基于NB-IoT的智能窖井蓋監控系統的研究

孫嘉鈺 李紅 陳銀亮 劉業林 駱琪 張桐赫 蔡天鵬

摘要：針對近年來我國窖井蓋存在的丟失、移位等情況對人身及財產安全造成的隱患，提出基于物聯網及NB-IoT技術的智能窖井蓋監控系統，由單片機和傳感器陣列組成窖井蓋終端檢測系統，可以隨時采集井蓋信息，實現對城市窖井蓋檢測及報警，從而最大化解決城市中窖井蓋存在的安全問題，本文主要介紹窖井蓋智能監控系統的檢測與控制方式及涉及的通信技術。

關鍵詞：窖井蓋監控系統;傳感器陣列;無線通信技術

城市智慧化已經成為繼工業化、信息化、電氣化之后的第四次浪潮，建設智慧城市，是世界城市發展的前沿趨勢，隨著5G的到來，這一趨勢將被再次放大，在這萬物趨于互聯的時代，我們采用各類傳感器與通信模塊將井蓋與網絡互聯的物聯網技術，實現監控平臺的實時監控，順應了信息時代與智慧城市的發展。

智能窖井蓋監控系統，由多個傳感器及無線通信模塊組成，采用STM32單片機作為控制器，多種傳感器作為窖井蓋狀態檢測裝置。通過程序可以設置窖井蓋水位、溫濕度、傾斜度、光強的警戒值。實時接收數據，當任意一項數據超過警戒值立即報警。無線通信模塊選用NB-IoT模塊，通過單片機控制其發送實時數據及報警信息至監控平臺。下面對窖井蓋監控系統所涉及到的相關技術進行簡要介紹。

1傳感器采集技術

1.1基于DHT11傳感器的溫濕度檢測技術

DHT11傳感器應用數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，能夠同時檢測窖井蓋內部溫度與濕度。其與STM32單片機相連，確保測量精度為l℃，根據不同位置、不同作用的窖井蓋，可以設置不同警戒值，當超過警戒值時立即報警，并由無線通信模塊將報警信息傳送到監控平臺。

1.2基于超聲波HC-SR04的水位檢測技術

使用超聲波SR04模塊測距來檢測水位，SR04通過向井蓋底部發射超聲波，并根據返回時間得出水位值，當窖井蓋內部水位與檢測裝置之間小于0.6米時報警，在暴雨多發地或者連接地下水管處的井蓋，可以將檢測時間間隔縮短。

1.3基于光電對管的閉合檢測技術

光電對管也叫光電開關，是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路接通電路，從而檢測物體的有無。光電對管安裝在窖井蓋底部，當井蓋被移位時報警，監控中心得到井蓋被移位的信息可以及時處理。

1.4基于SCA100T傾角傳感器檢測技術

SCA100T系列傾角傳感器測量角度范圍為300，將在窖井蓋傾角超過1°時報警，同時傾角傳感器也可在光電對管沒有正常T作時檢測井蓋被移位時傾角發生的變化，確保井蓋沒有丟失或打開。

2無線通信技術

智能窖井蓋監控系統需要無線通信模塊將信息實時發送到云監控平臺上。適用于窖井蓋的無線通信技術主要有藍牙、WIFI、ZigBee、NB-IoT等，下面主要對這幾種無線通信技術進行介紹及對比。

2.1藍牙

藍牙技術是一種無線數據和語音通信開放的全球規范，為同定和移動設備建立通信環境的一種特殊的近距離無線技術連接。使用藍牙模塊安裝在窖井蓋上，可以使用移動設備通過藍牙連接，對一定數量的窖井蓋的實時情況進行短距離實時監控。

2.2 WIFI

WIFI被廣泛用于各大公共場所及私人住所，幾乎所有智能手機電腦都支持WIFI連接，是當今使用最廣的一種無線網絡傳輸技術，覆蓋范圍相比較于藍牙連接增加了10倍。與藍牙相同，移動設備通過WIFI連接可以實時監控窖井蓋的狀態，但同時也僅限于短距離，較少數量的連接。

2.3 ZigBee

ZigBeeD的主要特點是低速、低耗電、低成本，最高可連接65000個節點，應用于含有多個傳感器的智能窖井蓋監控系統，可以在實現短距離內將云監控平臺與多傳感器集成的井蓋監控系統連接。

2.4 NB-IoT

NB-IoT是物聯網一個分支，它具有廣覆蓋、超連接、低功率、低成本的特點，適合智能窖井蓋監控系統的應用。NB-IoT模塊安裝在窖井蓋底部，用于將單片機控制系統處理的井蓋信息實時發送至監控平臺進行數據可視化。由于其特性，在位置偏遠，深度較深的井蓋也不會影響信息的發送，有效避免系統報警后信息無法及時處理的問題。

3基于NB-IoT云監控平臺

云監控平臺接收與其連接的所有窖井蓋的IoT數據，其中包括窖井蓋的實時狀態信息和單片機控制系統所發出的報警信息，實現數據可視化，便于管理者輕松了解井蓋實時的狀態，并對報警信息進行處理，真正實現智能窖井蓋的實施監控。

4結束語

綜上所述，在物聯網高速興起并發展的今天，將基于單片機及多傳感器的窖井蓋監控系統與NB-IoT技術相結合，構建一個可以實現云監控的智能窖井蓋監控系統，是實現智慧城市中智慧環境方向的一個重要分支，在便于政府管理城市的同時，為人身及財產安全提供了保障。

參考文獻

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項目：2019年度大學生創新創業訓練計劃省級項目《基于物聯網的智能井蓋監控系統設計》;吉林省教育教學“十三五”規劃2017年度重點課題，課題批準號ZD17095;2018年吉林省高等教育教學研究課題《新工科背景下電子信息工程專業人才創新能力培養的研究與實踐》。