具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁、窨井盖及开闭控制方法与流程

本发明主要涉及电气控制技术领域，特指一种具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁、窨井盖及开闭控制方法。

背景技术：

城市的供水、排水、通信、电力、燃气等是保障市民正常生活的基础公共设施，作为供水、排水、通信、电力、燃气的地下管网纵横交错，遍布城市各个角落，并且随着城市的不断扩大，地下管网也相应扩张。窨井作为地下管网与地面的连接通道，为地下管网内的基础公共设施提供了便捷的维护出入口通道。同时，窨井也存在很多不可控的安全因素，甚至可能给民众的生命财产及社会安全带来隐患，例如排水管道吞人、可燃气体聚集产生爆炸、有毒气体聚集致人死亡等事故屡见不鲜；通信资源、电力资源被盗、占用、破坏屡禁不止，造成此类隐患的具体原因如下：

1）现有的管道井盖绝大多没有锁闭结构，即使有也是简单的机械锁闭结构，非常容易开启；

2）市场上所谓的智能井盖锁，其复杂的结构及极差的防护性能在管道恶劣的环境下，其功能及寿命无法得到保障，根本达不到其监控的要求；

3）市场上所谓的智能井盖锁，为半自动锁，还需开关锁还需配备电子钥匙，需手动操作开关锁，现场工作人员操作复杂、耗时，因工作人员疏忽大意，易在关井盖后忘记关锁；

4）市场上所谓的智能井盖锁生产制造成本高，为批量化应用带来极高的财政预算，阻碍了电子井盖锁的迅速普极应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、开关简便可靠的具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁及窨井盖，并相应提供一种操作简便的开闭控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁，包括锁体组件、驱动组件和控制组件；

所述锁体组件，包括多组沿窨井盖的盖体的周向方向分布的锁体单元；各锁体单元均包括锁销、引导管和复位弹簧；所述引导管安装于所述盖体上，所述锁销滑动安装于所述引导管内，所述复位弹簧套设于所述引导管内的锁销上，并驱动所述锁销伸出引导管以使窨井盖处于锁闭状态；

所述驱动组件，包括驱动电机、转盘和连接条；所述驱动电机安装于所述盖体上，所述转盘安装于所述驱动电机的输出轴上，所述连接条的两端分别与锁销和转盘相连，所述驱动电机驱动所述转盘转动，使连接条拉动所述锁销向引导管回缩以使窨井盖处于开启状态；

所述控制组件，与所述驱动电机相连，用于接收外部控制指令来控制驱动电机正转或反转以实现窨井盖的锁闭和开启。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述转盘上安装有感应块，所述转盘下方的盖体上安装有锁闭状态检测件和开启状态检测件；当所述转盘转动而使锁销处于锁闭状态时，所述锁闭状态检测件检测到所述感应块；当所述转盘转动而使锁销处于开启状态时，所述开启状态检测件检测到所述感应块。

所述锁闭状态检测件和开启状态检测件均为霍尔传感器，所述感应块为永磁铁。

所述连接条为软性连接条，所述软件连接条的一端通过挂钩与所述锁销连接，另一端连接在转盘的连接孔上。

所述盖体上安装有用于检测液位高度的液位检测件；所述液位检测件为超声波液位计。

所述盖体上还安装有用于检测加速度的加速度传感器和扬声组件，所述加速度传感器和扬声组件与所述控制组件相连。

所述盖体上设置有定位组件，所述定位组件与所述控制组件相连。

本发明还公开了一种具有开闭功能的全自动智能窨井盖，包括盖体，所述盖体上设置有如上所述的具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述盖体与具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁之间设置有支撑件，以使具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁与盖体之间存在一定安全间距。

本发明还公开了一种如上所述的具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁的开闭控制方法，包括开启控制子方法和锁闭控制子方法，

所述开启控制子方法包括：控制组件收到外部开启命令，控制组件给驱动电机正向供电，驱动电机顺时针旋转，并带动转盘顺时针旋转，连接条的一端随转盘顺时针旋转，将带动锁销向后拉，复位弹簧被压缩，直至锁销回缩至引导管内，完成开启命令；

