论文总字数：36406字

目 录

1引言 1

1.1研究背景及其意义 1

1.2研究现状 1

1.2.1 国内研究情况 1

1.2.2 国外研究情况 2

1.3智能井盖监测系统的研究要求 2

1.4研究内容 3

2智能井盖监测系统的主要技术及其特点 3

2.1无线防盗模块主要技术及其特点 3

2.1.1GPS技术简介 3

2.1.1.1 基本概念  3

2.1.1.2 系统组成 4

2.1.1.3 定位原理  4

2.1.1.4 系统特点 4

2.1.1.5 GPS的运用 4

2.1.2 GSM技术简介 4

2.1.2.1基本概念  4

2.1.2.2 GSM系统组成 5

2.1.2.3 GSM的技术特点 5

2.1.3 传感技术简介 6

2.1.3.1传感器基本概念  6

2.1.3.2 振动传感器简介 6

2.2无线防盗模块主要设计方案 6

2.2.1无线防盗模块的设计流程 6

2.2.2无线防盗模块设计的具体方案 7

2.2.3 相关硬件介绍 8

2.2.3.1SIM808模块 8

2.2.3.2GSM开发部分使用说明 9

2.2.3.3GPS部分开发说明 13

图2.6SIM808V1.0硬件典型连接介绍 13

2.2.3.4单片机设计模块 16

2.2.3.5传感器模块 18

2.2.3.6报警显示模块 18

2.2.3.3无线收发模块 19

3无线防盗下位机模块主要设计方案 24

3.1无下位机模块具体设计流程 24

3.1.1串口接收中断服务子程序流程图 25

3.2测试模块硬件接口设计 26

3.3监控端设计实现 26

4水位监测辅助报警功能设计 27

4.1方案设计 27

4.2硬件部分设计以及电路设计 28

4.3超声波测试模块 29

4.4测距分析 30

4.4时钟电路设计 31

4.5复位电路设计 31

4.6声音报警电路设计 32

4.7显示模块设计 32

4.8程序模块设计 32

5系统实现的程序 33

6系统调试 33

6.1硬件电路调试 33

6.2软件调试 34

7结论 35

参考文献 36

附录一 37

附录二 37

致谢 55

基于物联网的智能井盖监测系统

章亚军

，China

Abstract：With the construction of modern urban infrastructure in the sewer drainage system gradually improved. Older drainage systems are equipped with equipment that has gradually been phased out by modern society and replaced by advanced modern urban drainage facilities. As a result, more and more sewer covers will be used in modern drainage systems. But the traditional sewer covers there are many security risks, such as poor anti-theft ability, low security. So the face of the urgent needs of the market, this time I designed a network based on the intelligent manhole cover monitoring system. Its main function is GPS positioning, anti-theft, automatic alarm, water level monitoring and other functions. Once the monitoring of the sewer cover changes, the GPS and GSM modules installed on the smart covers will be automatically positioned to send the location information to the staff, and the relevant staff will rush to the site to deal with anomalies. Which also has an auxiliary function of the smart cover, that is, water level monitoring alarm. According to the relevant reports in recent years, urban waterlogging led to the relevant sections of congestion, and even trapped after the owners lost their lives. Therefore, we can consider adding a water level monitoring device to the intelligent covers, which can alert the owners and pedestrians to safety and avoid the loss of people's lives and property when the water level exceeds the warning value.

Key words：Anti-theft；GPS positioning；GSM；Smart covers；Water level monitoring

1引言

1.1研究背景及其意义

目前，国内城镇化明显加快，用于市政的便利专用设备建设开展迅速。目前我们大家都清楚，城市管线基本是走地下管道，所以这就对无线智能井盖的要求大大提高，因为井盖的安全性的高低就决定了那些线缆的安全。假如井盖的安全系数不高，那么这些价值昂贵的线缆就会成为小偷的囊中之物，他们盗窃井盖，盗窃电缆，造成国家财产损失，危及群众的生命安全。这不只是影响了相关设施的正常工作，还造成了庞大的经济损失，裸露的井口，和损坏被丢弃的井盖被扔在路边，常常能给行人造成很大的安全隐患。由于城市的下水道井盖覆盖范围广泛，数量大，导致监督难以有效实行，这使得那些小偷越来越过分，偷取国有资产。这些盗窃行为，影响设备的正常使用，造成很大的连带损失。城市下水道井盖安全已然成为国家城镇化市政建设所亟需面对的重大问题。

