CN112556831A - 一种井盖异常智能检测报警装置及其检测方法 - Google Patents

一种井盖异常智能检测报警装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

一种井盖异常智能检测报警装置及其检测方法，其中井盖异常智能检测报警装置包括震动检测模块、数据处理模块、异常报警模块和服务器，所述各模块坐标轴的方向与地面坐标轴一致；本发明能够智能的对井盖当前异常状态进行报警和信息上报，便于工作人员对井盖的状态进行实时监测，也有效保障了车辆和行人的安全。本发明能够检测井盖的移动距离，帮助工作人员快速定位异常移动的井盖位置，实施更完善的监测。

Description

一种井盖异常智能检测报警装置及其检测方法
【技术领域】
本发明属于智能检测技术领域，具体涉及一种井盖异常智能检测报警装置及其检测方法。
【背景技术】
近年来，国家加大对基础设施投资的力度和城市化的发展，国家对公用设施的投入极大，城市改造和新建电线、电缆、光缆改露天为地下，因此对井盖的需求量大增。然而近年来不时发生的因井盖丢失、井盖破损、以及关闭不严等都会导致井盖存在极大的公共安全隐患，尤其是，有的地区比较偏僻，一旦发生损坏或被盗的情况，很难及时发现。
由此可见，提供一种能够实时检测井盖状态，并能在井盖出现异常时及时发出警告信号的井盖异常位移检测报警装置及其检测方法是本领域亟需解决的问题。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明提出一种井盖异常智能检测报警装置及其检测方法，其中井盖异常智能检测报警装置包括震动检测模块、数据处理模块、异常报警模块和服务器，所述各模块坐标轴的方向与地面坐标轴一致；所述震动检测模块，在未检测到震动中断的时间超过用户可定义的超时时间之后发生SLEEP模式，在震动触发时中断处理器自动唤醒，从睡眠状态转换模式转换到更高功率模式，所述数据处理模块包括MCU、三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计；三轴加速度计用于采集每个时刻的三轴加速度、三轴陀螺仪用于采集三轴角速度，三轴磁力计用于采集磁强，MCU用于对采集的各种数据进行计算和处理。
进一步的，所述三轴陀螺仪测量角速度，把速度和时间相乘，即可以得到某一时间段内物体转过的角度，gx，gy，gz分别代表陀螺仪在X轴，Y轴和Z轴三个轴上的分量
进一步的，所述三轴加速度计测量物体三个方向上的加速度，当物体处于静止状态时，加速度计测量出来的值就等于重力加速度，ax，ay，az分别代表加速度计在X轴，Y轴和Z轴三个轴上的分量
所述检测方法具体包括以下步骤：
步骤一：震动检测模块转变功率模式，数据处理模块采集一定时间内井盖的加速度值、角速度值和磁强计值；
步骤二：对三轴加速度计抖动所产生的干扰进行滤波处理；
步骤三：根据各时刻井盖姿态的四元数值和三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力计测得的数据修正三轴陀螺仪的数据，进而归一化姿态四元数值；
步骤四：根据四元数值与实际三轴加速度计测得的重力分量计算到地面坐标系下的净加速度分量。
步骤五：根据加速度特点判断内井盖的运动过程，划分井盖的多次运动；
步骤六：对每段运动进行零速度补偿后积分计算每个轴上的瞬时速度；对瞬时速度进行零加速度补偿，再积分求出三个轴每段位移，矢量求和，得到最终位移；
步骤七：判断最终位移是否超过阈值，最大位移超过阈值或井盖发生角度倾斜时会触发告警，并把告警类型和位移信息通过网络发送至绑定的服务器，以便于观察和管理。
进一步的，所述步骤二中滤波处理采用20深度的滑动窗口滤波，减小外界干扰，提高数据的准确度。
进一步的，所述步骤六中零速度补偿和零加速度补偿计算方法是将加速度和速度曲线分解为若干个直角梯形，求解梯形面积计算积分。
本发明的有益效果在于：
本发明能够智能的对井盖当前异常状态进行报警和信息上报，便于工作人员对井盖的状态进行实时监测，也有效保障了车辆和行人的安全。本发明能够检测井盖的移动距离，帮助工作人员快速定位异常移动的井盖位置，实施更完善的监测。
【附图说明】
图1是本发明中检测方的流程示意图。
【具体实施方式】
本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是附图中的方向，只是用来解释和说明本发明，而不是用来限定本发明的保护范围。
参见图1，给出了本发明的流程示意图，所述井盖异常智能检测报警装置包括震动检测模块、数据处理模块、异常报警模块和服务器，所述各模块坐标轴的方向与地面坐标轴一致；
所述震动检测模块，在未检测到震动中断的时间超过用户可定义的超时时间之后发生SLEEP模式，在震动触发时中断处理器自动唤醒，从睡眠状态转换模式转换到更高功率模式；
所述数据处理模块包括MCU、三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计；三轴加速度计用于采集每个时刻的三轴加速度、三轴陀螺仪用于采集三轴角速度，三轴磁力计用于采集磁强，MCU用于对采集的各种数据进行计算和处理；
