一种窨井预警探测器的制作方法

本实用新型涉及行人安全保障技术领域，具体而言涉及用于窨井测深的装置。

背景技术：

随着社会、经济的快速发展，市政公共基础建设力度的不断加大，城市排水管网涉及的区域越来越广，分布于城市道路上的窨井盖也越来越多，但是由于长期受到车辆重压、地基沉降等原因，窨井盖经常会被破坏或被盗，给行人带来巨大的安全隐患，特别是雨水较多的季节，由于排水管网的排溃能力有限，经常出现溢流等现象，造成城市内涝，每年相关新闻都会报道行人因不慎落入窨井而受伤甚至丧生。为此，本申请采用非接触探测方式，研制一种窨井预警和探测装置，以帮助行人探测行走方向上的窨井深度(晴天)或雨水深度(雨天)，当探测深度超过设定值时，系统控制开启报警信号，达到帮助行人暗夜或雨天避险的目的。

技术实现要素：

本实用新型是为了避免行人在雨天行走的过程中，可能遇到由于道路上窨井盖缺失所发生的意外，提供一种测量雨水深度的硬件装置。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

提供一种窨井预警探测器，其特征在于，包括电源模块，控制模块，超声波换能器发射模块，超声波换能器探头，超声波换能器接收 模块，电源模块与控制模块的电源端连接，控制模块的输出端与超声波换能器发射模块的输入端连接，超声波换能器发射模块的输出端与超声波换能器探头的输入端连接，超声波换能器探头输出端与超声波换能器接收模块输入端连接，超声波换能器接收模块输出端与控制模块输入端连接。

优选的，所述窨井预警探测器还包括用于补偿由于环境因素影响所带来的测试误差的环境补偿模块，环境补偿模块与控制模块连接。

优选的，所述控制模块是单片机，单片机型号是STC12C5A60S2。

优选的，所述控制模块包括PWM信号发生器，用于产生PWM信号传送到超声波换能器发射模块。

优选的，所述超声波换能器接收模块包括限幅电路、滤波电路和对数放大电路。

优选的，所述超声波换能器探头工作在频率650kHz。

优选的，所述控制模块还包括通信模块，用于与外部设备进行通信。

优选的，所述窨井预警探测器包括键盘，用于选择系统菜单；还包括显示器，用于显示测试结果；所述键盘、显示器分别与所述控制模块连接。

使用本实用新型的窨井预警探测器，帮助行人探测行走方向上的窨井深度(晴天)或雨水深度(雨天)，当探测深度超过设定值时，系统控制开启预警信号，达到帮助行人暗夜或雨天避险的目的。

附图说明

图1是本实用新型的窨井预警探测器的结构框图；

图2是本实用新型的窨井预警探测器的主程序工作流程图；

图3是本实用新型的窨井预警探测器的返回波信号数据处理工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明，但是本实用新型的保护范围并不局限于实施方式表述的范围。

图1是本发窨井预警探测器的结构框图。如图所示，本实用新型窨井预警探测器，包括电源模块101，控制模块102，超声波换能器发射模块103，超声波换能器探头104，超声波换能器接收模块105，电源模块101与控制模块102的电源端连接，控制模块102的输出端与超声波换能器发射模块103的输入端连接，超声波换能器发射模块103的输出端与超声波换能器探头104的输入端连接，超声波换能器探头104的输出端与超声波换能器接收模块105的输入端连接，超声波换能器接收模块105的输出端与控制模块102的输入端连接。电源模块101为控制模块102供电，锂电池可以作为电源模块101。

在一些实施方式中，所述控制模块102包括PWM信号发生器，用于产生PWM信号传送到超声波换能器发射模块103。

在一些实施方式中，所述控制模块102是单片机，单片机型号是STC12C5A60S2。单片机STC12C5A60S2可产生PWM信号。

STC12C5A60S2单片机操作简单，性价比和集成度较高,具有低功耗、高速度、宽电压、成本低。增强型8051内核，时钟频率35MHz， 具有8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字节片内Flash存储器、2路CCP/PCA/PWN,PWN可当D/A使用。片内USART、看门狗定时器、高速SPI、集成片内R/C时钟、大量的I/O端口以及大容量的片内存储器。能实现大量数据处理。

超声波换能器发射模块103中包括反相电路以及升压电路，对PWM信号进行处理。在反相电路中，可使用高速CMOS器件74HC04D六反相器，使控制模块102传送来的PWM信号的驱动能力增强，再将其经过升压电路中功率场效应管对其功率进行放大，最后经过变压器的升压耦合得到稳定的高压超声波换能器发射信号。具体的，该场效应管型号可以是IRLU3410。将超声波换能器发射信号传送到超声波换能器探头104。

