最新智能井盖系统设计方案.docx

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最新智能井盖系统设计方案

智能井盖系统设计方案

概述

本井盖系统设计方案适用于我公司智能井盖系统的设计，内容包括系统概述、工作原理、部件介绍、基本参数、检验测试等内容。

系统设计采用高靠电子装置及无线信号传输系统实时地检测井盖状态，用于预防和减少由于井盖破损、被盗、汽车过度重压以及井下水位过高导致的安全事故或损失。

系统能及时地将报警信息传达到监控中心和巡查人员。

智能井盖系统采用高强度复合材料构成盖体，可以在道路、广场、机场等场地水平安装使用。

井盖破损报警原理：

井盖盖体内有破损检测线圈，且与电子装置相连，一旦井盖破损，检测线圈断开，电子装置就会产生报警。

井盖倾斜、振动报警原理：

井盖电子装置内采用AnalogDevice公司的专用芯片（或同类芯片），芯片输入固定的阈值，当井盖倾斜、振动超过此阈值时就会产生报警。

井下水位报警原理：

井下水管破裂或其他原因可导致井下水位上涨。

井盖电子装置采用超声波定时检测水位高度，当检测到水面高度超过规定值时就会产生报警。

系统组成

井盖系统的组成示意图如上所示，主要构成及用途如下：

井盖：

指安装好电子防盗装置的井盖。

投入使用后通过电子装置检测井盖的倾斜、振动移位、破损以及井下水位状态。

检测到报警状态后通过无线方式向系统监控中心和巡查人员发出报警信号。

中继器：

系统中用于接收井盖信号，便于远距离传输的电子装置。

无线集中器：

系统中用于接收井盖或中继器信号的电子装置。

无线集中器通过内部的GSM/GPRS、Lora无线模块将信号转发到井盖系统监控中心。

无线手持机：

用于生产过程中对智能井盖进行功能测试，也可在现场维修中使用。

手持机内部用可充电池供电，连续工作时间大于72小时，待机时间200小时。

手持机配备外接DC+12V,1A的直流稳压电源进行充电。

无线手持机的基本功能：

（1）按键操作，LCD显示各种状态和参数。

（2）生产过程中进行井盖编码设置和确认。

（3）对井盖进行功能测试。

设计特点

（1）安装维护方便，系统成本低，不产生较大的后期费用。

（2）报警及时，报警时间设计小于30秒。

（3）系统电池备用时间长，设计大于4年。

（4）系统使用简单，无需专人长时值守。

（5）系统可切换使用频率，防止信号阻塞。

（6）GPRS网络阻塞时，系统仍然具有报警功能。

（7）井盖系统监控中心可以远离井盖现场，不受距离限制。

井盖系统基本功能/规格

（1）系统采用GPRS、短信、及470MHz~475MHz的Lora无线信号进行通讯。

（2）工作频率：

前端频率470MHz~475MHz，系统默认工作频率为470MHz。

在默认频率信号发生阻塞时，通过控制中心切换到其他频率。

（3）使用寿命：

无线集中器、中继器及井盖的电池设计使用寿命为4年，无线集中器电池备用时间不低于48小时，其它部件为5年。

使用年限到期、重新检测合格后可投入再使用。

（4）报警时间：

小于30秒。

（不包括由于移动网络导致的等待时间。

）

（5）报警内容：

井盖倾斜、移位、振动报警、井盖破损和井下水位报警。

倾斜报警阈值：

12°-18°；振动报警阈值：

0.3g/s2-0.6g/s2；井下水位报警阈值：

距感应面45cm-55cm；破损报警面积阈值25cm2-30cm2。

（6）系统每4小时自检一次，包括通讯状态，电池电压等，这些状态出现异常时，系统会显示故障报警信号。

（7）井盖监控中心显示每个井盖的报警状态、自检状态。

必要时监控中心发出前端频率切换命令，保证信号传输通畅。

（8）工作温度：

井盖、中继器工作温度-20°C～60°C，湿度0～95%RH。

其他工作温度-10°Cto45°C，湿度0～90%RH；存储温度：

-10°Cto45°C，湿度0～60%RH，无尘环境。

