心防腐防水金属杆的下端与导流筒活动相连，且导流筒呈圆台形的喇叭状，使导流筒随水流方向的变化而自由旋转，并保持水流从大口进小口出。

作为本实用新型的进一步改进，所述蓄电池、单片机分别通过第一空心防水防腐金属杆固定于水面上方的防水防腐金属可拉伸杆上部，所述水流传感器组件通过第三空心防水防腐金属杆固定于水流发电机内，所述水轮机通过第二空心防水防腐金属杆固定于导流筒内，所述第一空心防水防腐金属杆、第二空心防水防腐金属杆和第三空心防水防腐金属杆为用于使连接线路通过的空心结构，且与防水防腐金属可拉伸杆相连通。

作为本实用新型的进一步改进，所述防水防腐金属可拉伸杆的上端通过防水防腐盒固定于井盖上，所述单片机和蓄电池一体化设置于防水防腐盒中，所述水流传感器组件通过第三空心防水防腐金属杆一体化固定设置于水流发电机中，所述水轮机通过第二空心防水防腐金属杆与防水防腐金属可拉伸杆下端相连，所述第二空心防水防腐金属杆和第三空心防水防腐金属杆为用于使连接线路通过的空心结构，且与防水防腐金属可拉伸杆相连通。

作为本实用新型的进一步改进，还包括5G终端模块(5)、天线(21)、GPS(6)和可燃气体传感器(2)，所述天线(21)和5G终端模块(5)相连，所述5G终端模块(5)、GPS(6)和可燃气体传感器(2)分别通过第一空心防水防腐金属杆(7)固定于防水防腐金属可拉伸杆(8)的上部。

作为本实用新型的进一步改进，还包括5G终端模块(5)、天线(21)、GPS(6)和可燃气体传感器(2)，所述天线(21)和5G终端模块(5)相连，所述5G终端模块(5)天线(21)、GPS(6)、可燃气体传感器(2)、单片机(4)和蓄电池(3)一体化设置于所述防水防腐盒(20)中，可燃气体传感器(2)从防水防腐盒(20)侧边引出。

作为本实用新型的进一步改进，所述水流传感器组件包括水流速度传感器、水位传感器、水浊度传感器、PH检测传感器。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型的智能井盖自供电装置实现了井盖的自供电功能，利用微型水流发电机和微型蓄电池，有水流即有电。

2、本实用新型实现了传感器与水轮机的一体化，利用5G网络的高传输速度，后台可以对水流情况进行实时监控；同时，实现了以单片机为核心的外围电路的集成化，厚膜电路模块仅相当于一个火柴盒的大小，对其进行防水防腐蚀封装后，使其具有很强的抗环境能力。

3、本实用新型的井盖具有防盗功能，一旦基站地理位置信息有任何异常，后台都会收到信息反馈，及时做出处理，大大提高了井盖的安全性，减少了员工的工作量。

4、使用5G网络传输，传输速度快，5G模块频率高，电耗小，5G传输天线也很小，占空间小，方便井盖一体化。

5、本实用新型的井盖具有可燃可爆气体检测功能，通过电路将电导率的变化转化为与该气体浓度相对应的输出信号，通过5G网络发送给服务器，一旦可燃可爆气体浓度过大，后台就可以立即做出相应的处理。

附图说明

图1是本实用新型智能井盖自供电装置的第一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型智能井盖自供电装置的第二种实施例的结构示意图；

图3是本实用新型智能井盖自供电装置的系统结构框图；

图4是本实用新型智能井盖自供电装置的系统工作流程图；

图5是本实用新型的金属防水防腐盒中的模块连接图。

图中：1、井盖；2、可燃气体传感器；3、蓄电池；4、单片机；5、5G终端模块；6、GPS；7、第一空心防水防腐金属杆；8、防水防腐金属可拉伸杆；9、第二空心防水防腐金属杆；10、第三空心防水防腐金属杆；11、水流速度传感器；12、水位传感器；13、水浊度传感器；14、PH检测传感器；15、导流筒；16、水轮机；17、孔、18、地面；19、水面；20、防水防腐盒；21、天线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一

