一种城市市政综合管廊安全保障系统的制作方法

本发明涉及一种管廊设施，特别是涉及一种城市市政综合管廊安全保障系统。

背景技术：

综合管廊是指地下城市管道综合走廊，在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施。克服了反复开挖地面，街道蜘蛛网式架空线等城市建设中出现的问题，同时管线安全水平和防灾抗灾能力也获得了明显提升。

综合管廊的监管主要分为三个方面：一是管廊内的电线、燃气、供热、给排水等管路发生泄露等情况，若发现不及时将导致严重的后果；二是人为的偷盗破坏等行为；三是对于鼠类、蛇类等各种地下穴居动物，管廊相当于一个适宜的庇护所，这些动物的啃咬等行为会对管廊内的各类管线造成破坏。这三方面的问题都会对综合管廊的安全使用造成威胁，一旦发生将会造成严重的经济损失，并且威胁到人民群众的生命安全。

所以，要实现对管廊的安全监管，就要做到监测到管廊内所有环境的改变。假如能设计一种对管廊内所有环境变化进行实时监测的系统，将管廊内的安全威胁在第一时间得到消除，对于促进城市市政基础设施建设，保障城市空间整体协调发展和营造良好的城市生态环境具有重要意义。

技术实现要素：

因此，本发明为了实现对管廊内环境变化的实时监管，提供一种城市市政综合管廊安全保障系统，它利用微波在空间的传递和反射，根据接收到最终的微波能量变化，实现对管廊内任意环境元素改变的监控。

本发明所采用的技术方案是：一种城市市政综合管廊安全保障系统，其特征在于：包括PCB板、GSM通讯模块、GSM天线、MCU、高压脉冲发生器、A/D转换电路、网罩壳、引脚、绝缘固定层、压电晶片、共振片、阻抗匹配器、电线、摄像头、门插销、外侧触头、内侧触头、中间弹簧、内侧弹簧。

整体结构根据功能划分为三个部分：感应部分、信息采集部分、系统开启控制部分。

感应部分包括PCB板、高压脉冲发生器、A/D转换电路、网罩壳、引脚、绝缘固定层、压电晶片、共振片、阻抗匹配器、电线。

所述PCB板为矩形薄板，高压脉冲发生器、A/D转换电路位于PCB板的顶面，PCB板底面安装有微波的发射器和接收器，发射器和接收器均具备网罩壳、引脚、绝缘固定层、压电晶片、共振片、电线，其中接收器还包含有阻抗匹配器。

所述网罩壳为圆柱形的壳体，底部均匀开设有孔洞；所述引脚由网罩壳的顶部伸出，与PCB板连接在一起，引脚的底部引出电线，与压电晶片相连通；所述绝缘固定层分布在网罩壳内腔的顶部，包裹住引脚下半部分，避免引脚与网罩壳、压电晶片与网罩壳之间导电，同时将引脚的下半部分固定在网罩壳内；所述压电晶片粘贴在绝缘固定层的底部；所述共振片为朝下的喇叭状，其顶部安装在压电晶片底面。

在接收器中，还有阻抗匹配器环绕在共振片周围，位于共振片和网罩壳之间的间隙处。

进一步讲，所述阻抗匹配器的作用是微波经过在管廊内部的一系列复杂反射后，接收器接收到的微波不会再次反射到管廊的空间，避免了微波信号再次反射会源点，影响信号的识别。

信息采集部分包括GSM通讯模块、GSM天线、MCU、摄像头；所述GSM通讯模块安装在PCB板顶面，内部安装有SIM卡，所述GSM天线从GSM通讯模块的顶面伸出；所述MCU安装在PCB板顶面中央位置，所述摄像头安装在PCB板底面。

系统开启控制部分包括门插销、外侧触头、内侧触头、中间弹簧、内侧弹簧。所述门插销如同常见的门锁结构，钥匙插入钥匙孔旋转后，门插销伸出进入插销孔；所述插销孔内，由外向内，依次安装有外侧触头、中间弹簧、内侧触头、内侧弹簧，所述外侧触头和内侧触头的形状相同，均为由圆柱体的内侧凸起另外直径偏小圆柱体的形状，侧面看为T字形逆时针旋转90°的外形，其中外侧触头的内侧端面、内侧触头的外侧端面，均粘贴有电路金属触片；所述中间弹簧套在外侧触头的内侧圆柱凸起上，中间弹簧的内侧靠在内侧触头的外端面上；所述内侧弹簧套在内侧触头的内侧圆柱凸起上，内侧弹簧的内侧靠在插销孔的内端面。