各部件基本规格如下：

序号

部件名称

规格

备注

1

井盖

井盖、电子控制盒可分离。

电池：

ER26500M或等同型号。

电池使用时间：

4年。

电池最大电流：

<100mA。

电池休眠电流：

<20μA。

*通讯距离：

>500米。

接收灵敏度：

优于-115dB。

最大发射功率：

20dB。

唤醒时间：

<4.5秒。

测试条件为空旷道路。

2

中继器

电池：

ER26500M或等同型号。

电池使用时间：

4年。

电池最大电流：

<100mA。

电池休眠电流：

<25μA。

*通讯距离：

>500米。

接收灵敏度：

优于-115dB。

最大发射功率：

20dB。

唤醒时间：

<1.5秒。

测试条件为空旷道路。

3

无线集中器

电源：

AC220~,50Hz,5W。

内部备用电池：

DC7.2V,2300Mh,LI-MH电池组。

电池备用时间：

48小时。

充电时间：

<10小时。

*通讯距离：

>500米。

*接收灵敏度：

优于-115dB。

最大发射功率：

20dB。

唤醒时间：

<1秒。

测试条件为空旷道路。

接收灵敏度指井盖前端的信号接收灵敏度。

4

监控中心

见《智能井盖监控中心平台设计说明书》

井盖工作启动流程

井盖投入使用前未装入电池。

井盖装入电池后井盖电子装置首先对内部电路进行自检，如果系统正常，井盖的状态LED每500毫秒灭，100毫秒亮；如果井盖电路有故障，则进入低功耗模式，井盖的状态LED灭。

井盖电路自检通过，静止10分钟后电子装置开始工作。

中继器工作启动流程

中继器投入使用前未装入电池。

中继器装入电池后井盖电子装置对内部电路进行自检，如果系统正常，中继器的状态LED每500毫秒灭，100毫秒亮；如果中继器电路有故障，则进入低功耗模式，中继器的状态LED灭。

中继器开始正常工后处于接收模式，工作方式为休眠1秒，接收10毫秒。

当接收到井盖和无线集中器发出的命令后会执行命令并根据命令的种类返回执行成功信号到发送方。

中继器接收到井盖组网配置命令后立即记录对应井盖的编号；中继器接收到无线集中器组网配置命令后立即记录无线集中器的编号。

组网配置成功后中继器的状态LED每20秒灭，20毫秒亮。

无线集中器工作启动流程

无线集中器负责控制中心与井盖前端系统之间的信号接收和转发。

加电后无线集中器通过GPRS自动登录到监控中心指定的服务器。

无线集中器投入使用前未装入电池，装入电池、接通外接电源后电子装置对内部电路进行自检，如果内部电路正常，无线集中器的状态LED每500毫秒灭，100毫秒亮；如果内部电路有故障，无线集中器进入低功耗模式，状态LED灭。

系统进入正常工作后，状态LED每2秒灭，100毫秒亮。

无线集中器默认有超级手机号码，该超级手机号码的用户需向井盖巡查人员的手机号码授权。

授权后无线集中器在系统报警时向巡查人员发出报警信息，井盖巡查人员也可通过授权的号码查询井盖状态。

通讯网络的初始建立

井盖系统的通讯网络指井盖系统用于报警，状态检测的信号传输网络系统，系统的正常工作是在通讯网络正常的基础上进行的。

其信号流向可参见前述井盖系统信号流程图。

每个井盖、中继器和无线集中器有唯一编码，初始加电自检后，井盖电子装置首先进行组网配置：

井盖搜索最近的中继器或无线集中器，并将获得网络参数记录在EPROM中，同时中继器或无线集中器将发送网络组网信号井盖的编号记录在自己的EPROM中。

网络参数用于配置无线信号传输的电子模块，也是无线信号传输的路径。

井盖成功组网后，井盖的状态LED每20秒灭，10毫秒亮。

中继器完成自检后，中继器进入网络配置等待模式，每休眠1秒接收20毫秒。

在每个接收时间内中继器查询470MHz和471MHz的网络组网配置请求信号各一次，一旦查询到有效的请求信号，立即将返回成功信号给对方，组网成功，同时将对方的编号记录到EPROM中。

