一种物联网中继兼终端盒子及智能井盖的制作方法

1.本发明属于物联网领域、无线通信领域，具体涉及一种物联网中继兼终端盒子及智能井盖。


背景技术：

2.目前物联网中继和终端是分离的，而且目前的物联网中继多数仅完成了近场组网通信功能，没有与被监测对象形成组网关系。
3.而且，现有物联网终端的主板和传感器通过板载或插接件焊接的方式连接，传感器和主板同时暴露在条件恶劣的监测环境中，寿命短，维修成本高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种物联网中继兼终端盒子及智能井盖，兼具中继和终端的功能、延长使用寿命，且可扩展多种传感器、方便维修更换，对于智能井盖，能够实时监测井盖的状态以及实时监测井下气体、水、火等情况。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明的第一个方面，提供了一种物联网中继兼终端盒子，所述物联网中继兼终端盒子包括盒体、盒底盖；
7.所述盒体的一端为开口端，另一端为封闭端；
8.所述盒体的内腔形成内容纳仓，在所述内容纳仓内设置有传感器转接板、数据采集通信主板；所述盒底盖安装在所述盒体的开口端，能够将所述内容纳仓密封；
9.在所述盒体的封闭端设置有外容纳仓，所述外容纳仓与内容纳仓不连通；在所述外容纳仓内设置有有线传感器子板；
10.所述有线传感器子板与所述传感器转接板连接，所述传感器转接板与数据采集通信主板连接。
11.本发明的进一步改进在于，在所述外容纳仓的开口端设置有格栅盖板；
12.在所述格栅盖板上开有多个格栅通孔，液体或者气体能够通过格栅通孔进入到外容纳仓内。
13.本发明的进一步改进在于，在所述外容纳仓的封闭端上嵌装有多个连接件；
14.所述有线传感器子板设置在所述外容纳仓的封闭端的外侧表面上，所述传感器转接板设置在所述外容纳仓的封闭端的内侧表面上；
15.所述有线传感器子板与所述传感器转接板通过所述连接件连接。
16.本发明的进一步改进在于，每个连接件均采用弹簧顶针，每个弹簧顶针的两端分别连接有烫金触点；
17.每个弹簧顶针两端的烫金触点分别位于所述外容纳仓的封闭端的两侧表面上；
18.所述有线传感器子板上的凸起触点与位于所述外容纳仓的封闭端的外侧表面上的烫金触点接触，实现电连接；
19.所述传感器转接板上的凸起触点与位于所述外容纳仓的封闭端的内侧表面上的烫金触点接触，实现电连接。
20.本发明的进一步改进在于，在所述有线传感器子板上设置有多种传感器模块；
21.所述传感器模块包括：气体传感器、超声波传感器、霍尔开关磁性限位传感器和/或浮球开关。
22.本发明的进一步改进在于，所述物联网中继兼终端盒子进一步包括位于盒体外部的无线传感器子板；
23.在所述无线传感器子板上设置有一种或多种传感器模块和无线通信模块；
24.所述传感器模块采用超低功耗传感器模块，包括：倾斜传感器、温度传感器、水位传感器、烟感传感器、co气体传感器、甲烷气体传感器和/或电流传感器；
25.所述无线通信模块采用近场通信模块，包括蓝牙、lora或者zigbee无线通信模块。
26.本发明的进一步改进在于，在所述数据采集通信主板上设置有：数据采集和处理模块以及与其连接的通信模块；
27.所述数据采集和处理模块采用mcu，所述传感器转接板与mcu连接；
28.所述通信模块包括远程通信模块、近场通信模块；
29.所述远程通信模块采用5g、4g、3g、2g和/或nbiot通信模块，用于与云平台进行通信；
30.所述近场通信模块采用蓝牙、lora或者zigbee无线通信模块，用于与所述无线传感器子板进行通信。
31.本发明的进一步改进在于，在所述数据采集通信主板上还设置有光通量传感器、位移运动陀螺仪传感器，两者分别与数据采集和处理模块连接。
32.本发明的进一步改进在于，在所述盒底盖的四周设置有向外的凸起，在每个凸起上开有安装孔。