本发明的原理为：管廊设有专门的检修口或出入口，所述门插销设立在检修口或出入口的门上，当工作人员离开管廊，关闭门板时，门插销进入到插销孔内，顶住外侧触头向内移动，使得外侧触头的金属触片与内侧触头的金属触片相接触；当打开门板时，门插销离开插销孔，由于中间弹簧的弹力作用，外侧触头的金属触片与内侧触头的金属触片相分离。这样就形成了本系统中的开启控制开关，当工作人员离开管廊后，系统开启；当工作人员进入管廊后，系统关闭。

系统启动后，所有耗电元件通电，发射器发出微波，微波在管廊内经过一系列复杂的反射后，会有一部分微波最终进入接收器；当管廊内的管路出现泄露，或者出现人或动物走动时，管廊内的空间环境发生改变，接收器接收到的微波信号发生改变，此时MCU判定管廊内出现异常状况，开启摄像头，并通过GSM通讯模块和GSM天线将采集到的图像传递给管理部门。

进一步讲，本系统由地下埋设的市电电路提供电能。

本发明一种城市市政综合管廊安全保障系统具有如下优点：

（1）将用户走路动作转换为电能，环保节能；

（2）利用振动电机结构，使用步进电机组合，实现走路振动的模拟；

（3）使用整流二极管元件，将方向不定的交流电转换为直流电。

所以，这种城市市政综合管廊安全保障系统，利用微波在空间的传递和反射，根据接收到最终的微波能量变化，实现对管廊内任意环境元素改变的监控。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是管廊单元模块的结构示意图。

图2是本发明中摄像头在管廊内的位置示意图。

图3是本发明在仰视视角的PCB板和各元件装配结构示意图。

图4是本发明在俯视视角的PCB板和各元件装配结构示意图。

图5是本发明的发射器和接收器的外部结构示意图。

图6是本发明的发射器和接收器的内部结构示意图。

图7是本发明的发射器沿其中心轴线的剖视图。

图8是本发明的接收器沿其中心轴线的剖视图。

图9是本发明的门插销在收缩状态时的触头处的结构示意图。

图10是本发明的门插销在收缩状态时的触头处的结构放大示意图。

图11是本发明的门插销在伸出状态时的触头处的结构示意图。

图中标号：1-PCB板、2-GSM通讯模块、3-GSM天线、4-MCU、5-高压脉冲发生器、6-A/D转换电路、7-网罩壳、8-引脚、9-绝缘固定层、10-压电晶片、11-共振片、12-阻抗匹配器、13-电线、14-摄像头、15-门插销、16-外侧触头、17-内侧触头、18-中间弹簧、19-内侧弹簧、20-管线、21-管廊、a-波束、b-门板、c-门框、d-钥匙插孔、e-插销孔。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明一种城市市政综合管廊安全保障系统作进一步的详细描述。

一种城市市政综合管廊安全保障系统，其特征在于：包括PCB板1、GSM通讯模块2、GSM天线3、MCU4、高压脉冲发生器5、A/D转换电路6、网罩壳7、引脚8、绝缘固定层9、压电晶片10、共振片11、阻抗匹配器12、电线13、摄像头14、门插销15、外侧触头16、内侧触头17、中间弹簧18、内侧弹簧19。

整体结构根据功能划分为三个部分：感应部分、信息采集部分、系统开启控制部分。

如图3、图4所示，感应部分包括PCB板1、高压脉冲发生器5、A/D转换电路6、网罩壳7、引脚8、绝缘固定层9、压电晶片10、共振片11、阻抗匹配器12、电线13。

所述PCB板1为矩形薄板，高压脉冲发生器5、A/D转换电路6位于PCB板1的顶面，PCB板1底面安装有微波的发射器和接收器，发射器和接收器均具备网罩壳7、引脚8、绝缘固定层9、压电晶片10、共振片11、电线13，其中接收器还包含有阻抗匹配器12。

如图5、图6、图7、图8所示，所述网罩壳7为圆柱形的壳体，底部均匀开设有孔洞；所述引脚8由网罩壳7的顶部伸出，与PCB板1连接在一起，引脚8的底部引出电线13，与压电晶片10相连通；所述绝缘固定层9分布在网罩壳7内腔的顶部，包裹住引脚8下半部分，避免引脚8与网罩壳7、压电晶片10与网罩壳7之间导电，同时将引脚8的下半部分固定在网罩壳7内；所述压电晶片10粘贴在绝缘固定层9的底部；所述共振片11为朝下的喇叭状，其顶部安装在压电晶片10底面。