所述超声波换能器探头104是650KHz泥位计探头，工作频率650KHz±30KHz，灵敏度发射电压200Vpp，灵敏探测距离0.6m，回波幅度700mV(－62dB)，工作电压的峰值电压＜600VPP。超声波换能器探头104工作在频率650kHz，能高精度测量雨水深度。较低的声波工作频率，例如80kHz，遇到水会产生反射，测试误差较大，无法准确测量雨水深度。

超声波换能器接收模块105接收超声波换能器探头104探测到的信号。超声波换能器接收模块105由限幅电路，滤波电路，和对数放大电路组成。滤波电路可以采用芯片AD8052，AD8052具有低功耗、高速的运算放大器。对数放大器可以采用芯片AD8310，AD8310具有小尺寸、功耗小、高精度，稳定性高的多级解调对数放大器，超声 波换能器接收模块105将信号进行解调，并将解调信号送往单片机片内ADC进行采样处理。单片机获取数据后，根据超声波换能器发送和接收的时间差获得测量距离的结果。

在一些实施方式中，所述窨井预警探测器还包括用于补偿由于环境因素影响所带来的测试误差的环境补偿模块106，环境补偿模块106与控制模块102连接。通过增加环境补偿模块106来获取大气中的即时温度，并通过程序中的查表和插值方法，计算出声波随大气温度变化的即时传播速度，使得测量结果更加精确。具体的，程序中预先记有超声波在不同温度下所对应的传播速度。通过环境补偿模块106中的传感器检测环境的即时温度，查找对应的传播速度，再根据该传播速度进行计算。

在一些实施方式中，所述控制模块102还包括通信模块，用于与外部设备进行通信。通信模块可以是蓝牙模块、红外线模块、或/和有线接口。通信模块便于与外部设备进行通信，具体的，可以通过手机的蓝牙功能，将手机连接到窨井预警探测装置，方便用于查看测试结果和其他参数的设置。外部设备可以包括设有对应接口的电子设备。

在一些实施方式中，所述窨井预警探测器包括键盘106，用于选择系统菜单；还包括显示器107，用于显示测试结果；所述键盘106、显示器107分别与所述控制模块102连接。连接方式可以采用有线或者无线的方式。显示器107也可以用来显示预警信号。

下面再进一步描述窨井预警探测方法。

请参考图2，图2是本实用新型的窨井预警探测器的主程序工作 流程图。所述窨井预警探测方法包括以下步骤：步骤S1：初始化看门狗，初始化片内ADC配置，初始化显示器；步骤S2：配置I/O口的输出状态；步骤S3：输出信号到看门狗定时器；步骤S4：对返回波数据进行处理分析；步骤S5：显示水深深度；步骤S6：判断是否接收到返回波，如果是，返回步骤S3；如果否，执行步骤S7；步骤S7：若计算出的水深深度超过预设的上限，发出报警信号。。

控制模块102中的系统主要包括系统初始化、返回波信号数据处理、显示及预警判断部分。为保障系统不会因外界干扰产生流程紊乱或死循环的现象，系统采用监视定时器(俗称看门狗)对程序执行进行监测，可以设定定时时间为500ms。其中初始化部分主要是对监视定时器(俗称看门狗)进行设置，其主要功能包括：开机延时，为显示器开机启动做准备；初始化显示器的配置；初始化看门狗；初始化片内外设ADC的配置；然后进行配置I/O口的输出状态。

进一步请参考图3，图3是本实用新型的窨井预警探测器的返回波信号数据处理工作流程图。

返回波信号数据处理是系统程序的主要部分，其处理过程包括步骤S41：开启PWM发送脉冲；步骤S42：置PWM为CTC模式，步骤S43：等待中断发送650kHz一定个数的脉冲；步骤S44：发送个数是否达到Pulse Number，如是，则停止发送脉冲，并开启片内ADC，采集600个数据，数据的个数可以根据实际情况的需要来确定。如否，则死循环等待下次PWM的到来，直至Pulse Number脉冲发送完为止；步骤S45：然后对数据进行分析，确定超声波返回波具体的采样点个 数，即确定返回波占用时间，利用返回波采样点个数乘以ADC采样周期再乘以二分之一超声波传播速度，从而计算出水深深度；程序循环过程中由程序定时清除看门狗定时器(俗称喂看门狗)，以保障程序运行安全。

最后，将计算出的水深深度具体的数值通过显示器107显示；再延时一定时间，等待没有超声波返回波影响时，再进入下一次超声波发送。通过将计算出的水深深度结果与预设的上限值进行比较，确定是否发出预警信号。如果水深深度超过预设的上限，则发出预警信号，如果不超过，则不发出预警信号。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。