所述锁闭控制子方法包括：控制器收到外部关锁命令，控制组件给驱动电机反向供电，驱动电机逆时针旋转，并带动转盘逆时针旋转，连接条放松，锁销在复位弹簧的张力下向外弹出引导管，直至复位弹簧处于自由状态，完成关锁命令。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过驱动电机驱动转盘，带动连接条拉动锁销的操作方式，能够实现井盖锁的锁闭与开启，保障城市安全以及井下设备、资源的安全；采用驱动电机配转盘对锁销进行牵拉的驱动方式，结构简单、操作简便、成本较低、适用于大批量应用。

本发明设置有对窨井盖的开启或锁闭状态进行监控的状态检测件，实现对窨井盖的实时状态监控，保证窨井盖开启或锁闭的可靠性。另外，在盖体上设置有加速度传感器，能够对暴力开锁进行检测；盖体上设置有液位检测件，能够对窨井内的液位进行监控，对城市内涝以及洪峰进行预期；盖体上安装有定位组件，实现对盖体的定位监控。窨井盖锁整体功能丰富，提高了整体智能化水平。

附图说明

图1为本发明中窨井盖锁在具体应用时的仰视结构示意图。

图2为本发明中窨井盖锁在具体应用时的剖视结构示意图。

图3为本发明的控制框图。

图4为本发明中窨井盖的立体结构示意图。

图5为本发明中窨井盖的侧视结构示意图。

图6为本发明中窨井盖的俯视结构示意图。

图中标号表示：1、盖体；101、提手；102、透气孔；103、支撑件；104、安装板；2、锁体组件；201、锁体单元；2011、锁销；2012、锁闩；2013、引导管；2014、复位弹簧；2015、挂钩；3、驱动组件；301、驱动电机；302、轴承；303、转盘；304、连接孔；305、连接条；306、支撑柱；4、控制组件；401、盒体；5、锁闭状态检测件；6、开启状态检测件；7、感应块；8、加速度传感器；9、液位检测件；10、定位组件；11、扬声组件。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图3所示，本实施例的具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁，包括盖体1、锁体组件2、驱动组件3和控制组件4；锁体组件2，包括多组沿盖体1的周向方向分布的锁体单元201；各锁体单元201均包括锁销2011、引导管2013和复位弹簧2014；引导管2013安装于盖体1上，锁销2011滑动安装于引导管2013内，复位弹簧2014套设于引导管2013内的锁销2011上，并驱动锁销2011伸出引导管2013与窨井盖的内盖边沿相抵以使窨井盖处于锁闭状态；驱动组件3包括驱动电机301、转盘303和连接条305，驱动电机301安装于盖体1的中心位置处，转盘303安装于驱动电机301的输出轴上，连接条305的两端分别与锁销2011和转盘303相连，驱动电机301驱动转盘303转动，带动连接条305转动，使连接条305拉动锁销2011向引导管2013内回缩与窨井盖的内盖边沿脱离以使窨井盖处于开启状态；控制组件4与驱动电机301相连，用于接收外部控制指令（如遥控指令）来控制驱动电机301正转或反转以实现窨井盖的锁闭和开启。本发明的全自动智能窨井盖锁，通过驱动电机301驱动转盘303，带动连接条305拉动锁销2011的操作方式，能够实现井盖锁的锁闭与开启，保障城市安全以及井下设备、资源的安全；采用驱动电机301配转盘303对锁销2011进行牵拉的驱动方式，结构简单、操作简便、成本较低、适用于大批量应用。

本实施例中，在引导管2013的外侧设有锁闩2012；锁闩2012采用厚重的铁块，中间开孔，锁销2011穿过铁块上的孔后与井盖的内盖构成锁具，其中引导管2013安装于锁闩2012的内侧；位于引导管2013内的锁销2011上设置有环形台阶面，引导管2013的内侧端面设有可拆卸端盖，在将复位弹簧2014放置于引导管2013内，再将锁销2011插入至引导管2013内，再将端盖紧固在引导管2013的内侧端面上，此时复位弹簧2014则卡设于锁销2011的台阶面与端盖之间，保证锁销2011在正常情况是伸出引导管2013和锁闩2012的，如图1和图2所示；另外在引导管2013内注入黄油，确保复位弹簧2014长期使用时不被锈蚀。另外，如图2所示，转盘303的上方与驱动电机301的输出轴相连，下方与轴承302相连。