因为上述这些原因，市政部门急需出台相关政策来支持城市地下管网建设，其中就包括下水道井盖智能化建设项目。下水道井盖建设项目是一项良心工程，当城市建设忽视下水道井盖这一关键建设时，则不可避免地导致灾难。一个忽视民生项目建设的的城市，忽视下水道吃人的城市，是对生活和敬畏的缺乏尊重，缺乏公众对公众的关心，城市的文明荒唐。任何有良知责任的城市主任都应该感到愤慨。针对全国各地下水道引发的造成人员伤亡的那些事故，住房和城乡建设部出具了修复受伤人员的文件，在2014年底完成考察的工作。2013年4月，建设部提出了进一步增强城市供水，排水，电力，电信等城市井盖安全管理的通知。抓紧落实智能化管理的城市只能下水道井盖的建设，实现对公共市政资源的有效监督，确保人民的平安。

虽然市政府的管理要求很清楚，但是大量的基层管理单位在具体落实工作时也基本上都仍然是采取的是手工检查和城管巡逻的方式，加上大量井盖数量，以及地域的井盖分布广泛，只需靠人工巡逻，是根本无法实时获取这些下水道井盖的物理信息的，更加不能在异常情况下作出快速的响应。因此，政府部门如何能做到对每一个井盖进行实时监测，实行有效果的智能监管，以及及时对出现异常动静的下水道井盖进行快速处理，最大程度保护行人平安和国家资产，这是是相关单位急需要考虑的一个重要问题。

1.2研究现状

1.2.1 国内研究情况

目前，由于环境因素，安全要求，成本因素等一系列原因，我们国家目前市场出售的智能型井盖数量并不多，而且售价也偏高。许多城市目前的市政规划目前还没有智能井盖方案的建设。因为在市政地下管线网道建设中，地下管网布线难度大，工作量大。由于许多下水道井盖大多为金属高强度材料制造而成，所以这种井盖就具有很强的信号屏蔽性能，这就给安装无线报警模块带来一定的技术难度。市场上现存的大多数智能井盖主要是基于2G通信的，所以当井盖处于关闭状态时就不能进行通信。但是这种情况目前也有解决方案，就是在智能井盖附近建设基站。但是这种解决方案有一定的弊端，我认为不太可行，因为当2G模块处于正常状态时，他的耗能还是比较高的，如果井盖被开闭次数多了之后，他的模块寿命就会降低，呈直线下降状态。当电池没电或者信号被屏蔽时，工作人员就无法获得井盖的工作状态，智能井盖终端就无法向有关部门发送报警信息了。

其中，LPWAN在目前市场中占有很大一部分比例，当智能井盖使用LPWAN网络时，他的大功率这个优点得到发挥，比2G网络穿透性强。虽然它的穿透性优于2G网络，但是金属井盖的屏蔽信号还是影响较大的，所以当智能井盖系统采用LPWAN进行数据传输时，信号也只能在地下传输300多米，这就意味着它也要每隔一段距离就要安装一个LPWAN网关。所以在智能井盖监测系统实际应用中也就影响了LPWAN技术的运用。安装AP/网关设备的高密度大大增加了项目实施的成本，增加了市政的开销。

近年来，很多部门和个人也提出过许多解决方案。如使用城市智能wifi进行数据传输，或者利用地下管线网道进行不间断供电等。对于智能井盖的信号屏蔽问题也有一定的解决方法，比如将天线延长外置，或者通过技术改造升级智能井盖的盖体材质，如高强度复合材料等。

1.2.2 国外研究情况

在美国，形成了一套智能井盖报警系统体系，智能井盖实时监测预警，当井盖被偷，系统自动捕捉被偷井盖的详细信息，包括型号，编码识别信息等，并通过有关部门下发至该地区的废品回收站和警察局，列入被追查对象。当失窃井盖出现时，系统自动匹配并告警，有助于抓获盗窃犯。

在欧洲，德国在这一领域走在前列，他们主要研制了一个无线井盖防盗锁，当工作人员安装上井盖时，系统布防上锁。工作人员可远程控制智能井盖的上锁状态。这一系统配备身份识别功能，用来对付盗窃分子有一定的成效。此外，这个系统还可以起到保护公共环境安全的功能，例如当有大型活动时，系统全部锁死井盖，防止意外发生。

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