一种低功耗井室监测装置的制作方法

1.本实用新型属于地下管网检测技术领域，具体涉及一种低功耗井室监测装置。


背景技术：

2.城市地下管网是保障国家经济建设和民生的重要基础设施，井盖及井下安全是构成这一民生工程的重要组成部分。现有井室(盖)监测装置存在如下问题：多数装置功耗偏大、电池选型不当(如：可充电锂电池自放电率高，20-30％/年)，导致电池使用寿命短，一般1年左右就要替换电池组；平台无法掌握装置的电量剩余情况，对后续的运行和维护产生极大的风险和隐患，并增加了后续的维护成本。


技术实现要素：

3.为了克服现有井室(盖)监测装置功耗大、电池寿命短等缺陷，本实用新型提供一种低功耗井室监测装置，能够大幅减低功耗，保证井室监测装置长时间运行而无需更换电池，减少维护工作量。
4.本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低功耗井室监测装置，包括电源模块、多通道mosfet电源开关、微控制器、井盖异动检测模块、水位检测模块、气体检测模组、rtc实时时钟模块、nb-iot无线通信模块；所述电源模块分别与微控制器、rtc实时时钟模块连接，用以直接给微控制器、rtc实时时钟模块供电；电源模块与多通道mosfet电源开关连接，多通道mosfet电源开关分别与井盖异动检测模块、水位检测模块、气体检测模组、nb-iot无线通信模块连接；所述微控制器分别与多通道mosfet电源开关、井盖异动检测模块、水位检测模块、气体检测模组、rtc实时时钟模块、nb-iot无线通信模块连接。
5.作为本实用新型的进一步实施方案，所述nb-iot无线通信模块与井室监管平台连接。
6.作为本实用新型的进一步实施方案，所述微控制器还与电动锁及水泵控制接口连接，电动锁及水泵控制接口与井盖电控锁、水泵连接，所述电动锁及水泵控制接口采用无源干接点输出接口电路。
7.作为本实用新型的进一步实施方案，所述气体检测模组采用脉冲加热型微热板半导体气体传感器，气体检测模组壳体上开设有若干透气孔，且其壳体外表面贴装有防水防尘透气膜，所述防水防尘透气膜为e-ptfe膨体聚四氟乙烯微孔膜。
8.作为本实用新型的进一步实施方案，所述电源模块采用一次性锂-亚硫酰氯电池。
9.作为本实用新型的进一步实施方案，所述多通道mosfet电源开关采用tps206x系列配电电源开关，其每路开关接收微控制器信号，分别向井盖异动检测模块、水位检测模块、气体检测模组、nb-iot无线通信模块供、断电。
10.作为本实用新型的进一步实施方案，所述井盖异动检测模块采用倾斜角度传感器结合三轴加速度传感器，用以检测井盖开启、移动信息。
11.作为本实用新型的进一步实施方案，所述水位检测模块采用浮球开关水位控制
器。
12.作为本实用新型的进一步实施方案，所述nb-iot无线通信模块选用wh-nb73模块，用以在微控制器与井室监管平台之间传输信号。
13.作为本实用新型的进一步实施方案，所述rtc实时时钟模块以i2c总线接口的方式与微控制器连接，用以接收微控制器信号设定时钟中断周期，定时唤醒微控制器。
14.本实用新型的有益效果包括：本实用新型模块化设计的硬件组合结构，组合灵活，结构简单，适用性强；微控制器连接并控制多通道mosfet电源开关的每路开关，实现对井盖异动检测模块、水位检测模块、气体检测模组、nb-iot无线通信模块的分区分时供电管理，能够降低功耗，保证井室监测装置在电池容量一定时使用时间更长；
15.电源模块采用一次性锂亚硫酰氯电池，是实际应用电池系列中比能量最高的一种电池，还具备自放电率低、工作温度范围广等特点，使井室监测装置运行时间更长、更换电池频率更低；微控制器由电源模块供电并通过内部基准电压比较计算出电池输入电压dvcc，容量不足低压上报井室监管平台报警，防止因工作电源电量不足导致井室监测装置无法正常工作；
16.气体检测模组外壳气体采集孔采用e-ptfe膨体聚四氟乙烯微孔材料制作的防水防尘透气膜，能够隔离空气中的微尘和水汽、防污损堵塞，提高准确性，具有良好的耐温性，延长了装置寿命；气体检测模组采用脉冲加热型微热板半导体气体传感器，具有启动时间短、超低功耗、寿命长、漂移补偿和自校准功能等优点；增加电动锁及水泵控制接口，采用无源干接点输出接口电路，能够对井盖电控锁、水泵等设备进行控制，拓展了井室监测装置新应用。
附图说明
