本實(shí)用新型涉及監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及城市排污管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中國城市下水道排污管網(wǎng)設(shè)施采用的是蘇聯(lián)的“地下管網(wǎng)式”，設(shè)計偏保守，口徑多在一米左右，承載能力有限，時常會出現(xiàn)下水管道擁堵現(xiàn)象。而且現(xiàn)在下水道堵塞的處理從發(fā)現(xiàn)到整修的周期較長，會帶來諸多不便。然而現(xiàn)階段，中國無法對城市下水道進(jìn)行大規(guī)模改造和重修。而且，下水管道常年埋在地下，當(dāng)出現(xiàn)堵塞預(yù)兆時，也難以引起人的注意，一旦廢水外溢，往往已經(jīng)是問題比較嚴(yán)重了。如果能有一套自動監(jiān)測系統(tǒng)，能實(shí)時監(jiān)測下水道中的水位和水流速，就能大致判斷出下水道中的堵塞情況，當(dāng)超過警戒值時，以一定方式及時報警，就能防止下水道廢水外溢事故的發(fā)生，然而我們設(shè)計的新型下水道遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制系統(tǒng)或許從某種程度上解決這樣的問題。

雖然下水道問題如此嚴(yán)重，可以說已經(jīng)是迫在眉睫了。但是可以說這個方面現(xiàn)在還沒有一套完整可行的實(shí)施方案。雖然日本NCE公司推出了下水道監(jiān)測機(jī)器人，但是就其成本和可實(shí)施方面來考慮，機(jī)器人監(jiān)測代價太昂貴，效率太低，有些不和實(shí)際。近幾年，我國的專家學(xué)者也陸續(xù)提出了很多可行的方案，例如，2014年，南京郵電大學(xué)顧佩月，賀文晨教授提出了利用紅外距離傳感器和壓力傳感器的下水道仿堵塞設(shè)計，但是其測距模塊太容易受到地下下水道的惡劣環(huán)境的影響，導(dǎo)致其測量失誤，如果在下水道滿載情況下，測距模塊也就失去了作用。2015年重慶郵電大學(xué)信號處理與片上系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授侯敬元提出了地下管網(wǎng)危險源監(jiān)控終端設(shè)計，利用氣體傳感器，干燥器，集氣泵，排氣泵，排氣裝置等設(shè)計，過于復(fù)雜，成本太高，在實(shí)際生產(chǎn)生活中，難以推廣和付諸實(shí)踐。鑒于此，本實(shí)用新型在他們研究的基礎(chǔ)上采用了壓力傳感器和流速傳感器配合，在滿載情況下，不但可以正常工作，而且可以根據(jù)壓力值來判斷地面是否出現(xiàn)積水問題。同時本實(shí)用新型把下水道空間所有數(shù)據(jù)狀況統(tǒng)一存儲并進(jìn)行處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種新型城市排污管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，采用壓力傳感器和流速傳感器配合，在滿載情況下，不但可以正常工作，而且可以根據(jù)壓力值來判斷地面是否出現(xiàn)積水問題，同時把下水道空間所有數(shù)據(jù)狀況統(tǒng)一存儲并進(jìn)行處理。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案：一種新型城市排污管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，由單片機(jī)、防井蓋丟失模塊、監(jiān)測下水道堵塞模塊、易燃易爆氣體檢測模塊、無線通訊模塊、主控制臺組成，所述防井蓋丟失模塊、監(jiān)測下水道堵塞模塊、易燃易爆氣體檢測模塊、無線通訊模塊分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)的對應(yīng)端口連接，所述主控制臺通過無線通訊模塊與單片機(jī)進(jìn)行無線通訊連接。

所述單片機(jī)采用低功耗,高性能的CMOS八位微處理器STC89C52。由于下水道環(huán)境十分復(fù)雜且惡劣對系統(tǒng)要求很嚴(yán)格，且考慮到低成本，低功耗，可行性。該單片機(jī)片上集成512字節(jié)RAM，通用I/O口有32個，復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，ISP(系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程)，無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口(RXD/P3.0TXD/P3.1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。并且該單片機(jī)具有看門狗功能。該單片機(jī)共3個16位定時/計數(shù)器，即定時器T0，T1，T2。外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。通用異步串行口(UART)，還可以用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個UART。該單片機(jī)工作溫度范圍：-40～+85℃。鑒于以上，該單片機(jī)完全符合下水道環(huán)境要求。