所述三轴陀螺仪测量的是角速度，即物体转动的速度，把速度和时间相乘，即可以得到某一时间段内物体转过的角度，gx，gy，gz分别代表陀螺仪在X轴，Y轴和Z轴三个轴上的分量；
所述三轴加速度计测量的是物体三个方向上的加速度，当物体处于静止状态时，加速度计测量出来的值就等于重力加速度，ax，ay，az分别代表加速度计在X轴，Y轴和Z轴三个轴上的分量。
所述异常报警模块包括蜂鸣器及其工作电路。
所述检测方法基于以上模块，具体包括以下步骤：
步骤一：井盖震动达到一定强度，震动检测模块从睡眠状态功率模式转换到更高功率的工作模式，数据处理模块采集一定时间内井盖的加速度值、角速度值和磁强计值；
步骤二：三轴加速度计对于抖动特别敏感，为了提高之后计算的准确率，抖动所产生的干扰需要进行滤波处理；滤波处理采用20深度的滑动窗口滤波，减小外界干扰，提高数据的准确度。
步骤三：计算各时刻井盖姿态的四元数值，根据测量出的加速度、陀螺仪和磁力计的数据解算出初始四元数值，用初始四元数值估算各重力分量和地磁分量，来修正三轴陀螺仪的数据进而整合四元数的值，最后归一化姿态四元数值；
步骤四：根据步骤三得到的姿态四元数值与实际加速度计测得的重力分量可以得到地面坐标系下的净加速度分量；
步骤五：根据运动过程中加速度和的特点判断这段时间内井盖的运动过程中的运动开始、停顿、再运动的时间点，依次为依据划分井盖的多次运动；
步骤六：分别对每段运动进行零速度的补偿后积分计算每个轴上的瞬时速度；对瞬时速度进行零加速度的补偿，再积分求出三个轴每段位移，对每个轴上位移和再进行矢量求和，得到最终位移
运动的开始和结束实际测得的加速度值并不为零，采用人为补偿的方法，其中t1为开始点，t2为结束点。
Figure BDA0002809407090000051
运动的开始和结束实际测得的速度值并不为零，采用人为补偿的方法，其中t1为开始点，t2为结束点。
Figure BDA0002809407090000061
当采样间隔足够小时，加速度和速度曲线可以分解为若干个直角梯形，积分计算就可以变成求解梯形面积。
步骤S7：最终位移达到阈值或井盖发生角度倾斜时会触发告警，蜂鸣器会长鸣，当井盖异常位移检测告警时，会把告警类型和位移信息通过网络发送至绑定的服务器，以便于观察和管理。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种井盖异常智能检测报警装置，其包括震动检测模块、数据处理模块、异常报警模块和服务器，所述各模块坐标轴的方向与地面坐标轴一致；所述震动检测模块，在未检测到震动中断的时间超过用户可定义的超时时间之后发生SLEEP模式，在震动触发时中断处理器自动唤醒，从睡眠状态转换模式转换到更高功率模式，所述数据处理模块包括MCU、三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计；三轴加速度计用于采集每个时刻的三轴加速度、三轴陀螺仪用于采集三轴角速度，三轴磁力计用于采集磁强，MCU用于对采集的各种数据进行计算和处理。
2.根据权利要求1所述的井盖异常智能检测报警装置，其特征在于，所述三轴陀螺仪测量角速度，把速度和时间相乘，即可以得到某一时间段内物体转过的角度，gx，gy，gz分别代表陀螺仪在X轴，Y轴和Z轴三个轴上的分量。
3.根据权利要求1所述的井盖异常智能检测报警装置，其特征在于，所述三轴加速度计测量物体三个方向上的加速度，当物体处于静止状态时，加速度计测量出来的值就等于重力加速度，ax，ay，az分别代表加速度计在X轴，Y轴和Z轴三个轴上的分量。
4.一种基于权利要求1所述井盖异常智能检测报警装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法具体包括以下步骤：
步骤一：震动检测模块转变功率模式，数据处理模块采集一定时间内井盖的加速度值、角速度值和磁强计值；
步骤二：对三轴加速度计抖动所产生的干扰进行滤波处理；
步骤三：根据各时刻井盖姿态的四元数值和三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力计测得的数据修正三轴陀螺仪的数据，进而归一化姿态四元数值；
步骤四：根据四元数值与实际三轴加速度计测得的重力分量计算到地面坐标系下的净加速度分量。
步骤五：根据加速度特点判断内井盖的运动过程，划分井盖的多次运动；
步骤六：对每段运动进行零速度补偿后积分计算每个轴上的瞬时速度；对瞬时速度进行零加速度补偿，再积分求出三个轴每段位移，矢量求和，得到最终位移；
步骤七：判断最终位移是否超过阈值，最大位移超过阈值或井盖发生角度倾斜时会触发告警，并把告警类型和位移信息通过网络发送至绑定的服务器，以便于观察和管理。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述步骤二中滤波处理采用20深度的滑动窗口滤波，减小外界干扰，提高数据的准确度。
6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述步骤六中零速度补偿和零加速度补偿计算方法是将加速度和速度曲线分解为若干个直角梯形，求解梯形面积计算积分。
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