基于重力加速度傳感器的井蓋運動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于重力加速度傳感器的井蓋運動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 道路井蓋一旦遇到破損或是被盜，如果得不到及時處理，會有車輛或行人因不知 情而出現(xiàn)事故，安全隱患很大，因此，對井蓋的缺失或損壞做到準(zhǔn)確的判斷就顯得尤為重 要。如果有破損或丟失發(fā)生，一般是行人直接發(fā)現(xiàn)并及時報警，此種全靠自覺的方式明顯缺 乏可控性，不能從根本上達到實時報警的要求，所以設(shè)計一種能自動識別井蓋狀態(tài)的裝置 可以有效的解決不能及時發(fā)現(xiàn)的弊端，通過重力加速度傳感器對井蓋的加速度和傾角的變 化進行實時分析，可以準(zhǔn)確的判斷出井蓋的當(dāng)前狀態(tài)，做到及時發(fā)現(xiàn)，及時報警。
[0003] 重力傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。所謂的壓電效應(yīng)就是"對于不存 在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化 狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場，這種由于機械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng) "。重力傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個特性。由于這個變形 會產(chǎn)生電壓，只要計算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成 電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作重力加速度傳感器，比如電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)， 光效應(yīng)，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測量其變形量 并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于重力加 速度傳感器的井蓋運動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于重力加速度傳感器 的井蓋運動狀態(tài)監(jiān)測裝置，包括主控模塊，所述主控模塊與安裝在井蓋上的重力加速度傳 感器連接；所述主控模塊與GPRS/WIFI模塊雙向連接；所述GPRS/WIFI模塊與監(jiān)控終端通 信。
[0006] 所述主控模塊與GPS模塊連接，GPS模塊可以定位井蓋的具體位置。
[0007] 所述主控模塊與看門狗電路、實時時鐘電路連接。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種利用上述監(jiān)測裝置監(jiān)測井蓋運動狀態(tài)的方法，包括以下步 驟： 1) 重力加速度傳感器判斷井蓋是否處于自由落體狀態(tài)，若是，則進入5);否則，進入2); 2) 主控模塊判斷井蓋的重力加速度是否大于閾值a，若是，進入3);否則，返回1);其 中，a=l. 5g ~2. 5g ; 3) 主控模塊判斷井蓋的重力加速度變化周期是否大于閾值t，若是，進入4);否則，返 回 O ;其中，t=3〇〇ms ~600ms ; 4) 主控模塊判斷井蓋傾角的變化是否大于閾值w，若是，則判斷井蓋損壞或者被盜，監(jiān) 控終端啟動報警程序；否則，返回I);其中，W=60~90度。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明首次在井蓋監(jiān)控上引入重 力加速度傳感器，可以準(zhǔn)確判斷井蓋的狀態(tài)，及時報警，大大提高了井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的有效性 和準(zhǔn)確性，由此也加強了整個井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明一實施例監(jiān)控裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明一實施例方法流程圖； 圖3為本發(fā)明變量A反映井蓋抖動的狀態(tài)圖； 圖4為本發(fā)明井蓋不規(guī)則運動時A的變化曲線； 圖5為本發(fā)明井蓋不規(guī)則運動時傾角的變化曲線。
【具體實施方式】
[0011] 如圖1所示，本發(fā)明一實施例包括主控模塊，所述主控模塊與安裝在井蓋上的重 力加速度傳感器、GPS模塊連接；所述主控模塊與GPRS/WIFI模塊雙向連接；所述GPRS/ WIFI模塊與監(jiān)控終端通信。
[0012] 本發(fā)明的重力加速度傳感器型號為ADXL345，ADXL345是一款小而薄的超低功耗3 軸加速度計，分辨率高（13位），測量范圍達± 16g。ADXL345非常適合移動設(shè)備應(yīng)用。它 可以在傾斜檢測應(yīng)用中測量靜態(tài)重力加速度，還可以測量運動或沖擊導(dǎo)致的動態(tài)加速度。 其高分辨率（3. 9mg/LSB)，能夠測量不到1. 0°的傾斜角度變化。該器件提供多種特殊檢測 功能?；顒雍头腔顒訖z測功能通過比較任意軸上的加速度與用戶設(shè)置的閾值來檢測有無運 動發(fā)生。敲擊檢測功能可以檢測任意方向的單振和雙振動作。自由落體檢測功能可以檢測 器件是否正在掉落。這些功能可以獨立映射到兩個中斷輸出引腳中的一個。正在申請專利 的集成式存儲器管理系統(tǒng)采用一個32級先進先出（FIFO)緩沖器，可用于存儲數(shù)據(jù)，從而將 主機處理器負荷降至最低，并降低整體系統(tǒng)功耗。低功耗模式支持基于運動的智能電源管 理，從而以極低的功耗進行閾值感測和運動加速度測量。