33.本发明的第二个方面，提供了一种智能井盖，所述智能井盖包括井盖本体，在所述井盖本体的内表面上安装有上述的物联网中继兼终端盒子。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
35.(1)本发明提供了通用的、性价比极高的物联网中继的解决方案；
36.(2)本发明为智慧地球、智慧城市的各个细分领域提供了体积小、使用寿命长、可扩展传感器、兼容各种协议的物联网中继兼终端，且方便维修、更换；
37.(3)安装有物联网中继兼终端盒子的智能井盖具有以下几个优点：第一，利用位移运动陀螺仪传感器能够对井盖破损、移位、倾斜、丢失等情况进行实时监测和报警；第二，利用气体传感器能够探测井下有毒、有害气体，为下井作业的施工人员人身提供保障；第三，利用气体传感器对甲烷气体进行监测，感知天然气管道的泄露事故进行及时报警；第四，利用水位传感器，对于雨污水、热力、给水管道异常情况给出报警；第五，利用温度、电流、烟感传感器对于电力电缆和传输管道进行异常火警预测。
附图说明
38.图1本发明物联网中继兼终端盒子的立体结构示意图；
39.图2本发明物联网中继兼终端盒子的俯视结构示意图；
40.图3本发明物联网中继兼终端盒子的仰视结构示意图；
41.图4本发明物联网中继兼终端盒子中的盒体的透视结构示意图；
42.图5本发明物联网中继兼终端盒子中的盒体的俯视结构示意图；
43.图6本发明物联网中继兼终端盒子中的有线传感器子板、无线传感器子板、数据采集通信主板的连接结构示意图。
具体实施方式
44.下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
45.为了解决物联网产品的高可扩展性、兼备无线与有线数据采集通信、远距离可配置的通用型中继的需求问题，本发明提供了一种物联网中继兼终端盒子，将数据采集通信主板与传感器子板分离设计，将数据采集通信主板封装在满足 ip68防水技术要求的盒体中。
46.具体的，如图1到图6所示，本发明所述物联网中继兼终端盒子包括盒体1、盒底盖3和格栅盖板2，所述盒体1的一端为开口端，另一端为封闭端；所述盒底盖3安装在所述盒体的开口端。
47.如图4所示，所述盒体1的内腔形成内容纳仓101，在所述内容纳仓101内设置有传感器转接板8、电池、数据采集通信主板6。将盒底盖31安装在盒体的开口端后，内容纳仓101形成一个密封的空间，即形成ip68的防水盒，外部的物质无法进入到内容纳仓101内。
48.在所述盒体1的封闭端设置有外容纳仓102，所述外容纳仓102与内容纳仓完全隔离，两者不连通。进一步的，在所述外容纳仓102的开口端设置有格栅盖板2，在所述格栅盖板2上开有多个格栅通孔，将格栅盖板2安装在外容纳仓 102的开口端后，外容纳仓102形成一个半密封的腔体，液体或者气体能够通过格栅盖板2上的格栅通孔进入到外容纳仓102内。在所述外容纳仓102内设置有有线传感器子板5，所述有线传感器子板5与所述传感器转接板8连接，所述传感器转接板8与数据采集通信主板6连接。
49.本发明的实施例如下：
50.【实施例一】
51.可以在盒体1的封闭端上开槽作为外容纳仓102，槽底为外容纳仓102的封闭端，也可以在盒体1的内腔中嵌入一个一端开口另一端封闭的小盒体，所述小盒体的开口端位于所述盒体1的封闭端，所述小盒体的封闭端位于所述盒体的内腔(即内容纳仓101)中。所述盒体1的形状可以为方型、圆型等多种性状。
52.【实施例二】
53.如图4和图5所示，在所述外容纳仓101的封闭端上嵌装有多个连接件7，每个连接件7均采用弹簧顶针，每个弹簧顶针的两端分别连接有烫金触点，每个弹簧顶针两端的烫金触点分别位于所述外容纳仓的封闭端的两侧表面上。
54.所述弹簧顶针为现有产品，在此不再赘述，将弹簧顶针镶嵌在所述外容纳仓102的封闭端内，弹簧顶针与该封闭端过盈配合即保证了很好的密封性，两侧的烫金触点分别位于该封闭端两侧的表面上即可。利用弹簧顶针可以增加接触的力度，保证电路板上的凸起触点与烫金触点受力紧密压合。
