基于NB-IoT的智能窖井盖监控系统的研究

孙嘉钰 李红 陈银亮 刘业林 骆琪 张桐赫 蔡天鹏

摘要：针对近年来我国窖井盖存在的丢失、移位等情况对人身及财产安全造成的隐患，提出基于物联网及NB-IoT技术的智能窖井盖监控系统，由单片机和传感器阵列组成窖井盖终端检测系统，可以随时采集井盖信息，实现对城市窖井盖检测及报警，从而最大化解决城市中窖井盖存在的安全问题，本文主要介绍窖井盖智能监控系统的检测与控制方式及涉及的通信技术。

关键词：窖井盖监控系统;传感器阵列;无线通信技术

城市智慧化已经成为继工业化、信息化、电气化之后的第四次浪潮，建设智慧城市，是世界城市发展的前沿趋势，随着5G的到来，这一趋势将被再次放大，在这万物趋于互联的时代，我们采用各类传感器与通信模块将井盖与网络互联的物联网技术，实现监控平台的实时监控，顺应了信息时代与智慧城市的发展。

智能窖井盖监控系统，由多个传感器及无线通信模块组成，采用STM32单片机作为控制器，多种传感器作为窖井盖状态检测装置。通过程序可以设置窖井盖水位、温湿度、倾斜度、光强的警戒值。实时接收数据，当任意一项数据超过警戒值立即报警。无线通信模块选用NB-IoT模块，通过单片机控制其发送实时数据及报警信息至监控平台。下面对窖井盖监控系统所涉及到的相关技术进行简要介绍。

1传感器采集技术

1.1基于DHT11传感器的温湿度检测技术

DHT11传感器应用数字模块采集技术和温湿度传感技术，能够同时检测窖井盖内部温度与湿度。其与STM32单片机相连，确保测量精度为l℃，根据不同位置、不同作用的窖井盖，可以设置不同警戒值，当超过警戒值时立即报警，并由无线通信模块将报警信息传送到监控平台。

1.2基于超声波HC-SR04的水位检测技术

使用超声波SR04模块测距来检测水位，SR04通过向井盖底部发射超声波，并根据返回时间得出水位值，当窖井盖内部水位与检测装置之间小于0.6米时报警，在暴雨多发地或者连接地下水管处的井盖，可以将检测时间间隔缩短。

1.3基于光电对管的闭合检测技术

光电对管也叫光电开关，是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。光电对管安装在窖井盖底部，当井盖被移位时报警，监控中心得到井盖被移位的信息可以及时处理。

1.4基于SCA100T倾角传感器检测技术

SCA100T系列倾角传感器测量角度范围为300，将在窖井盖倾角超过1°时报警，同时倾角传感器也可在光电对管没有正常T作时检测井盖被移位时倾角发生的变化，确保井盖没有丢失或打开。

2无线通信技术

智能窖井盖监控系统需要无线通信模块将信息实时发送到云监控平台上。适用于窖井盖的无线通信技术主要有蓝牙、WIFI、ZigBee、NB-IoT等，下面主要对这几种无线通信技术进行介绍及对比。

2.1蓝牙

蓝牙技术是一种无线数据和语音通信开放的全球规范，为同定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接。使用蓝牙模块安装在窖井盖上，可以使用移动设备通过蓝牙连接，对一定数量的窖井盖的实时情况进行短距离实时监控。

2.2 WIFI

WIFI被广泛用于各大公共场所及私人住所，几乎所有智能手机电脑都支持WIFI连接，是当今使用最广的一种无线网络传输技术，覆盖范围相比较于蓝牙连接增加了10倍。与蓝牙相同，移动设备通过WIFI连接可以实时监控窖井盖的状态，但同时也仅限于短距离，较少数量的连接。

2.3 ZigBee

ZigBeeD的主要特点是低速、低耗电、低成本，最高可连接65000个节点，应用于含有多个传感器的智能窖井盖监控系统，可以在实现短距离内将云监控平台与多传感器集成的井盖监控系统连接。

2.4 NB-IoT

NB-IoT是物联网一个分支，它具有广覆盖、超连接、低功率、低成本的特点，适合智能窖井盖监控系统的应用。NB-IoT模块安装在窖井盖底部，用于将单片机控制系统处理的井盖信息实时发送至监控平台进行数据可视化。由于其特性，在位置偏远，深度较深的井盖也不会影响信息的发送，有效避免系统报警后信息无法及时处理的问题。

3基于NB-IoT云监控平台

云监控平台接收与其连接的所有窖井盖的IoT数据，其中包括窖井盖的实时状态信息和单片机控制系统所发出的报警信息，实现数据可视化，便于管理者轻松了解井盖实时的状态，并对报警信息进行处理，真正实现智能窖井盖的实施监控。

4结束语

综上所述，在物联网高速兴起并发展的今天，将基于单片机及多传感器的窖井盖监控系统与NB-IoT技術相结合，构建一个可以实现云监控的智能窖井盖监控系统，是实现智慧城市中智慧环境方向的一个重要分支，在便于政府管理城市的同时，为人身及财产安全提供了保障。

参考文献

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[5]赵士鹏.基于ZigBee和GPRS的智能井盖远程监控系统设计[J].电子世界，2016（17）：158-159.

项目：2019年度大学生创新创业训练计划省级项目《基于物联网的智能井盖监控系统设计》;吉林省教育教学“十三五”规划2017年度重点课题，课题批准号ZD17095;2018年吉林省高等教育教学研究课题《新工科背景下电子信息工程专业人才创新能力培养的研究与实践》。