[0013] GPRS/WIFI通訊功能，監(jiān)控終端要及時將井蓋的狀態(tài)通過GRPS上傳至監(jiān)控中心， 尤其是出現(xiàn)被盜或移動的時候，要保證在第一時間向監(jiān)控中心報警，這就是對通訊實效性 提出要求。出于節(jié)電考慮，GPRS通訊部分的工作采取'滴答式'的工作模式，即在沒有出現(xiàn) 井蓋軌跡異常的情況下，系統(tǒng)每隔4個小時啟動一次通訊，并向監(jiān)控終端發(fā)送狀態(tài)。收到監(jiān) 控終端回復(fù)后再次進入休眠，等待下一次的喚醒。如果出現(xiàn)井蓋軌跡異常，系統(tǒng)會實時啟動 GPRS/WIFI通訊，并一直向監(jiān)控終端報告狀態(tài)，直至解除。
[0014] GPS定位功能，此功能為系統(tǒng)可選功能，通過讀取GPS定位信息，可以讓監(jiān)控中心 獲取井蓋的確切位置并在地圖中做出準(zhǔn)確標(biāo)識，方便維護。
[0015] 為了保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠的工作，系統(tǒng)引入了看門狗電路，其作用是防止程序 進入死循環(huán)，監(jiān)控程序的正常運行。在程序正常執(zhí)行一遍后，會清零到看門狗計數(shù)器，所以 不會到達最大計數(shù)值，但是如果程序由于外部干擾等原因而進入死循環(huán)，看門狗電路會強 行使系統(tǒng)復(fù)位。
[0016] 井蓋的狀態(tài)有： a :靜止(常態(tài)） b :抖動(大型車輛駛過引起路面震動或是有車輛從井蓋碾壓而過） c :自由落體(井蓋破裂后跌落井下） d :劇烈不規(guī)則運動(被人為搬走維修或是偷盜） 由上面的狀態(tài)可以看出，井蓋正常的狀態(tài)為靜止和抖動，當(dāng)發(fā)生意外時的狀態(tài)為跌落 或是劇烈不規(guī)則運動。這些狀態(tài)也是本發(fā)明方法的依據(jù)。
[0017] 由于井蓋個體差異非常小，它們的狀態(tài)的變化類別也相對單一，所以只要用重力 加速度和傾角的變化兩個參數(shù)進行分析就可以達到系統(tǒng)要求，結(jié)合井蓋的實際狀況，本發(fā) 明提出基于重力加速度和傾角的閥值算法。
[0018] 首先將井蓋的狀態(tài)用加速度a和傾角Θ建立數(shù)學(xué)表達。
[0019] a :靜止的時候加速度a和傾角Θ的輸出都是零，另外需要注意的是，該三軸加速 度計在靜止?fàn)顟B(tài)下的各軸輸出不全為0。在靜止?fàn)顟B(tài)下，X、Y、Z哪一軸的方向與重力加 速度方向反向，則該軸的輸出為lg，其他兩軸輸出為0;與重力加速度同向，則該軸的輸出 為-lg，其他兩軸輸出為〇。綜上所述，靜止?fàn)顟B(tài)下的a和Θ的表達式為： a = ax+ay+az = Ig θ = 〇° b :抖動，當(dāng)大型車輛駛過引起路面震動或是有車輛從井蓋碾壓而過的時候，井蓋會隨 著地面的震動產(chǎn)生抖動，這種抖動的特點是幅度小，速度快，持續(xù)時間短，而且只要是加速 度的變化，傾角幾乎不發(fā)生變化。
[0020] 這里我們設(shè)定一個變量A用來表示合加速度向量的大小，即
【主權(quán)項】
1. 一種基于重力加速度傳感器的井蓋運動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，包括主控模塊， 所述主控模塊與安裝在井蓋上的重力加速度傳感器連接；所述主控模塊與GPRS/WIFI模塊 雙向連接；所述GPRS/WIFI模塊與監(jiān)控終端通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力加速度傳感器的井蓋運動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在 于，所述主控模塊與GPS模塊連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于重力加速度傳感器的井蓋運動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在 于，所述主控模塊與看門狗電路、實時時鐘電路連接。
4. 一種利用權(quán)利要求1~3之一所述監(jiān)測裝置監(jiān)測井蓋運動狀態(tài)的方法，其特征在于， 包括以下步驟： 1) 重力加速度傳感器判斷井蓋是否處于自由落體狀態(tài)，若是，則進入5);否則，進入2); 2) 主控模塊判斷井蓋的重力加速度是否大于閾值a，若是，進入3);否則，返回1);其 中，a=l. 5g ~2. 5g ; 3) 主控模塊判斷井蓋的重力加速度變化周期是否大于閾值t，若是，進入4);否則，返 回 1);其中，t=300ms ~600ms ; 4) 主控模塊判斷井蓋傾角的變化是否大于閾值w，若是，則判斷井蓋損壞或者被盜，監(jiān) 控終端啟動報警程序；否則，返回1);其中，《=60~90度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于重力加速度傳感器的井蓋運動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法，監(jiān)測裝置包括主控模塊，所述主控模塊與安裝在井蓋上的重力加速度傳感器、GPS模塊連接；所述主控模塊與GPRS/WIFI模塊雙向連接；所述GPRS/WIFI模塊與監(jiān)控終端通信。本發(fā)明首次在井蓋監(jiān)控上引入重力加速度傳感器，可以準(zhǔn)確判斷井蓋的狀態(tài)，及時報警，大大提高了井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性，由此也加強了整個井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【IPC分類】G08B13-02, G08B19-00
【公開號】CN104658146
【申請?zhí)枴緾N201410844911
【發(fā)明人】王新良, 翟夏杰
【申請人】湖南新光井蓋科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月31日