本实施例中，驱动电机301通过支撑柱306安装于盖体1上；转盘303上设有安装孔，安装孔内安装有感应块7，转盘303下方的盖体1上安装有锁闭状态检测件5和开启状态检测件6；当转盘303转动而使锁销2011伸出而使井盖处于锁闭状态时，锁闭状态检测件5检测到感应块7；当转盘303转动而使锁销2011往引导管2013内回缩而使井盖处于开启状态时，开启状态检测件6检测到感应块7。具体地，锁闭状态检测件5和开启状态检测件6均为霍尔传感器，感应块7为永磁铁。在锁闭状态检测件5感应到磁性时，则表明锁销2011伸出到位，井盖处于锁闭状态；在开启状态检测件6感应到磁性时，则表明锁销2011回缩到位，井盖处于开启状态。

本实施例中，锁体单元201的数量为3个，均匀分布在盖体1上；当然，在此并不对锁体单元201的数量进行限定，在其它实施例中，也可以根据实际情况选择合适的数量。连接条305为软性连接条（如牵引绳），软件连接条的一端通过挂钩2015与锁销2011连接，另一端则缠绕在转盘303的连接孔304上（转盘303上设置3个与转盘303同心的连接孔304，相邻连接孔304之间相差120度）。

本发明的具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁的工作流程如下：

开锁流程：控制组件4（如控制器）收到外部开锁命令，控制器给电机正向供电，驱动电机301顺时针旋转，并带动转盘303旋转，软性连接条带动锁销2011向后拉，软性连接条克服复位弹簧2014的张力，软性连接条随转盘303顺时针旋转，复位弹簧2014长度被压缩，锁销2011回缩至引导管2013内。当转盘303上的永磁铁随转盘303旋转到被开启状态检测件6检测到时，表明锁销2011脱离窨井盖内盖边沿，开启状态检测件6输出开关信号到控制器，控制器控制驱动电机301刹车并停止供电，蜂鸣器发声提示盖体1被打开。开锁后，可通过盖体1上的两个提手101将盖体1取出窨井。

关锁流程：控制器收到关锁命令，控制器给驱动电机301反向供电，驱动电机301逆时针旋转，并带动转盘303逆时针旋转，连接条305放松，锁销2011因各复位弹簧2014的张力向外弹出，软性连接条随转盘303顺时针逆时针旋转，复位弹簧2014逐步向自由状态拉伸。当转盘303上的永磁铁被旋转到被锁闭状态检测件5检测到时，表明锁销2011已插入到窨井内盖边沿下方，锁闭状态检测件5输出开关信号到控制器，控制器控制驱动电机301刹车并停止供电，控制器内蜂鸣器发声提示盖体1被关闭。

进一步地，盖体1上还安装有用于检测加速度的加速度传感器8，加速度传感器8与控制组件4相连，加速度传感器8采用bmi400，休眠电流1ua。当外部有撬动或锤砸时，盖体1将产生很大的冲击，加速度传感器8能检测到这个大的加速度力。通过加速度力与设定的加速力比较，如果实时加速度力大于设定的加速力，将判断为暴力开锁。其中暴力开锁是指使用撬棍沿盖体1边沿撬动盖体1或使用大锤砸击盖体1以试图破坏性开锁。

再进一步地，盖体1上安装有用于检测液位高度的液位检测件9，液位检测件9为超声波液位计。采用超声波测量液位的方式优于其它诸于红外、激光、投入式液位计等方式，其原因在于，红外、激光需要透明材料透光，但是在窨井盖下方应用，受潮气、地面水渗透影响，极易污染透明材料而导致测量不准或不可用。投入式液位计的设计原理是以标准气压下净水质量产生水压换算出液位高度，但窨井下液位变经多样，水质轻重不一，造成测量不准。在污水环境下，被测液体呈酸性或碱性，易造成投入式液位计的探头和导线损坏。其中超声波驱动电路采用低功耗逻辑芯片，脉冲驱动方式，待机电流小于5ua，电池采用长效锂亚电池，可内置于控制器的盒体401内，也可外挂在控制器的盒体401外。