17.图1是本实用新型一种低功耗井室监测装置组成结构示意图；
18.图2是本实用新型多通道mosfet电源开关原理图；
19.图3是本实用新型防水防尘透气膜示意图；
20.图4是无源干接点输出接口电路原理图。
21.图中附图标记说明：1、电源模块，2、多通道mosfet电源开关，3、微控制器，4、井盖异动检测模块，5、水位检测模块，6、气体检测模组，6-1、防水防尘透气膜，6-2、双面胶体，7、rtc实时时钟模块，8、nb-iot无线通信模块，9、电动锁及水泵控制接口，10、井室监管平台，
具体实施方式
22.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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。
23.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“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部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”、“第三”仅用于区分部件，
而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
25.实施例1
26.一种低功耗井室监测装置，包括电源模块1、多通道mosfet电源开关2、微控制器3、井盖异动检测模块4、水位检测模块5、气体检测模组6、rtc实时时钟模块7、nb-iot无线通信模块8、电动锁及水泵控制接口9。
27.所述电源模块1采用一次性锂-亚硫酰氯电池，具有比容量高(1000wh/dm3，是目前锂电池里最高的)、自放电率低(《2％/年)、工作温度范围广(-55℃～+85℃)等特点，电源模块1直接给微控制器3、rtc实时时钟模块7供电，并通过多通道mosfet电源开关2受控给井盖异动检测模块4、水位检测模块5、气体检测模组6、nb-iot无线通信模块8供、断电。
28.所述微控制器3分别与多通道mosfet电源开关2、井盖异动检测模块4、水位检测模块5、气体检测模组6、rtc实时时钟模块7、nb-iot无线通信模块8、电动锁及水泵控制接口9连接；nb-iot无线通信模块8与井室监管平台10连接。
29.所述多通道mosfet电源开关2采用tps206x系列的配电电源开关，原理图如图2所示，本实施例采用tps2064b，其每路开关受微控制器3控制，分别给井盖异动检测模块4、水位检测模块5、气体检测模组6、nb-iot无线通信模块8供、断电。
30.所述微控制器3采用支持超低功耗的msp430单片机，微控制器3平时处于休眠状态，接收到rtc实时时钟模块7的时钟中断被唤醒，以及井盖异动、水位检测、气体检测中断后唤醒，进行井盖倾角、水位、气体浓度、电池电压等信息采集上传后再次休眠等待下一个采集周期或井室异常中断被唤醒；微控制器3由电源模块1供电并采集电源模块1输入电压，通过内部基准电压比较计算出电池输入电压dvcc，当dvcc《3v可由井室监管平台10远程修改设置视为电池电量不足报警；微控制器3连接并控制多通道mosfet电源开关2的每路开关，实现对井盖异动检测模块4、水位检测模块5、气体检测模组6、nb-iot无线通信模块8的分区分时供电管理；被唤醒后，依次给井盖异动检测模块4、水位检测模块5、气体检测模组6、nb-iot无线通信模块8供电，进行工作，进行休眠前，先关闭井盖异动检测模块4、水位检测模块5、气体检测模组6、nb-iot无线通信模块8电源；
31.msp430单片机是工业级16位risc，正常工作模式及4级cpu低功耗模式可以通过开关状态寄存器的控制位来控制，正常运行时电流160μa，休眠模式lpm4.0时为0.1μa，为设计低功耗系统提供了有利的条件；微控制器3平时处于lpm4或lpm4.5级休眠状态，接收rtc实时时钟模块7的时钟中断信号后唤醒，进行井盖异动、井室水位、井室气体信息采集及上传后，默认等待20秒，如井室监管平台10无指令下发，则再次休眠等待下一个采集周期被唤醒。