55.所述有线传感器子板5设置在所述外容纳仓102的封闭端的外侧表面上，有线传感
器子板5上的凸起触点与位于封闭端的外侧表面上的烫金触点接触，实现电连接。所述传感器转接板8设置在所述外容纳仓的封闭端的内侧表面上，传感器转接板8上的凸起触点与位于封闭端的内侧表面上的烫金触点接触，实现电连接。即有线传感器子板5位于外容纳仓102中，传感器转接板8位于内容纳仓101中，两者通过所述连接件7实现电连接。所述传感器转接板8起到转接的作用，其一方面通过弹簧顶针与有线传感器子板5连接，另一方面通过现有的多种插接件(现有的连接结构，在图4中未画出。)与数据采集通信主板 6连接，这样实现了有线传感器子板5与数据采集通信主板6的有线连接，且由于有线传感器子板5位于外容纳仓中，而数据采集通信主板6位于内容纳仓中，所以保证了有线传感器子板5与外界接触，而数据采集通信主板6与外界隔离。
56.具体的，有线传感器子板、传感器转接板可以分别通过螺钉拧紧固定在所述外容纳仓的封闭端的外侧表面、内侧表面上，数据采集通信主板6通过螺钉拧紧固定在盒体的封闭端的内侧表面上。进一步的，如果所述数据采集通信主板6的尺寸比较大，可以在所述数据采集通信主板6上开孔，便于外容纳仓的封闭端从该孔中穿过。
57.【实施例三】
58.在所述有线传感器子板5上设置有多种传感器模块，传感器模块采用现有的多种传感器模块，可以根据实际需要选用相应的传感器模块。各个传感器模块分别通过烫金触点与传感器转接板连接。
59.例如为了监测井下的情况，可以在有线传感器子板上设置的传感器包括：气体传感器501、超声波传感器502(图6中仅仅画出了这两种，其它传感器没有画出)、霍尔开关磁性限位传感器、浮球开关等等，气体传感器用来监测一氧化碳、甲烷、硫化氢等可燃或者有害气体浓度。超声波传感器和霍尔开关磁性限位传感器、浮球开关可以监测水位高度、液体流量、流速等特征。如果用于监测其它环境，可以在有线传感器子板上设置相应的传感器即可。
60.具体的，可以在所述有线传感器子板5上设置i2c总线，i2c总线是通用高速串口总线，可以挂接几百个设备，因此可以根据需要在有线传感器子板上扩展连接更多的传感器模块。
61.【实施例四】
62.所述物联网中继兼终端盒子进一步包括位于盒体外部的无线传感器子板10，在所述无线传感器子板上设置有传感器模块1002和无线通信模块1001，所述传感器模块采用超低功耗传感器模块，可以包括：倾斜、温度、水位、烟感、 co气体、甲烷气体或者电流传感器模块(图6中仅仅画出了一个传感器模块 1002，其它传感器模块没有画出。)，这些模块均是市售模块，本发明将这些市售模块集成到无线传感器子板上。传感器模块用于采集各种数据，无线通信模块用于与位于盒体内的所述数据采集通信主板进行通信，将传感器模块采集到的数据发送给数据采集通信主板。可以在无线传感器子板上设置一种传感器或者多种传感器。
63.具体的，所述无线通信模块采用现有的近场通信模块，例如蓝牙(bt)无线通信模块或者lora、zigbee无线通信模块。每个无线传感器子板相当于一个独立的蓝牙设备，该独立的蓝牙设备带有自己独立的传感器，其与数据采集通信主板之间的通信类似于蓝牙耳机和手机之间的通信。
64.无线传感器子板10可以设置在盒体外能够保证通信距离的任何位置处，便于采集相关位置处的数据，例如将无线传感器子板设置在地下管道的某个位置处，无线传感器子板通过无线通信将采集到的数据发送给数据采集通信主板。此时，各个无线传感器子板作为监测终端，与盒体内的无线通信主模块进行无线通信。这样，本发明物联网中继兼终端盒子能够实现更大范围和更多种类的监测功能。
65.进一步的，在无线传感器子板10上连接有电池模块，用于为无线传感器子板进行供电。也可以将无线传感器子板设置在一个独立的传感器盒子中，将传感器盒子安装在需要监测的位置即可。