所述無線通訊模塊采用ZigBee無線通訊模塊。主要考慮到環(huán)境，功耗，距離，成本等問題，由于城市下水道系統(tǒng)龐大，復(fù)雜，通過ZigBee建立無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，可以完全克服無線通信中，距離問題而帶來的麻煩。ZigBee由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，非常類似現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)基站，而且ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以和其他的各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接。這樣該監(jiān)測系統(tǒng)在任何地方都可以進(jìn)行全時段的監(jiān)測，那么整個系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)也就完全實(shí)現(xiàn)的透明與共享。

所述防井蓋丟失模塊包括雙擲按鍵開關(guān)控制端、LED燈、蜂鳴器，所述雙擲按鍵開關(guān)控制端通過導(dǎo)線與單片機(jī)連接，所述LED燈與蜂鳴器分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)連接。當(dāng)井蓋處在正常狀態(tài)下時，按鍵打在高電平，一旦井蓋丟失，按鍵打在接地端，低壓脈沖輸入中斷引腳，觸發(fā)中斷，中斷函數(shù)控制LED燈點(diǎn)亮,同時蜂鳴器報警。采用中斷控制本身不占用單片機(jī)的正常工作時鐘，只是在觸發(fā)中斷的情況下，單片機(jī)才會去處理窨井蓋問題。單片機(jī)通過無線通信模塊，向主控制臺傳送警報信息與主控制臺的市政管理人員可以立即派遣人員抵達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行處理，以免引起更大的人身生命安全與財產(chǎn)損失。

所述監(jiān)測下水道堵塞模塊包括壓力傳感器、流速傳感器、電壓放大器、AD轉(zhuǎn)換器，所述壓力傳感器和流速傳感器均安裝在下水管底部，所述電壓放大器和AD轉(zhuǎn)換器布置在下水管外部，所述壓力傳感器和流速傳感器分別通過導(dǎo)線與電壓放大器連接，所述電壓放大器通過導(dǎo)線與AD轉(zhuǎn)換器連接，所述AD轉(zhuǎn)換器通過導(dǎo)線與單片機(jī)連接。利用安裝在下水管底部的壓力傳感器與流速傳感器的動態(tài)數(shù)據(jù)對比，實(shí)現(xiàn)檢測。當(dāng)流速傳感器值很小，而壓力傳感器值較大時，那么下水道一定出現(xiàn)了堵塞問題。因?yàn)樗畨捍?，那么說明下水道有水，但流速為零或接近零，那么水的流動只發(fā)生在水面部分，下水道底部水靜止，兩個傳感器也就檢測出了堵塞問題。同時，壓力傳感器與流速傳感器還可以在測量暴雨天氣時城市下水道的泄洪能力，因?yàn)榱髁總鞲衅髟诒O(jiān)測流速的同時，通過壓力傳感器的動態(tài)值，就可以知道下水道上方的路面是否發(fā)生積水，積水深度是多少，這些數(shù)據(jù)為城市下水道的升級，改造，提供了一手的現(xiàn)場信息，為城市下水道系統(tǒng)的合理化設(shè)計提供了保障。

所述易燃易爆氣體檢測模塊包括一氧化碳傳感器和甲烷傳感器，所述一氧化碳傳感器和甲烷傳感器均安裝在下水管頂部，且分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)連接。設(shè)置易燃易爆氣體檢測模塊主要是因?yàn)榈叵鹿艿廓M小，通風(fēng)不良，相對封閉，生活廢水，排污物在缺少氧氣的條件下會分解大量易燃易爆(主要包括一氧化碳?xì)怏w和甲烷氣體)，在管道需要維護(hù)與修理時，這些氣體會對維修人員造成直接和潛在威脅。因此對這些氣體采取監(jiān)控處理勢在必行。監(jiān)控終端工作時，以一定的時間間隔通過無線通信模塊向主控制臺上傳危險源氣體濃度、終端運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并對接收到的上位機(jī)下發(fā)的命令及時響應(yīng)。當(dāng)氣體濃度達(dá)到預(yù)警狀態(tài)時，縮短監(jiān)控主機(jī)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時間間隔，當(dāng)監(jiān)測單元監(jiān)測到氣體濃度達(dá)到報警級別時，以最短的時間間隔向上位機(jī)發(fā)送實(shí)時數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型一種新型城市排污管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)是城市建設(shè)不可或缺的一部分，本實(shí)用新型設(shè)計通過對城市下水道系統(tǒng)的廣泛了解以及對下水道環(huán)境的多方面考慮，在原本的下水道系統(tǒng)上增加了防井蓋丟失、監(jiān)測下水道堵塞、下水道易燃易爆氣體檢測、無線通訊四個模塊。利用單片機(jī)的原理，將四個模塊有機(jī)地結(jié)合起來，再利用主控制臺控制使整個系統(tǒng)的運(yùn)行更加地簡捷、方便。整個設(shè)計可以通過控制臺了解下水道系統(tǒng)的情況，以便及時進(jìn)行維修，這樣的設(shè)定，使市民的出行更加方便且安全。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的框架示意圖；