32.所述nb-iot无线通信模块8选用wh-nb73模块，采用psm(power saving mode)省电模式，将微控制器3采集的本地井盖异动、水位、气体、电池电压等信息上传至井室监管平台10处理，接收井室监管平台10下发的采集时间间隔、每日采集时间间隔、告警参数上下阈值等信息给微控制器3存储处理，接收井室监管平台10下发的远程控制信号开启井盖电控锁等(水泵、阀门)设备；
33.当井室监测装置处于psm状态时(最大5ua)，井室监管平台10发送给井室监测装置
任何数据，网络都不会立即下发给井室监测装置。只有当井室监测装置离开psm状态进入到连接状态时(发射最大电流268ma，接收最大电流60ma，idle最大电流4ma)，井室监管平台10侧下发的数据才会发送给井室监测装置，以最大程度降低无线通信功耗。优选的，可引入移动运营商nb基站粗定位服务，加上安装过程中对井室监测装置精确位置信息采集录入，井室监管平台10可借助地理信息系统对所有井室监测装置实现图形化展示、操作。
34.所述rtc实时时钟模块7选用rx8025sa，其是内置高精度调整的32.768khz晶振实时计时器，以i2c总线接口的方式与微控制器3连接，接收微控制器3指令设定时钟中断周期，定时唤醒低功耗模式下的微控制器3进入工作状态。
35.所述气体检测模组6可根据需要选测co一氧化碳、ch4甲烷、h2s硫化氢等有毒有害气体，目前用于井下有毒有害气体监测气体传感器大多选用电化学气体传感器，启动时间长功耗大(300秒，100mw)、寿命短(6个月，最多2年)、外壳防水防尘等级低造成气孔堵塞检测失效,导致需定期更换气体检测模块；为解决这一问题，本实施例中所述气体检测模组6采用css8xx系列脉冲加热型微热板半导体气体传感器，具有启动时间短、超低功耗、寿命长、漂移补偿和自校准功能等优点，微控制器3定时启动气体检测，浓度超过预设阈值时，通过nb-iot无线通信模块8上传告警信息至井室监管平台10或现场维护人员；
36.气体检测模组6壳体上开设有若干透气孔，且其壳体外表面贴装有e-ptfe膨体聚四氟乙烯微孔材料制作的防水防尘透气膜6-1，外壳防护(防水防尘)等级达ip67，可定制ip68；防水防尘透气膜6-1可通过双面胶体6-2贴覆于气体检测模组6壳体上。
37.目前井室(盖)监测装置普遍缺乏控制功能，一些有效的安保措施(如：井盖防偷电控锁)无法应用，为解决这一问题，本方案中增设电动锁及水泵控制接口9，所述电动锁及水泵控制接口9采用无源干接点输出接口电路，如图4所示，电动锁及水泵控制接口9与井盖电控锁、水泵连接，井盖电控锁、水泵等设备的工作电源自配。
38.所述井盖异动检测模块4采用倾斜角度传感器结合三轴加速度传感器，用以检测井盖开启、移动信息，中断唤醒休眠微控制器3，超过倾斜角度阈值时，通过nb-iot无线通信模块8上传告警信息至井室监管平台10；倾斜角度传感器优选为bl-108xh-25倾斜滚珠开关，三轴加速度传感器优选型号为adxl345。
39.所述水位检测模块5采用浮球开关水位控制器，当井室水位超过预设位置，中断唤醒休眠微控制器3，通过nb-iot无线通信模块8上传告警信息至井室监管平台10；浮球开关水位控制器优选型号为zowom庄煌key-3液位浮球开关。
40.本实用新型模块化设计组合灵活，微控制器、通信、检测、控制均采用低功耗设计，保证井室监测装置长时间运行而无需更换电池，减少维护工作量；微控制器由电源模块供电并通过内部基准电压比较计算出电池输入电压dvcc，容量不足低压上报平台报警，防止因工作电源电量不足导致井室监测装置无法正常工作；工作电源采用的一次性锂亚硫酰氯(li/socl2)电池，是实际应用电池系列中比能量最高的一种电池，还具备自放电率低2％/年，工作温度范围广等特点；引入移动运营商nb基站粗定位服务，加上安装过程中对井室监测装置精确位置信息采集录入，井室监管平台可借助地理信息系统对所有井室监测装置实现图形化展示、操作；气体检测模组外壳气体采集孔采用e-ptfe膨体聚四氟乙烯微孔材料制作的防水防尘透气膜,隔离空气中的微尘和水汽、防污损堵塞，提高准确性，具有良好的耐温性，延长了装置寿命。采用脉冲加热型微热板半导体气体传感器，具有启动时间短、超
低功耗、寿命长、漂移补偿和自校准功能等优点。增加电动锁及水泵控制接口，采用无源干接点控制接口电路，拓展了井室监测装置新应用。
41.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。