本实用新型智能井盖自供电装置利用污水的水流，用一个小型水轮机发电供电，本实施例的结构如图1所示，包括井盖1、防水防腐金属可拉伸杆8、蓄电池3、单片机4、水流传感器组件、由导流筒15和水轮机16组成的水流发电机，还可以包括可燃气体传感器2、5G终端模块5、GPS6、固定于5G终端模块5上的天线21。

当井盖1为金属材质时，要在天线21上方打孔17，方便天线21收发信号，水泥井盖可不用打孔。

防水防腐金属可拉伸杆8为用于使连接线路通过的空心结构，其上端固定于井盖1上，下端与导流筒15上壁固定。防水防腐金属可拉伸杆8的外圈是金属，内部是空心结构，各装置之间的连接线路从中经过。防水防腐金属可拉伸杆8的长度可根据水位高低进行调节。

可燃气体传感器2、蓄电池3、单片机4、5G终端模块5、GPS6分别通过第一空心防水防腐金属杆7固定于地面18以下、水面19以上的防水防腐金属可拉伸杆8的上部。第一空心防水防腐金属杆7(连通到防水防腐金属可拉伸杆8)的作用是：1、用来固定可燃气体传感器2、蓄电池3、单片机4、5G终端模块5、GPS6；2、从中穿过可燃气体传感器2、蓄电池3、5G终端模块5、GPS6与单片机4间的连接线路。

水流传感器组件优选包括如图1所示的水流速度传感器11、水位传感器12、水浊度传感器13、PH检测传感器14。水流传感器组件通过第三空心防水防腐金属杆10固定于水流发电机内。第三空心防水防腐金属杆10(左端顶头与防水防腐金属可拉伸杆8相连通)的作用是：1、将这水流传感器组件在导流筒15的内壁固定；2、水流传感器组件与单片机4间的电路连接线路从中经过，通到防水防腐金属可拉伸杆8。

水流发电机是一体化结构，其左右两头全空，仅有金属防水防腐蚀侧壁，水流可以左右流淌经过。导流筒15的内部设置一个水轮机16，图1中水轮机16上方四个传感器分别为水流速度传感器11、水位传感器12、水浊度传感器13、PH检测传感器14，他们均固定在导流筒15的内壁上，整个发电机外壁固定在防水防腐金属可拉伸杆8上。所有电路都从防水防腐金属可拉伸杆8中连到单片机4。各模块均进行防腐蚀防水封装。

水轮机16通过第二空心防水防腐金属杆9固定于导流筒15的内壁。第二空心防水防腐金属杆9(上端与防水防腐金属可拉伸杆8固定相连通，下端与水轮机16固定)的作用是：1、将水轮机16在导流筒16的内壁固定；2、水轮机16与蓄电池3间的电路连接从中经过，通到防水防腐金属可拉伸杆8。

单片机4、蓄电池3、可燃气体传感器2、5G终端模5以及GPS6都进行防腐蚀防尘防水封装，均固定在防水防腐金属可拉伸杆8上。蓄电池3、可燃气体传感器2、5G终端模5以及GPS6的电路连接线路从防水防腐金属可拉伸杆8里连到单片机4。

实施例二

本实施例的智能井盖自供电装置结构如图2所示，包括包括井盖1、防水防腐金属可拉伸杆8、蓄电池3、单片机4、水流传感器组件、由导流筒15和水轮机16组成的水流发电机，还可以包括如图1所示的可燃气体传感器2、5G终端模块5、GPS6、固定于5G终端模块5上的天线21。