在接收器中，还有阻抗匹配器12环绕在共振片11周围，位于共振片11和网罩壳7之间的间隙处。

进一步讲，所述网罩壳7的材质为铝合金，密度低但强度高。

进一步讲，所述压电晶片10的材质为非中心对称石英晶体，在机械力振动下产生形变，使带电质点发生相对位移，从而在晶体表面出现正、负束缚电荷。

进一步讲，所述阻抗匹配器12的作用是微波经过在管廊内部的一系列复杂反射后，接收器接收到的微波不会再次反射到管廊的空间，避免了微波信号再次反射会源点，影响信号的识别。

在发射器中，高压脉冲发生器5将电流转换为一定振幅、周期和波长的矩形脉冲电压，压电晶片10在接收到脉冲电压后开始振动，产生相应的机械波，共振片11伴随压电晶片10振动，将机械波向下放大传播出去。

在接收器中，共振片11接收到机械波后，引起压电晶片10振动，产生相应电压，经由A/D转换电路6将电信号转换为数字信号传递给MCU4。

进一步讲，在本系统中，发射器传递出的微波信号是始终固定不变的。

信息采集部分包括GSM通讯模块2、GSM天线3、MCU4、摄像头14；所述GSM通讯模块2安装在PCB板1顶面，内部安装有SIM卡，所述GSM天线3从GSM通讯模块2的顶面伸出；所述MCU4安装在PCB板1顶面中央位置，所述摄像头14安装在PCB板1底面。

进一步讲，所述摄像头14为可旋转摄像头，外面安装有球壳形透明保护罩，只有摄像头顶部是图像采集死角。

进一步讲，如图1、图2所示在管廊内，仅能看到发射器、接收器、摄像头14，PCB板1隐藏在管廊的顶面墙壁中。

如图9、图10、图11所示，系统开启控制部分包括门插销15、外侧触头16、内侧触头17、中间弹簧18、内侧弹簧19。所述门插销15如同常见的门锁结构，钥匙插入钥匙孔旋转后，门插销15伸出进入插销孔e；所述插销孔e内，由外向内，依次安装有外侧触头16、中间弹簧18、内侧触头17、内侧弹簧19，所述外侧触头16和内侧触头17的形状相同，均为由圆柱体的内侧凸起另外直径偏小圆柱体的形状，侧面看为T字形逆时针旋转90°的外形，其中外侧触头16的内侧端面、内侧触头17的外侧端面，均粘贴有电路金属触片；所述中间弹簧18套在外侧触头16的内侧圆柱凸起上，中间弹簧18的内侧靠在内侧触头17的外端面上；所述内侧弹簧19套在内侧触头17的内侧圆柱凸起上，内侧弹簧19的内侧靠在插销孔e的内端面。

进一步讲，所述外侧触头16、内侧触头17的材质均为天然橡胶，属于电绝缘材料。

进一步讲，所述内侧弹簧19的弹性系数大于中间弹簧18，所以中间弹簧18相对于内侧弹簧19，更容易被压缩。

进一步讲，外侧触头16的内侧圆柱凸起高度，大于中间弹簧18的压缩高度。

管廊设有专门的检修口或出入口，所述门插销15设立在检修口或出入口的门上，当工作人员离开管廊，关闭门板时，门插销15进入到插销孔e内，顶住外侧触头16向内移动，使得外侧触头16的金属触片与内侧触头17的金属触片相接触；当打开门板时，门插销15离开插销孔e，由于中间弹簧18的弹力作用，外侧触头16的金属触片与内侧触头17的金属触片相分离。两个金属触片串联在系统主电路中，这样就形成了本系统中的开启控制开关，当工作人员离开管廊后，系统开启；当工作人员进入管廊后，系统关闭。

系统启动后，所有耗电元件通电，发射器发出微波，微波在管廊内经过一系列复杂的反射后，会有一部分微波最终进入接收器；当管廊内的管路出现泄露，或者出现人或动物走动时，管廊内的空间环境发生改变，接收器接收到的微波信号发生改变，此时MCU4判定管廊内出现异常状况，开启摄像头14，并通过GSM通讯模块2和GSM天线3将采集到的图像传递给管理部门。

进一步讲，本系统由地下埋设的市电电路提供电能。

本发明中，PCB板是指印制电路板，MCU是指单片微型计算机，是集成了内处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、计数器、以及I/O端口为一体的一块集成芯片。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。