窨井盖智能安全防护装置设计毕业设计论文.docx
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窨井盖智能安全防护装置设计毕业设计论文
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毕业设计(论文)
窨井盖智能安全防护装置设计
THEDEVICEDESIGNOFTHEINTELLIGENCE,SAFETYANDPROTECTIONOFTHEMANHOLECOVER
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年 月 日
摘要
本论文是设计一种窨井盖智能安全防护装置,涉及窨井盖安全技术领域。
首先,查阅相关文献,分析现有的窨井盖的优缺点。
其次,通过对工作环境的分析,设计合理窨井盖的结构,并通过计算进行验证结构的合理性。
最后,结合相关文献和导师的建议选择了窨井盖的移位传感器、窨井内的水位检测传感器、无线模块和整个装置的太阳能供电模块并进行相关电路的设计。
该装置通过无线将传感器检测到的窨井盖信号传给市政部门,便于有效管理窨井盖,减小窨井盖事故发生的概率。
关键词窨井盖;传感器;无线传输;太阳能供电
Abstract
Thisthesisistodesignamanholecoverintelligentsecurityguards,securitytechnologiesinvolvingmanholecover.First,relevantliterature,theadvantagesanddisadvantagesoftheexistingmanholecover.Secondly,throughtheanalysisoftheworkenvironment,therationaldesignofthestructureofthemanholecover,andbycalculatingthereasonableverificationstructure.Finally,theproposedcombinationofliteratureandmentorschosesolarpowermodulemanholecoverdisplacementsensor,levelsensorinsidethemanhole,thewirelessmoduleandtheentiredeviceandassociatedcircuitrydesign.Thedeviceoverthewirelesssensordetectedsignalstothemanholecovermunicipalsector,tofacilitatetheeffectivemanagementofthemanholecover,manholecovertoreducetheprobabilityofaccidents.
Keywordsmanholecoversensorwirelesstransmissionsolarpower
目录
摘要II
AbstractIII
1绪论1
1.1引言1
1.2国内外研究现状2
1.2.1窨井盖材料的研究现状2
1.2.2窨井盖设计现状2
1.2.3窨井巡检技术的研究现状2
1.2.4水位检测技术研究现状4
1.3论文研究的主要内容5
2窨井盖结构的设计7
2.1窨井盖尺寸和结构的拟定7
2.2计算方法中参数的选择7
2.3窨井盖板的结构验算8
2.3.1按均布荷载计算内力8
2.3.2按均布荷载对窨井盖截面强度进行核算9
2.3.3窨井盖跨中正截面疲劳强度核算10
2.4结论11
3窨井盖移位信息获取传感器的电路设计12
3.1传感器的设计原理12
3.1.1基于磁阻效应的磁场检测传感器12
3.1.2AMR磁传感器的工作机理12
3.2新型传感器的结构设计13
3.3新型传感器的电路设计14
3.3.1放大滤波电路的设计15
3.3.2置位∕复位脉冲电路的设计15
3.3.3偏置消除电路17
3.4本章小结18
4窨井内液位检测传感器的电路设计19
4.1超声波液位计的工作原理19
4.2超声波液位传感器模块硬件设计20
4.2.1超声波发射电路20
4.2.2前置放大电路21
4.2.3带通滤波电路22
4.2.4检波及整形电路24
4.2.5温度补偿电路26
4.3超声波液位计模块软件流程设计26
4.4本章小结27
5无线窨井系统网络拓扑结构和模块的设计28
5.1无线窨井系统传输网络结构28
5.1.1传感器节点和中继器之间的组网结构28
5.1.2中继器之间的组网结构29
5.1.3网关节点与远程监控中心的组网结构30
5.2无线模块的设计31
5.2.1传感器节点与中继器通信模块31
5.2.2中继器之间通信模块31
5.2.3网关节点与远程监控中心无线模块32
5.3本章小结33
6太阳能供电系统设计34
6.1太阳能供电系统基本概念34
6.2太阳能供电模块的设计34
6.2.1蓄电池充电电路总体设计34
6.2.2电压比较电路设计35
6.2.3电流比较电路设计35
6.2.4负载控制电路设计36
6.2.5电源调理电路设计37
6.3本章小结37
结论38
致谢39