圖3為本實(shí)用新型防井蓋丟失模塊的工作框架示意圖；

圖4為本實(shí)用新型監(jiān)測下水道防堵塞模塊的工作框架示意圖；

圖5為本實(shí)用新型易燃易爆氣體檢測模塊的工作框架示意圖。

圖中：1-單片機(jī)、2-雙擲按鍵開關(guān)控制端、3-LED燈、4-蜂鳴器、5-壓力傳感器、6-流速傳感器、7-電壓放大器、8-AD轉(zhuǎn)換器、9-一氧化碳傳感器、10-甲烷傳感器、11-無線通訊模塊、12-主控制臺、13-井蓋、14-下水道、15-地面、16-導(dǎo)線、17-防井蓋丟失模塊、18-監(jiān)測下水道堵塞模塊、19-易燃易爆氣體檢測模塊。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

如圖1和圖2所示，所述單片機(jī)(1)將防井蓋丟失模塊、監(jiān)測下水道堵塞模塊、易燃易爆氣體檢測模塊所監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后通過無線通訊模塊(11)，使下水道(14)的動態(tài)數(shù)據(jù)不斷上傳到主控制臺(12)，實(shí)現(xiàn)了主控制臺(12)對整個下水道的全方位的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制，讓整個無序的下水道(14)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一體化、快化捷、方便化。在出現(xiàn)特殊情況時，市政部門能夠做出及時的應(yīng)對與處理。

如圖2所示，所述防井蓋丟失模塊(17)，考慮到了城市下水道窨井蓋(13)分布的廣泛與數(shù)量的龐大，以及窨井蓋(13)丟失事件的頻頻出現(xiàn)，引發(fā)了很多市民的人身安全與財產(chǎn)損失，此模塊利用了一個簡單的獨(dú)立雙擲按鍵開關(guān)控制端(2)與窨井蓋(13)的連接實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)窨井蓋(13)與下水道(14)口的分離，那么單片機(jī)(1)的中斷被觸發(fā)，考慮到白天與黑夜兩種情況，此模塊設(shè)置了蜂鳴器(4)發(fā)出警報和LED等(3)發(fā)光，LED燈(3)可以在黑夜起到巨大警示作用，蜂鳴器(4)可以在白天提醒路人。通過單片機(jī)(1)將監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊(11)傳輸至主控制臺(12)。

如圖3所示，所述監(jiān)測下水道堵塞模塊(18)，將壓力傳感器(5)與流量傳感器(6)監(jiān)測的信號通過電壓放大器放大后，再通過AD轉(zhuǎn)換器將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后經(jīng)過單片機(jī)(1)處理后，通過無線通訊模塊(11)傳輸至主控制臺(12)。系統(tǒng)利用壓力傳感器(5)與流量傳感器(6)的協(xié)同作用，不僅可以檢測下水道(14)的堵塞問題，而且對城市內(nèi)澇問題，提供全方位的數(shù)據(jù)支持，使城市下水道的再次改進(jìn)與重建更加符合實(shí)際的應(yīng)有工作能力。

如圖4所示，所述易燃易爆氣體監(jiān)測模塊(19)利用一氧化碳傳感器(9)和甲烷傳感器(10)，監(jiān)測下水道內(nèi)的一氧化碳和甲烷危險氣體的濃度，防止爆炸事件的出現(xiàn)，監(jiān)測的濃度值經(jīng)過單片機(jī)(1)處理后，通過無線通訊模塊(11)傳輸至主控制臺(12)，一旦含量超標(biāo)后，市政部門可以及時作出抽排處理。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。