当井盖1为金属材质时，要在天线21上方打孔17，方便天线21收发信号，水泥井盖可不用打孔。

防水防腐金属可拉伸杆8为用于使连接线路通过的空心结构，其上端与金属防水防腐盒20连为一体，金属防水防腐盒20固定于井盖1下方。防水防腐金属可拉伸杆8的下端与导流筒15连接。防水防腐金属可拉伸杆8的外圈是金属，内部是空心结构，各装置之间的连接线路从中经过。防水防腐金属可拉伸杆8的长度可根据水位高低进行调节。

金属防水防腐盒20内部设置有单片机4、GPS6、天线21、5G终端模块5以及蓄电池3。在金属防水防腐盒20的右壁开一小孔，从单片机4上连出一个可燃气体传感器2。

水流传感器组件优选包括水流速度传感器11、水位传感器12、水浊度传感器13、PH检测传感器14。水流传感器组件通过第三空心防水防腐金属杆10固定于水流发电机内。第三空心防水防腐金属杆10(左端顶头与防水防腐金属可拉伸杆8相连通)的作用是：1、将这水流传感器组件在导流筒15的内壁固定；2、水流传感器组件与单片机4间的电路连接线路从中经过，通到防水防腐金属可拉伸杆8。

水流发电机是一体化结构，导流筒15做成一个大口一个小口的圆台形，导流筒15与防水防腐金属可拉伸杆8可旋转地相连，所以导流筒15的方向可随着水流方向而变化，一直保持大口进小口出。悬挂于导流筒正中。导流筒15的内部设置一个水轮机16，水轮机16上方四个传感器分别为水流速度传感器11、水位传感器12、水浊度传感器13、PH检测传感器14，他们均固定在导流筒15的内壁上。所有电路都从防水防腐金属可拉伸杆8中连到单片机4。各模块均进行防腐蚀防水封装。

水轮机16通过可自由旋转的第二空心防水防腐金属杆9与防水防腐金属可拉伸杆8下端相连，悬挂于导流筒正中。第二空心防水防腐金属杆9(上端与防水防腐金属可拉伸杆8固定相连通，下端与水轮机16固定)的作用是：1、将水轮机16在导流筒16的内壁固定；2、水轮机16与蓄电池3间的电路连接从中经过，通到防水防腐金属可拉伸杆8。

单片机4、蓄电池3、可燃气体传感器2、5G终端模5以及GPS6都进行防腐蚀防尘防水封装，均固定于金属防水防腐盒2中，金属防水防腐盒中的模块连接如图5所示。蓄电池3、可燃气体传感器2、5G终端模5以及GPS6的电路连接线路从防水防腐金属可拉伸杆8里连到单片机4。

上述智能井盖自供电装置的系统结构如图3所示，其工作流程如图4所示。该系统包括水轮机、蓄电池、单片机、5G模块、平台服务器、水流传感器组件、GPS。水轮机设置于井盖下方的井水中，水轮机产生的电量传送至蓄电池，并通过蓄电池向单片机供电。水流传感器组件设置于水轮机上。GPS设置于井盖下方，水流传感器组件和GPS的信号输出至单片机。5G模块采集单片机的输出信号后，通过基站将数据输出发送至平台服务器。

水流传感器组件优选包括水流速度传感器、水位传感器、水浊度传感器、PH检测传感器。

智能井盖自供电系统还可以包括设置于井水上方的井盖下位置的可燃气体传感器。

水流传感器组件、GPS、5G模块、可燃气体传感器、蓄电池以单片机为核心形成一个集成的厚膜电路，对所述厚膜电路进行防水防腐蚀封装。

该系统采集的信息包括地理位置信息、水质信息、污水流速信息、水位信息、可燃可爆气体信息。

一、本实用新型的系统工作原理如下：

1、自供电功能是利用一个水轮机，它的工作原理是基于电磁感应定律和电磁力定律，是以适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。只要污水管道中有水流，就会带动水轮机发电，然后发电机将产生的电能传输给微型蓄电池从而给单片机供电，实现井盖的自供电功能。