66.【实施例五】
67.如图6所示，在所述数据采集通信主板6上设置有：数据采集和处理模块 (mcu)601以及分别与其连接的通信模块、电源管理模块(采用现有的电源管理模块即可，图6中未画出)。
68.其中，所述数据采集和处理模块601负责数据采集、计算、打包、控制通信模块，与云终端服务器及数据库进行通信实现数据的发送和接收。所述数据采集和处理模块601采用现有的mcu即可，根据实际需要进行相关程序的编写即可，相关程序不在本发明的保护范围内。所述传感器转接板与mcu连接。
69.所述通信模块包括远程通信模块602、近场通信模块603，所述远程通信模块602可以采用5g、4g、3g、2g和/或nbiot(窄带物联网)等现有的多种远程通信模块，用于与多种云平台进行通信，例如京东云、中国移动、电信天翼云平台等等。所述近场通信模块603采用蓝牙(bt)无线通信模块或者lora或者 zigbee无线通信模块等现有的多种近场通信模块，用于与所述无线传感器子板 10进行通信。通过采用这些通信模块，本发明能够兼容5g、4g、3g,2g,nbiot 和兼容蓝牙、lora，zigbee等协议。
70.进一步的，在所述数据采集通信主板6上还设置有光通量传感器604、位移运动陀螺仪传感器605，两者分别与数据采集和处理模块连接，这两种传感器均为现有的传感器，用来监测盒子外的环境光变化和监测盒子所安装的物体上的位移、倾斜角度。这两种传感器不需要与液体、气体接触，因此不需要安装在外容纳仓内，安装在内容纳仓内可以保证这两种传感器不受液体、气体的侵蚀，有利于保证工作环境并延长使用寿命。
71.所述有线传感器子板、无线传感器子板、传感器转接板、数据采集通信主板均采用集成电路板。
72.还可以进一步设计中控平台，用于将各个盒子采集到的数据进行可视化展示，并对各种传感器的数据进行分析、报警、任务派发、生成报表等。还可以进一步设计移动管理端或者用户端，在移动管理端或者用户端设置有小程序和/ 或轻应用，用于进行报警处理、维修记录、导航等。
73.【实施例六】
74.所述格栅盖板2上的格栅通孔的性状可以为圆形、长方形等多种性状，所述格栅通孔将外容纳仓的内腔与外部连通，这样外部的气体、液体等均可以通过格栅通孔进入到所述外容纳仓102的内腔中，便于外容纳仓102中的各个传感器对气体、液体、温度等进行感应，同时由于外容纳仓102与内容纳仓101 是完全隔离的，两者封闭不连通，因此液体、气体均不会进入到内容纳仓101 中，这样就保证了数据采集通信主板6和传感器转接板8不会受
到这些液体、气体的任何影响，提高了物联网中继兼终端盒子的使用寿命。优选的，所述格栅通孔比较密，这样能够防止虫子、杂物等进入到外容纳仓内。
75.所述格栅盖板2通过螺丝拧紧固定在所述外容纳仓102的开口端。图1和图2所示的实施例中，是在所述格栅盖板2的中心处安装螺丝，也可以根据需要将螺丝安装在格栅盖板2的其它位置，例如格栅通孔的两侧或者四周等等。
76.【实施例七】
77.优选的，如图5所示，在所述盒体1的内侧壁设置有多个凸起，在凸起上开有螺纹孔9，螺纹孔9的中心轴线与所述盒体的封闭端垂直。在所述盒底盖3 上对应盒体上的每个凸起开有孔，通过在孔内插入螺钉将盒底盖3固定在所述盒体1的开口端。进一步的，在所述盒体1的开口端的内壁上设置有环形密封槽，在环形密封槽内安装有密封圈，通过密封圈实现盒体1与盒底盖3之间的密封。
78.【实施例八】
79.进一步的，在所述内容纳仓101内设置有电池托架，用于安装固定电池，给数据采集通信主板、传感器转接板同时进行供电。电池托架采用现有的能够安装电池的托架即可，电池托架的位置可以根据盒体的形状和尺寸进行设计，在此不再赘述。
80.本发明的传感器子板可以扩展焊接不同的传感器，数据采集通信主板6兼具近场局域网通信(通过蓝牙、lora等实现)和远程广域网通信(通过5g、4g、 3g、2g、nbiot通信模块实现)功能。