中继器接收组网配置信号的来源包括井盖、其他中继器以及无线集中器发出的组网配置请求信号。

中继器接收到这些组网配置信号后以编号进行区分其来源。

无线集中器加电，完成自检后自动登录到监控中心的服务器，然后开始等待监控中心服务器、超级号码手机用户或者经过超级号码手机用户授权的手机用户发出的系统组网配置命令。

该组网配置是为了建立无线集中器与中继器之间、中继器与中继器之间的组网配置。

无线集中器接收到该配置命令后与最近中继器进行组网配置，其组网原理与井盖到中继器之间的组网原理配置相同。

中继器与无线集中器组网配置成功后再与下行的中继器进行组网配置，其组网原理相同。

井盖监控中心与无线集中器之间采用GPRS/互联网进行网络连接。

井盖系统前端的工作频率切换

井盖前端的工作频率是指中继器、无线集中器与井盖之间的信号传输频率以及中继器与集中器、中继器之间的信号传输频率。

控制中心根据系统的自检状态表来判定井盖前端系统无线传输是否受到阻塞或者干扰。

当井盖前端系统无线传输出现阻塞或者干扰时可以由控制中心发出频率切换命令，以恢复系统正常的通讯。

命令传输流向：

控制中心--->无线集中器--->中继器--->井盖

或者

控制中心--->无线集中器--------------->井盖

工作频率切换原理：

监控中心在无报警状态下定时或者立即执行网络状态查询命令，用查询到的信息刷新监控中心软件平台的通讯状态信息表。

监控操作人员可以通过状态表获知系统的通讯状态是否正常。

中继器和井盖如果在规定时间内没有接收到默认频率下的数据就会自动轮换在频率471MHz,473MHz和475MHz3个频率点等待接收系统的频率切换命令；无线中继器发出的频率切换频率命令是以广播信号方式进行，系统无需进行编码的识别。

系统通过执行网络状态查询命令后观察监控中心软件平台的通讯状态信息表判定是否频率切换成功。

系统切换频率成功后会锁定工作频率。

井盖报警流程

井盖一旦检测到报警状态，立即将包含报警状态和井盖编码的报警信息发送到无线集中器，无线集中器收到后立即将该报警信息通过无线集中器的GSM/GPS模块发送到控制中心进行报警显示，同时无线集中器也会把报警信息发送到井盖巡查人员的手机。

报警状态用于区分报警的种类，井盖编码用于区分报警的来源。

第一次报警不成功，会最多重报警3次。

系统监控中心基本功能

系统监控中心的基本功能如下：

（1）通过GPRS与无线中继器进行连接，进行数据命令传输。

（2）用地图方式显示井盖的位置和编码。

（3）显示每个井盖的通讯状态是畅通，并定时刷新。

（4）向某个井盖或者全部井盖发出通讯状态查询命令。

（5）向井盖前端系统发出频率切换命令。

（6）向无线集中器发出组网命令，井盖前端系统收到命令后自动配置网络系统。

（7）向某个井盖或者全部井盖发出关闭或打开报警功能。

（8）控制中心与无线集中器之间默认采用GPRS模式。

在GPRS模式阻塞时自动切换到短信模式,GPRS信号正常后可以自动恢复到GPRS模式。

（*该项功能为可选功能。

）

井盖监控中心平台软件安装完成后，在操作人员的控制下直接启动网络连接，系统接入正常工作状态。

系统的安装

首先按照相关使用安装手册安装井盖、中继器、无线集中器和监控中心平台软件。

系统安装完成后装入井盖和中继器的电池，然后打开无线集中器的电源，运行监控中心的监控软件。

系统全部加电，监控启动完成并等待10分钟后观察监控中心的“通讯状态”，应该显示全部正常。

通过超级手机号码用户向无线集中器发出命令设置授权使用手机号码。

使用授权手机号码向无线集中器发出查询命令，查询某个井盖的状态，观察有无返回。

系统验收测试

井盖系统安装完成后应按《智能井盖系统/部件验收大纲》的“系统安装验收”进行，验收应填写验收记录单，记录单应由有关部门存档。

系统日常使用和维护

井盖系统经过安装，验收投入使用后由监控中心和巡查人员实时地监控井盖是否报警。

巡查人员得到报警信息后应尽快到现场查看和处理报警，根据报警种类和现场勘查情况对报警井盖进行处理。

巡查人员可以通过手机发出查询短信命令来确认井盖是否报警。

必要时更换井盖或者井盖的电子装置。

如果井盖无任何损坏，巡查人员应通过手机向已报警的井盖发出清除报警命令，否则会出现重复报警现象。

监控中心值守人员应留意通讯状态和报警信息，在收到报警信息后应通知巡查人员进行报警处理，值守人员应核实监控中心的报警与巡查人员接到的报警是否一致。

监控中心值守人员发现通讯状态异常后可通过执行频率切换命令使报警通讯恢复正常。

系统维护人员应该注意监控软件的工作状态，巡查人员应该注意自己的手机是否通畅，避免异常情况导致无法及时收到报警信息。

如果井盖、中继器以及无线集中器中的电池电力不足，监控中心和巡查人员也会收到报警，这种状态下应按有关说明书更换电池。

系统定期维护

系统中使用的电池应该定期更换，一般为每4年更换全新电池。

使用过程中出现电池电力不足报警后应该立即更换全新电池，更换方法和要求应遵循有关使用手册。

系统每使用5年后应该按《智能井盖系统/部件验收大纲》的“系统安装验收”进行检验，填写检验记录单，记录单应由有关部门存档。

研发部2016年1月22日