更进一步地，盖体1上设置有定位组件10，定位组件10与控制组件4相连。定位组件10采用gps定位或北斗定位，其电源受控，在不需要定位时不产生功耗。控制器采用timsp430系列微控制器，休眠电流500na；近场通信采用全球最低功耗蓝牙，芯片为da14580，休眠电流1.5ua，5秒周期广播电流3ua。通过近场通信，可实现控制器的参数配置、设备诊断、固件升级、状态查看、开关锁等功能。控制器通过nb-iot无线方式与云端通信，休眠电流3ua，其中nb-iot信号穿透力强，不受井盖屏蔽影响，nb-iot基站的海量联接特性，能够确保基站覆盖下近5万个终端正常通信。电机的驱动电路使用mx612e，待机休眠电流小于1ua。另外，在盖体1上还可以安装不同的传感器以实现对井下气体含量、气体或液体的流量压力等参数的测量。当然，也可以增加从机设备，通过蓝牙等无线方式与控制器相连，实现对各数据的采集及监控。在具体实施例中，加速度传感器8、液位检测件9、定位组件10、扬声组件11等传感器均安装于控制器的盒体401内，盒体401的结构为密封结构；在盖体1于盒体401的位置处设置有多个透气孔101，便于盒体401的散热。

本实施例中，全自动智能窨井盖锁设有内部应急开锁功能和外部应急开锁功能（图中未示出）。设备内部设有应急开锁手抦，手抦分出三根钢丝分别与锁销2011上的挂钩2015连接。如果井盖有人被困，遇见上方有此应急开锁手抦，手拉开锁手抦即可使三个锁销2011回缩开锁，实现内部应急开锁功能。外部应急开锁用于应对当设备发生故障而无法使用软件命令开锁时使用，将盖体1上的应急开锁点（图中未示出）用锤子砸破，手拉应急开锁手抦即可使三个锁销2011回缩开锁。另外，在盖体1的周侧边沿设置有检测件（如行程开关或接近开关），用于检测盖体1是否放到位（井圈的正确位置）；为了保证检测的可靠性，检测件的数量可以为多个，均匀分布在盖体1的周侧边沿。

本发明还公开了一种基于如上所述的具有开闭功能的全自动智能窨井盖锁的开闭控制方法，包括开启控制子方法和锁闭控制子方法，

开启控制子方法包括：控制组件4收到外部开启命令，控制组件4给驱动电机301正向供电，驱动电机301顺时针旋转，并带动转盘303顺时针旋转，连接条305的一端随转盘303顺时针旋转，将带动锁销2011向后拉，复位弹簧2014被压缩，直至锁销2011回缩至引导管2013内，完成开启命令；

锁闭控制子方法包括：控制器4收到外部关锁命令，控制组件4给驱动电机301反向供电，驱动电机301逆时针旋转，并带动转盘303逆时针旋转，连接条305放松，锁销2011在复位弹簧2014的张力下向外弹出引导管2013，直至复位弹簧2014处于自由状态，完成关锁命令。

本发明还公开了一种全自动智能窨井盖，包括盖体1，盖体1上设置如上所述的全自动智能窨井盖锁。本发明的全自动智能窨井盖同样具有结构简单、操作简便、安全可靠、功能丰富以及智能化水平高等优点。

如图1和图2所示，全自动智能窨井盖锁直接可以紧贴于盖体1上进行安装，控制组件4的盒体401直接紧贴于盖体1上，安装简便。

在其它实施例中，如图4至图6所示，为了保证防止在对盖体1进行切割时（如在窨井盖锁无法正常开锁时，需要对盖体1进行切割而打开）会可能损坏全自动智能窨井盖锁，智能窨井盖锁通过支撑件103安装于盖体1上，以使全自动智能窨井盖锁与盖体1之间存在一定安全间距。具体地，支撑件103可采用支撑柱的形式，支撑柱连接锁闩2012与盖体1；当然，在具体应用时，直接加高锁闩2012的高度，并且锁闩2012上的孔设置在远离盖体1的一端，另外在相邻锁闩2012之间设有一块安装板104，安装板104与与盖体1之间也存在一定安全间距，将控制器的盒体401安装于安装板104上，从而尽量使全自动智能窨井盖锁的各部件均远离盖体1。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。