【摘要】本井蓋防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹了一種基于zigbee的網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案。基于光敏二極管、氣體傳感器、角度感應(yīng)器、LED紅外感應(yīng)報(bào)警燈、單片機(jī)的功能特點(diǎn)及其外擴(kuò)組成部分，通過轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了與zigbee的信息傳遞。在實(shí)驗(yàn)部分，分為材料準(zhǔn)備、性能分析、實(shí)際操作部分三個(gè)板塊分析了各個(gè)所需材料的性能及作用，通過實(shí)驗(yàn)確定了所需類型，介紹了井蓋防盜的現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)目的，并給出了設(shè)計(jì)的流程圖、系統(tǒng)圖，實(shí)現(xiàn)了zigbee的數(shù)據(jù)傳輸，最后還進(jìn)行了創(chuàng)新點(diǎn)分析。此井蓋防盜系統(tǒng)通過紅外感應(yīng)燈管與聲控裝置的結(jié)合，及光敏二極管的正常運(yùn)作，紅外感應(yīng)LED閃爍燈的設(shè)置，不僅能及時(shí)報(bào)警，而且能有效的保證人身安全。

【關(guān)鍵詞】井蓋防盜;zigbee;光敏二極;轉(zhuǎn)換器

1.現(xiàn)狀與趨勢(shì)

井蓋是通往地下設(shè)施的出入口頂部的封閉物，隨著城市化進(jìn)程的加快，市政公用設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速。這也給不法分子提供可乘之機(jī)，撬開井蓋盜竊電纜。由于城區(qū)面積擴(kuò)大，井蓋分布范圍廣、數(shù)量大，導(dǎo)致監(jiān)管難度大，通過井蓋盜竊線纜的犯罪行為越來越猖獗。這些盜損行為，影響了設(shè)施功能的正常發(fā)揮，并造成巨大的直接和間接損失。井蓋線纜防盜已經(jīng)成為困擾市政建設(shè)的巨大難題。井蓋丟失后不能及時(shí)的確定被盜位置和及時(shí)修補(bǔ)，容易造成安全遺患。本設(shè)計(jì)方案是根據(jù)現(xiàn)在日趨嚴(yán)重的偷盜井蓋現(xiàn)象設(shè)計(jì)出的利用光敏二極管，氣體傳感器，紅外感應(yīng)燈管，LED報(bào)警燈及通信系統(tǒng)傳感的多重監(jiān)測(cè)。

2.目的

此系統(tǒng)設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)以下幾方面的目的：井蓋的全天候24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，井蓋缺失或者被盜實(shí)時(shí)報(bào)警及電子地圖顯示，后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫可實(shí)現(xiàn)信息多重查詢和管理，總部及分中心兩級(jí)管理中心模式（報(bào)警同步，管理權(quán)限分開），全網(wǎng)系統(tǒng)日常施工和維護(hù)管理;后臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)備份。

3.實(shí)驗(yàn)部分

3.1 采集終端的材料準(zhǔn)備

根據(jù)我們的想法，在通過收集資料得出我們需要的材料有轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，光敏二極管，硅光電池，紅外感應(yīng)燈管，LED紅外感應(yīng)警報(bào)燈，聲控裝置，線纜，節(jié)點(diǎn)（確定地理位置），角度感應(yīng)器，氣體傳感器，鎳基合金材質(zhì)的盒子。

3.2 實(shí)際操作部分

我們將程序植入單片機(jī)，然后使其嵌入到各個(gè)硬件中，確定2CU2A型光敏二極管，紅外感應(yīng)燈管，聲控裝置，轉(zhuǎn)換器的安裝位置，因其是一個(gè)整體，我們選擇了鎳基合金材質(zhì)的盒子將其裝入，為了讓這個(gè)裝置盡可能的不受破壞，我們選擇將這個(gè)裝置安裝在井壁，LED紅外感應(yīng)閃爍警報(bào)燈用吸頂式的方式安裝在井壁，氣體傳感器，節(jié)點(diǎn)，角度傳感器，同樣都安裝在井壁，并且它們四者是一個(gè)整體，LED閃爍燈及氣體傳感器都應(yīng)放在一個(gè)透明的盒子里，安裝在井壁，通過多次實(shí)驗(yàn)，我們確定了它們最合適的安裝角度，最后利用zigbee網(wǎng)絡(luò)與控制端相連接。

整個(gè)防盜實(shí)行流程為：如果偷盜者開始打開井蓋，此時(shí)紅外感應(yīng)燈管亮，警示燈亮，

與此同時(shí)，光敏二極管向轉(zhuǎn)換器傳送信號(hào)，轉(zhuǎn)換器會(huì)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過zig-bee網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳到控制臺(tái)，由此井蓋可得到及時(shí)的修理，保護(hù)人身安全。如果沒有打開井蓋，紅外感應(yīng)燈管不會(huì)亮，光敏二極管和系統(tǒng)也都不會(huì)有反應(yīng)，這樣也節(jié)約了能源。

