[发明专利]智能井盖装置

摘要

本发明揭示了一种智能井盖装置，包括电源及电源管理电路、MCU、GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路；当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每小时自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换。本发明提出的智能井盖装置，可实现各节点的数据传输，并且能够可靠的连接附近的传感器小网络，常规的传感器可以方便组网，并通过节点和远程大数据平台对接，同时节点可以自带传感器实现移动报警，断线报警等辅助功能。

主权项

1.一种智能井盖装置，其特征在于，所述智能井盖装置包括：电源及电源管理电路、MCU、GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，组成的一个完整系统，整个系统密闭在塑料容器中；所述MCU分别连接GPRS模块、网络通讯总线、震动传感器、断线检测传感电路，电源及电源管理电路为智能井盖装置提供电源；当震动传感器、断线检测传感电路检测到状态发生改变的时候，MCU把告警编码通过GPRS模块发送到远端大数据平台，MCU每小时自动对电池电压检测，并评估剩余电量，如果电量充足，那在发送周期间隔唤醒时间发送当前电量，否则及时开启GPRS模块告知大数据平台需要更换；当周期唤醒时间到达，系统首先检查是否有短信指令，如果有首先处理，其次主动连接到远程数据平台，如数据平台有指令执行指令，没有就递交周期报告；如果节点带有传感器网络，节点自动搜集当前时刻的传感器数据主动返回报告；读取传感器数据由云端提供参考时间基准以及获取时间设置来达到准同步采集的方式采集；电源及电源管理电路包含电池、稳压器LDO以及可控制的电源开关；其中，电池BAT3是系统主要工作电源，第三十九电容C39、第四十电容C40、第三十八电容C38和第六芯片U6构成的电源电路给MCU提供不间断的供电；电池BAT3的正极VCC连接第六芯片U6的输入端口、第三十九电容C39的正极、第四十电容C40的正极，第六芯片U6的输出端口连接第三十八电容C38的正极，第三十九电容C39的负极、第四十电容C40的负极、第三十八电容C38的负极、电池BAT3的负极接地；由第四十三电容C43、第四十四电容C44、第四十五电容C45、第四十九电容C49、第四十二电容C42、第四十八电容C48、第四十六电容C46、第四十七电容C47、第三十七电阻R37、第三十六电阻R36、第三十八电阻R38、第二二极管D2、第一电感L1及第七芯片U7组成的可控DCDC给GPRS模块提供可关断的电源，控制信号来自MCU的GPS_S通过第三十七电阻R37连接第七芯片U7的第三脚EN控制端口；电池BAT3的正极连接第四十三电容C43的正极、第四十四电容C44的正极、第四十五电容C45的正极、第七芯片U7的VIN端口，第七芯片U7的EN端口通过第三十七电阻连接MCU，第七芯片U7的SS端口接地；第七芯片U7的第七管脚BST端口连接第四十二电容C42的第一端，第七芯片U7的SW端口连接第四十二电容C42的第二端、第二二极管D2的负极、第一电感L1的第一端；第七芯片U7的GS端口、第二二极管D2的正极接地；第一电感L1的第二端连接第四十八电容C48的第一端、第三十六电阻R36的第一端、第四十六电容C46的正极、第四十七电容C47的正极；第七芯片U7的FB端口连接第四十八电容C48的第二端、第三十六电阻R36的第二端、第三十八电阻R38的第一端，第三十八电阻R38的第二端接地；所述MCU包括第一芯片U1、第一高低频晶振OSC1、第二高低频晶振OSC2、掉电监测芯片U2、辅助电池BAT1、若干电阻、若干电容；主要提供串口ISP同步串口以及AD采样，以及电池电压检测、断线检测、机械运动检测动作控制能力；其中，第十七电阻R17、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二MOS管M2组成的电路用来采集主电池的电压情况，用来评估剩余电量；采集结束后关断第二MOS管M2避免电路额外的功耗电流；通过P1口用来调试以及灌程序；所述第十七电阻R17的一端连接电压VCC，另一端连接第二MOS管M2的源极；第二十一电阻R21的一端连接第二MOS管M2的栅极，另一端连接第一芯片U1的BV_SWITCH端口；第二MOS管M2的漏极分别连接第二十二电阻R22的第一端、第二十三电阻R23的第一端，第二十二电阻R22的第二端连接第一芯片U1的BV_TEST端口，第二十三电阻R23的第二端接地；所述GPRS模块包括SIM卡电路、通讯电路；SIM卡电路包括第三芯片U3、第二十电容C20、第十六电容C16、第二十一电容C21、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十二电容C22；所述第三芯片U3的第七脚DAT端口分别连接第二十电容C20的第一端、第十六电容C16的第一端，第二十电容C20的第二端、第十六电容C16的第二端分别接地；所述第三芯片U3的第三脚CLK端口分别连接第二十一电容C21的第一端、第二十三电容C23的第一端，第二十一电容C21的第二端、第二十三电容C23的第二端分别接地；所述第三芯片U3的第二脚REST端口分别连接第二十四电容C24的第一端、第二十五电容C25的第一端，第二十四电容C24的第二端、第二十五电容C25的第二端分别接地；所述第三芯片U3的第一脚VCC端口分别连接第二十六电容C26的第一端、第二十二电容C22的第一端、第三芯片U3的第六脚VPP端口，第二十六电容C26的第二端、第二十二电容C22的第二端分别接地；所述第三芯片U3的第五脚GND端口、第四脚GND端口、第八脚GND端口分别接地；所述通讯电路包