2、水轮机与传感器一体化，会在水流发电机内安装水浊度传感器以及PH检测传感器，利用5G网络的高传输速度，后台可以对水质情况进行实时监控，若是水质污染很严重，可以及时采取相应措施，来进行对水质的处理工作。同时，在水轮机上还会安装水流速度传感器、水位传感器，用来测量污水的水流速度和水位。

3、位置识别是在金属盒内安装一个GPS模块，通过5G网络可将井盖的地理位置信息发送给服务器。在有人想要恶意窃取井盖的时候，井盖的位置信息发生变化，能够及时通知后台服务器，做出相应处理，这样即使井盖被恶意窃取，也能及时了解井盖所在的具体地理位置方便找回。

4、可燃可爆气体检测是在井盖下方金属盒侧壁安装一个可燃气体传感器，当井盖下空气中存在可燃气体例如甲烷、一氧化碳、液化气、氢气的时候该传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，通过电路可将电导率的变化转化为与该气体浓度相对应的输出信号，通过5G网络发送给服务器，一旦可燃可爆气体浓度过大，后台就可以立即做出相应的处理。

本实用新型的功能如下：

1、自供电功能，利用微型水流发电机和微型蓄电池，有水流即有电。自供电功能是利用一个微型水流发电机，它的工作原理是基于电磁感应定律和电磁力定律，是以适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。只要污水管道中有水流，就会带动水轮机发电，然后发电机将产生的电能传输给微型蓄电池从而给单片机供电，实现井盖的自供电功能。

2、将现有的传感器与水轮机做成一体化，即将小型污水水流发电机做成了一体化的含传感器的装置(传感器包括水浊度传感器、PH检测传感器、水位传感器、水流速度传感器)。水轮机与传感器一体化，会在水流发电机内安装水浊度传感器以及PH检测传感器，利用5G网络的高传输速度，后台可以对水质情况进行实时监控，若是水质污染很严重，可以及时采取相应措施，来进行对水质的处理工作。同时，在水流发电机内还会安装水流速度传感器，水位传感器，用来测量污水的水流速度和水位。同时，将以单片机为核心的外围电路做一个集成工艺，也就是做成一个厚膜电路(厚膜电路是集成电路的一种，是指将电阻、电感、电容、半导体元件和互连导线通过印刷、烧成和焊接等工序，在基板上制成的具有一定功能的电路单元)，对外就是一个火柴盒大小的电路块，即做成了一体化。此外，对其进行防水防腐蚀封装，使它具有很强的抗环境能力，这样即使掉水里也不会发生损坏，依旧可以使用。另外，将单片机、蓄电池、可燃气体传感器、5G终端模以及GPS都集成于金属防水防腐盒中，实现了上述部件的一体化。

3、具有防盗功能，一旦基站地理位置信息有任何异常，后台都会收到信息反馈，及时做出处理，大大提高了井盖的安全性，减少了员工的工作量。位置识别是在金属盒内安装一个GPS模块，通过5G网络可将井盖的地理位置信息发送给服务器。在有人想要恶意窃取井盖的时候，井盖的位置信息发生变化，能够及时通知后台服务器，做出相应处理，这样即使井盖被恶意窃取，也能及时了解井盖所在的具体地理位置方便找回。

4、使用5G网络传输，传输速度快。5G模块频率高，电耗小，5G传输天线也很小，占空间小，方便井盖一体化。

5、可燃可爆气体检测是在金属盒侧壁开一个孔，安装一个可燃气体传感器，当井盖下空气中存在可燃气体例如甲烷，一氧化碳，液化气，氢气的时候该传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，通过电路可将电导率的变化转化为与该气体浓度相对应的输出信号，通过5G网络发送给服务器，一旦可燃可爆气体浓度过大，后台就可以立即做出相应的处理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。