81.【实施例九】
82.进一步的，在所述盒底盖3的四周设置有向外的凸起4，在每个凸起4上开有安装孔，这样便于将物联网中继兼终端盒子的盒体安装在需要安装的位置处。
83.本发明物联网中继兼终端盒子率先在5g 智能井盖项目中进行了应用，作为中继系统，可以将通信、电力、公安、天然气、雨污水、给水、消防、热力等人井，及其地下附属物，如通信电缆，电力电缆，水位，温度、电流、烟感、水位、排污、热力泄露、供水压力，消防水压等资源，通过蓝牙数据采样传感器模块，利用近场通信技术组网，经过5g 智能井盖中继，实时地、定时地报告用户相关数据信息，对于保障国家通信安全，城市地下电力传输安全，地下资源有效利用、防止市政施工事故、城市内涝等有着不可估量的社会效益和经济效益。
84.本发明还提供了一种智能井盖，所述智能井盖包括井盖本体，在所述井盖本体上设置有螺纹孔，将所述盒底盖的外表面与井盖本体的下表面接触后，在盒底盖的安装孔内拧入螺栓，螺栓一直拧入到井盖的螺纹孔内，这样就将整个物联网中继兼终端盒子固定在井盖本体的下表面上了。将智能井盖安装在井口后，物联网中继兼终端盒子位于井盖本体的下方，能够实施监测井中的各种情况以及井盖的各种状态。
85.本发明具有以下优点：
86.1，数据采集通信主板寿命长，传感器子板拆卸方便，维修成本极低。物联网中继主板与传感器转接板分体设计。保证中继主板、电池等达到ip68的防潮、防水的设计目标。有线传感器子板通过连接件与主板进行有线通信，无需要焊接，维护成本低，拆卸方便。
87.2，易于扩展，近场组网。当有多类型多数量需要监测的对象时，可以通过无线传感器子板对于多达上千个近距离的被监测对象进行组网，将被监测对象的数据(如温度、烟感、电流、水位、有害气体等)进行处理、判断，根据异常状态的判别标准进行筛选(例如，一
氧化碳浓度大于等于2％时，需要向云服务器发送报警信息，甲烷浓度大于等于50ppm需要向云服务器发送报警信息，倾斜、位移、温度、水位、烟感都可以远程设定报警阈值，满足条件后报警，可以根据实际需要设置阈值的大小)上传到云端服务器，最终数据可视化到中控端和移动端小程序或者app。
88.3，本发明mcu内安装有轻量级操作系统，所有以下系统参数远程可配置。
89.a)ip地址远程配置
90.b)光感采样值域配置
91.c)倾角偏移量配置
92.d)震动采样周期50us到1.25s
93.e)多协议支持
94.f)休眠周期远程可调
95.g)等等扩展新功能参数
96.4，本发明兼容支持coap,mqtt,lwm2m,http，aep,onenet等多协议的系统，方便直接对接各类型智慧城市、智慧工地等平台。
97.5，本发明可集成兼容远场通信5g，4g,3g,2g,nbiot等技术，以及近场通信技术，如蓝牙，lora，zigbee。
98.综上所述，本发明物联网中继兼终端盒子兼具中继和终端两种作用，中继是用来实现通信和数据传输功能的，终端是用来实现数据采集和控制功能的。该物联网中继兼终端盒子具备通信能力，其可以通过数据总线如i2c与多种不同的传感器连接，也可以通过蓝牙、lora、zigbee等近场通信技术与多种不同的无线终端相连接。本发明具备现场数据采集、运算能力，支持远场物联网常用的通信协议(coap、lwm2m、https、tcp等)，对于各种传感器的阈值、响应频率、睡眠周期等都可以远程进行配置，本发明与不同传感器搭配可以形成不同物联网场景下的中继和终端产品系统。
99.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
100.在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
101.最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。