括第五芯片U5、第一二极管D1、第一LED灯LED1、第三十三电容C33、第三十二电容C32、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十四电容C34、第三十七电容C37、第三十六电容C36、第四十一电容C41、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十五电阻R35以及天线ANT1BT‑ANT；主要负责MCU和云端的数据通讯，必要的时候开启，通讯完毕关闭；所述第五芯片U5的型号为GU‑906，所述第五芯片U5的第三四管脚分别连接第五芯片U5的第三五管脚、第三十四电容C34的正极、第三十五电容C35的正极、第三十一电容C31的第一端、第三十二电容C32的第一端、三十三电容C33的第一端、第一二极管D1的负极，第三十四电容C34的负极、第三十五电容C35的负极、第三十一电容C31的第二端、第三十二电容C32的第二端、三十三电容C33的第二端分别接地；所述第五芯片U5的第三八管脚连接天线ANT1BT‑ANT；所述第五芯片U5的第一一管脚连接第三四电阻R34的一端，第三四电阻R34的另一端分别连接第三十七电容C37的正极、第三十六电容C36的第一端，第三十七电容C37的负极、第三十六电容C36的第二端分别接地；所述第五芯片U5的第一八脚NET_LIGHT端口分别连接第四十一电容C41的第二端、第三十五电阻R35的第一端，第三十五电阻R35的第二端连接第一LED灯LED1的正极，第一LED灯LED1的负极、第四十一电容C41的第一端分别接地；所述第五芯片U5的第三三管脚通过第二十九电阻R29接地，第五芯片U5的第三二管脚连接第三十电阻R30的第一端，第五芯片U5的第三一管脚连接第三十一电阻R31的第一端，第五芯片U5的第三零管脚连接第三十二电阻R32的第一端，第五芯片U5的第二九管脚连接第三十三电阻R33的第一端；所述网络通讯总线包括第四芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十四电阻R24、第二十八电阻R28、第十七电容C17、第二十七电容C27、第二十九电容C29、第二十八电容C28、第三十电容C30、第M三芯片M3以及网络变压器B2；主要提供数据信号方式的转换，实现低功耗高隔离，提高产品的可靠性和IPI等级；第二十电阻R20充当终端设备电阻，第十八电阻R18、第十九电阻R19是一个可设置的终端电阻，由配置决定带负载电阻还是不带负载电阻；网络变压器B2的型号为HX1188NL；所述第四芯片U4的第六脚VDDS端口通过第二十七电容C27接地；第四芯片U4的第九脚VDD端口通过第二十九电容C29接地；第四芯片U4的第一零脚IM端口分别连接第十九电阻R19的第一端、网络变压器B2的第一一端口，第四芯片U4的第一一脚IP端口分别连接第十八电阻R18的第一端、网络变压器B2的第九端口；第四芯片U4的第一五脚ICMP端口分别连接第十五电阻R15的第二端、第十六电阻R16的第二端，第四芯片U4的第一六脚IBIAS端口连接第十六电阻R16的第一端，第十五电阻R15的第一端接地；所述网络变压器B2的第一零端口分别连接网络变压器B2的第一五端口、第十七电容C17的第二端，第十七电容C17的第一端接地；网络变压器B2的第一四端口通过第二十电阻R20连接网络变压器B2的第一六端口；网络变压器B2的第七端口分别连接网络变压器B2的第二端口、第二十八电容C28的第一端；所述第M三芯片M3的第一脚Q1G端口分别连接第M三芯片M3的第三脚Q2G端口、第二十八电阻R28的第一端、第二十四电阻R24的第二端、第三十电容C30的第一端，第二十八电阻R28的第二端接地；第M三芯片M3的第二脚Q2S端口分别连接第三十电容C30的第二端、第M三芯片M3的第五脚Q1S端口；第M三芯片M3的第四脚Q2D端口连接第十九电阻R19的第二端，第M三芯片M3的第六脚Q1D端口连接第十八电阻R18的第二端；震动传感器包括第五十一退偶电容C51、第五十二退偶电容C52、第四十三电阻R43、第四十二电阻R42以及传感器芯片U8，主要作用是在产品感知到大的震动以及产品翻转时及时通过中断唤醒MCU，让MCU处理告警信号通知云端；震动传感器使用半导体加速度倾角传感器；所述传感器芯片U8的第一四脚Vdd分别连接第五十二退偶电容C52的第一端、第五十一退偶电容C51的第一端、第四十三电阻R43的第一端、第四十二电阻R42的第一端；第五十二退偶电容C52的第二端、第五十一退偶电容C51的第二端分别接地；传感器芯片U8的第一一脚INT1连接第四十三电阻R43的第二端，传感器芯片U8的第九脚INT2连接第四十二电阻R42的第二端；所述断线检测传感电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第一MOS管M1、第一隔离变压器B1；第一电容C1的正极连接电源电压VCC、第一隔离变压器B1的第一端，第一电容C1的负极接地；第一隔离变压器B1的第二端连接第一MOS管M1的漏极；第一MOS管M1的源极连接第七电阻R7、第八电阻R8，第一MOS管M1的栅极连接第一电阻R1、第四电阻R4；MCU提供固定宽度的脉冲信号给第一MOS管M1，第一MOS管M1则有固定的打开时间，脉冲电流经过互偶得第一隔离变压器B1产生一个变化的电流斜率信号，第一隔离变压器B1的次级BT1、BT2分别呈现短路开路状态时，初级的电流斜率会发生大范围改变，用ADC固定延时采集到的信号也会发生很大的区别，以此判断安全线是否断裂，是否需要向远程云端递交告警判断；使用本电路的好处是隔离，和被检测部份没有直接接触，提升可靠性；所述智能井盖装置还包括盖体，盖体的中部设有安装腔，用于安装电子元件，检测线接入安装腔；安装腔设有透光孔，透光孔处设置光伏电池；安装腔与盖体四周之间通过加强机构连接。