3.3 系統(tǒng)重點(diǎn)注意的問題

3.3.1 電池的壽命

整個(gè)系統(tǒng)都需要能源的提供，其直接來源為電池，雖然我們的電池壽命以能達(dá)到一年半左右，但若電池耗盡，則采集終端無法正常工作，因而我們希望在電池快沒電時(shí)能自動(dòng)通知系統(tǒng)更換，于是我們選擇了51單片機(jī)（已經(jīng)編好了程序的）與其連接，這樣就能發(fā)送信號(hào)給控制端了，目前正在做實(shí)驗(yàn)研究新的供能方式。

3.3.2 紅外感應(yīng)器的感應(yīng)距離

在我們的初步試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)紅外感應(yīng)器的距離不好控制，因而我們將其與聲控裝置通過雙鑒監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合在一起，只有兩者同時(shí)感應(yīng)時(shí)，才燈亮，這樣才確保了光敏二極管只有在井蓋被偷時(shí)才發(fā)送信號(hào)給轉(zhuǎn)換器。

3.4 系統(tǒng)功能

3.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控及超大范圍的報(bào)警

因光敏二極管的性能及紅外感應(yīng)燈管，可實(shí)時(shí)監(jiān)控管道井蓋的開啟情況，采集井蓋開啟和關(guān)閉信號(hào)后，通過管道內(nèi)的信號(hào)電纜上傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)編碼及開閉信號(hào)確定井蓋的開啟或關(guān)閉狀態(tài)。井蓋故障的顯示和存檔，在電子地圖上對(duì)轄區(qū)內(nèi)管道井的各種故障及地理位置進(jìn)行顯示，并自動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，使得管理更加方便。

3.4.2 遠(yuǎn)程查詢及遠(yuǎn)程管理

系統(tǒng)能定期對(duì)下位機(jī)及線路中的設(shè)備進(jìn)行巡檢，看是否一直處于開啟狀態(tài)，自動(dòng)診斷鏈路故障;遠(yuǎn)程主控布防、撤防，集中管理，安全保密。

3.4.3 通訊方式及操作的簡(jiǎn)便性

采用zigbee的無線通信技術(shù)，數(shù)據(jù)不復(fù)雜，維護(hù)人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)熟練應(yīng)用系統(tǒng)軟件，井蓋故障的顯示和存檔，在電子地圖上對(duì)轄區(qū)內(nèi)管道井的各種故障，進(jìn)行顯示，并自動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

3.4.4 性能及精確性

高穩(wěn)定性，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，井蓋防盜監(jiān)控指揮平臺(tái)能確?？焖俪鼍?，實(shí)現(xiàn)精確打擊的目標(biāo)，以預(yù)防為主，將財(cái)產(chǎn)損失減少到最小限度。 硬件內(nèi)置看門狗控制器，提高系統(tǒng)的可靠性;將設(shè)備裝在一個(gè)堅(jiān)實(shí)的盒子里面，因而具有防水、防銹、防腐蝕、防泥沙的功效。

3.4.5 保證人身安全

有LED報(bào)警燈的設(shè)置，在井蓋被盜后，報(bào)警燈會(huì)間斷地發(fā)出閃亮的光芒，讓人們?cè)诤苓h(yuǎn)的地方就會(huì)對(duì)此引起注意，提高警惕，同時(shí)可以讓施工人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理 ，造成不必要的傷亡，全方位的保證了人身安全。

4.內(nèi)容分析

4.1 系統(tǒng)組成部分

井蓋防盜報(bào)警系統(tǒng)由前端井蓋監(jiān)控采集器、通訊線纜、井蓋監(jiān)控管理中心組成。

4.2 系統(tǒng)管理中心

應(yīng)用井蓋監(jiān)控采集器、通訊線纜、井蓋監(jiān)控管理中心一體化高效運(yùn)作，以便對(duì)各轄區(qū)內(nèi)所屬的井蓋防盜進(jìn)行統(tǒng)一指揮調(diào)度處警和對(duì)井蓋維護(hù)實(shí)行管理。

5.創(chuàng)新點(diǎn)分析

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，及與其他同類設(shè)計(jì)的比較，分析出本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)：

1）每次開啟，后臺(tái)可自動(dòng)獲悉終端電池信息，如電池電壓不足，亦會(huì)有聲光報(bào)警顯示。

2）井下終端氣密設(shè)計(jì)，滿足惡劣環(huán)境要求。

3）井下終端自帶電池，電池使用壽命長(zhǎng)。

4）除更換電池外井下終端無需維護(hù)。

5）適用各種材質(zhì)的井蓋，施工方便，無需專業(yè)培訓(xùn)，每次施工時(shí)間不超過15分鐘。

6）成本可控，一次性終端單位成本投入較其它產(chǎn)品低，可持續(xù)運(yùn)營(yíng)成本低。

7）將紅外感應(yīng)燈管和聲控裝置結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。

8）角度傳感器的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。

9）LED紅外感應(yīng)閃爍燈的設(shè)置，保護(hù)了人們的安全。

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基金項(xiàng)目：重慶第二師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)意項(xiàng)目（編號(hào)：XS131438802）。