参考文献40
1绪论
1.1引言
文学家龙应台文章中写过:
一场大雨便可检验城市是否达到现代化。
正如这句话所说,大雨确实是对一座城市和一个国家建设水平而言,最好的检测方式。
一个城市的排水网络,是解决城市污水和雨水问题的有效途径,是市政部门的重要构成部分,在生态环境保护系统中充当着一个重要角色[1]。
城市排水主要来源是工厂排放的污水、日常生活的废水和正常的降水。
城市排水系统方便了市民的生活,减少污水带来的环境污染问题,保障了城市现代化发展。
近几年来,随着人民生活水平的飞速发展,日常排放的废水量直线上升,引发的环境问题也日趋严重,暴雨天气下窨井盖被冲起等问题一定程度上危害着人们的人身安全。
因此,如何及时检测城市排水系统的水位的高度成为我们重点要解决的问题之一。
铁制窨井盖易脆裂常被盗窃造成事故,一定程度上影响公民的人身安全。
近些年来研究弓形钢纤维混凝土阻止微裂缝的引发和扩展的相关理论取得了很大进展,为生产钢纤维混凝土窨井盖提供了充足的理论支持。
钢纤维混凝土窨井盖相对于带肋的钢纤维混凝土窨井盖具有成本低,耐用性好,设计简单等优点。
在考虑相关材料选择的基础上对窨井盖进行再设计和对窨井盖是否缺失的监测来改善窨井坠落事故,提高行人外出的安全感。
通过传感器组成的实时检测系统可以及时地获取城市排水系统水位和窨井盖缺失情况。
因为窨井排水网络是一个庞大的工程,怎样布局检测装置,怎样传输传感器监测数据成为了排水网络监控方面的难题。
从监控系统的传输的方式来看,有线方式居多,由于城市排水网络环境的恶劣,传输电缆容易遭到破坏,这是监控系统的一个非常大的隐患。
WSN的运用给窨井盖监测系统带来了一种新的解决办法[2],WSN具有能耗低、成本低和使用方便等优点。
通过使用传感器,监测窨井内的水位高度和窨井盖的缺失情况,把监测到的数据利用无线技术传输到窨井盖附近的网关上,再通过GPRS网络把监测到的数据传输到远程的监控中心。
这样一来,如果窨井盖内水位过高或是丢失,远程的监控中心会给出对应的报警提示,相关部门就能根据提示及时解决问题,一定程度上减小事故发生几率。
本文着重研究窨井盖的材料选择、窨井盖预警结构的机械设计、一种基于WSN网络的适用于窨井盖内水位监测和缺失的方法三个方面对窨井盖进行改造设计。
1.2国内外研究现状
1.2.1窨井盖材料的研究现状
近年来,电视媒体频频播报由于窨井盖损坏或是被盗等原因造成财产损失和人员伤亡的事故。
由于这类事故频频发生,我国渐渐对窨井盖新型材料研发和防盗两方面加以重视。
由钢筋混凝土筑成的窨井盖发展到球墨铸铁材质窨井盖,再由铸铁材质窨井盖发展到复合材质窨井盖,最终目的都是为了安全耐用和美观。
目前,市面上出现的复合材料窨井盖与上述两种窨井盖的材质相比,成本低,并且回收再利用价值很低,这样就能减少窨井盖被盗的几率。
另外根据调查,我国大多数窨井盖损坏的形式为局部破裂状分散损坏或者整体损坏,造成这种损坏的形式是由于窨井盖的结构和材料没有充分合理的结合。
1.2.2窨井盖设计现状
国外窨井盖在设计方面日渐趋于完善和人性化,极大程度上考虑了行人的出行安全,而不局限于窨井盖本身的功能性。
相比较而言,国内窨井盖设计还停留在工程设施的基础上,不能够认识到行人和窨井盖之间的关系,这对城市的健康发展、公共安全设施功能的体现都会有不良影响。
随着城市现代化建设、人口数量的不断增长、行人密度急剧增加和行人安全问题不断突出,对窨井盖设计的优化,提高其安全性能迫在眉睫。
目前,我国窨井盖在设计过程中仅仅是考虑到窨井框与窨井盖的精密度,从而避免在车辆碾压的过程中出现跑、跳的现象,但是在安全使用方面还是不够完善。
在这种情况下,需要将目前窨井盖的结构进行再设计,解决窨井盖被水淹没及夜晚窨井盖缺失两种情况下的安全预警设计,降低行人坠井事故发生的几率。
同时还有必要在窨井盖的底部装设抗压支架装置,为窨井盖提供支撑力和应急保护措施。
针对目前国内窨井盖的现状,完成一种抗压窨井盖以及其安全预警的结构设计,有利于减小窨井盖事故的发生概率。
1.2.3窨井巡检技术的研究现状
在发达国家,水电、管道、常见的公共设施的管理都由市政负责,因此窨井可以交叉使用,且位置隐蔽不易被发现。
例如日本,窨井都设计在马路下面,路面上基本没有窨井盖。
所以说窨井盖问题在中国比较严重。
窨井盖从起初的无防盗的普通窨井盖变为运用电子技术对窨井盖防盗功能的再设计。
2009年起窨井盖管理模式发生了巨大的变化,即使用RFID技术,相关负责人定期检查,使用掌机读取窨井盖的状态信息。
物联网相关技术的不断更新,窨井盖模式将发展到第四个阶段,即通过物联网技术来管理窨井盖。
窨井盖发展的过程如图1-1所示:
图1-1窨井盖发展的过程
1.普通窨井盖
(1)无防盗功能,通过人工巡检的方式监测窨井盖
(2)窨井盖故障发生几率高
2.防盗窨井盖
(1)引用相关技术对窨井盖进行防盗设计
(2)窨井盖成本较高
(3)随着科技的发展,系统常常需要“升级”
(4)需要人工巡检
3.城管通模式
(1)引用RFID技术,市政部门定期利用掌机读取窨井盖的状态数据
(2)效率相对提高,不必要巡查
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- 窨井 智能 安全 防护 装置 设计 毕业设计 论文