本發(fā)明屬于監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深基坑降排水控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，基坑工程向大深度、大面積發(fā)展，面臨的地下水問題也越來越嚴(yán)重，特別是基坑開挖面下部的承壓水會引起坑底隆起、底板涂涌等問題而導(dǎo)致基坑失穩(wěn)的安全事故，因此，承壓水的控制成了整個基坑工程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。為了保證施工過程的安全并確保工程質(zhì)量，在基坑開挖過程中，必須有效治理地下水，治理地下水通常有兩個方法：堵截地下水和降低地下水位。由于降低地下水位方法的便捷性和經(jīng)濟性，被大量工程所采用，它主要包括明溝排水和井點降水兩種方法，其中井點降水法是指在基坑四周埋設(shè)井點管，讓地下水滲到井點管中，通過水泵抽水，直到地下水降到設(shè)計水位為止。井點法降水優(yōu)點眾多，適用于各種形狀的基坑，能克服流砂，可靠穩(wěn)定，降水效果好，能有效縮短工期，保證工程安全等，故而應(yīng)用廣泛。

目前工地深基坑的井點排水采用的是使用潛水泵24小時排水，另派專人24小時看守的模式，由于水泵24小時不間斷工作，這種模式會消耗大量的電能，且泵易燒壞，如不能及時發(fā)現(xiàn)，極易造成安全事故。另外，由于施工現(xiàn)場的復(fù)雜性，也給夜巡人員的人身安全造成威脅。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深基坑降排水控制系統(tǒng)及控制方法，基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)，可自動控制水泵工作進(jìn)行排水工作，減少人工成本和巡查人員的安全事故。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深基坑降排水控制系統(tǒng)，包括相互之間通訊連接的控制模塊、數(shù)據(jù)采集和分析模塊，所述控制模塊包括主控制器、與所述主控制器連接的無線收發(fā)模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源模塊；

所述的主控制器選用stm32系列32位arm微控制器，主控制器的21腳接數(shù)字輸入信號水位傳感器，接收水位傳感器發(fā)送的狀態(tài)信號；主控制器的30腳、31腳接無線收發(fā)模塊的29、30腳，通過uart口將采集的水位狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給無線收發(fā)模塊；

所述的無線收發(fā)模塊采用中興通訊的gsm850/egsm900/dcs1800/pcs1900四頻工業(yè)模塊mg2639，無線收發(fā)模塊的7腳rssi_led內(nèi)部下拉，17腳與主控制器的27腳i/o口連接，24腳連接有低電平脈沖模塊，29、30腳接主控制器的uart接口；

所述的輸入模塊用來采集深基坑水位狀態(tài)數(shù)據(jù)和水泵工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括相互并聯(lián)連接的電阻r36和電阻r38，所述電阻r36另一端還連接有電阻r34和發(fā)光二極管led4，所述電阻r38另一端連接有三極管q6的基極，所述三極管q6的發(fā)射極連接有電阻r50，所述三極管q6的集電極還連接有電阻r36另一端；

所述的輸出模塊的輸入端與主控制器的25腳連接，輸出端通過繼電器與潛水泵連接；該數(shù)字輸出模塊包括相互并聯(lián)連接的電阻r42和電阻r44，所述電阻r42另一端還連接有電阻r40和發(fā)光二極管led6，所述電阻r44另一端連接有三極管q8的基極，所述三極管q8的發(fā)射極連接有電阻r52，所述三極管q8的集電極還連接有電阻r42另一端；

所述的數(shù)據(jù)采集和分析模塊通過內(nèi)部的采集機采集控制模塊獲取的水位數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)庫，形成歷史數(shù)據(jù)；并對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，形成水位動態(tài)狀態(tài)信息、報警信息、水情預(yù)測信息，并通過internet向客戶端發(fā)送消息。

進(jìn)一步的，所述輸出模塊的輸出端通過繼電器與潛水泵連接。

進(jìn)一步的，所述無線收發(fā)模塊的29、30腳接主控制器的uart接口，用于發(fā)送at指令、傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、升級模塊軟件，通信速率設(shè)置為19200bps。

進(jìn)一步的，所述低電平脈沖模塊的持續(xù)時間2s~5s。

進(jìn)一步的，所述的電源模塊包括3.9v電源模塊和3.3v電源模塊，所述3.9v電源模塊采用mic29302電源轉(zhuǎn)換芯片，為無線收發(fā)模塊芯片mg2639提供電源；3.3v電源模塊采用xc6219b332mr電源轉(zhuǎn)換芯片，為stm32主控制器、485接口電路和數(shù)字量輸入輸出電路提供電源。

本發(fā)明還公開了上述一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深基坑降排水控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

（1）通過設(shè)置在深基坑井點管內(nèi)的水位傳感器動態(tài)實時采集水位信息，水位信息傳到控制模塊，并由控制模塊通過gprs通信方式實時傳輸給采集機；

（2）當(dāng)深基坑井點管內(nèi)水位達(dá)到警戒上閾值時，由控制模塊觸發(fā)開關(guān)閉合操作，自動啟動潛水泵抽水；當(dāng)井點管內(nèi)水位降到警戒下閾值時，觸發(fā)開關(guān)斷開操作，水泵停止工作，以防止水泵無水空抽，損壞電機；當(dāng)水泵處于抽水狀態(tài)，并且井點管內(nèi)水位持續(xù)超過警戒上閾值且超過定時器設(shè)定的時間周期后，由控制模塊觸發(fā)燈控和聲控報警裝置；

（3）采集機接收實時水位信息并保存在數(shù)據(jù)庫中，形成歷史水位數(shù)據(jù)；

（4）服務(wù)器程序?qū)崟r獲取數(shù)據(jù)庫中的水位信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，形成水位動態(tài)狀態(tài)信息、報警信息、水情預(yù)測信息，并通過internet向計算機或手機推送消息。

有益效果：本發(fā)明的效果和優(yōu)點：

1.保持坑內(nèi)水位在安全高度，為施工安全提供保證；

2.自動監(jiān)控基坑內(nèi)水位的變化，為隱患提供燈閃或聲鳴報警手段；

3.自動控制水泵工作進(jìn)行排水工作，減少人工成本和巡查人員的安全事故；

4.節(jié)約用電，減輕自動排水施工難度，節(jié)約施工成本，提高經(jīng)濟和社會效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的主控制器電路原理圖；

圖3為本發(fā)明的無線收發(fā)模塊電路原理圖；

圖4為本發(fā)明的輸入模塊電路原理圖；

圖5為本發(fā)明的輸出模塊電路原理圖；

圖6為本發(fā)明3.9v電源模塊電路原理圖；

圖7為本發(fā)明3.3v電源模塊電路原理圖；

圖8為本發(fā)明控制模塊工作流程圖；

圖9為本發(fā)明無線收發(fā)模塊工作流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深基坑降排水控制系統(tǒng)，包括相互之間通訊連接的控制模塊、數(shù)據(jù)采集和分析模塊，所述控制模塊包括主控制器、與所述主控制器連接的無線收發(fā)模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源模塊。

其中控制模塊實現(xiàn)功能如下：

（1）當(dāng)基坑水位達(dá)到上閾值時，觸發(fā)開關(guān)閉合操作，自動啟動水泵抽水；當(dāng)水位降到下閾值時，觸發(fā)開關(guān)斷開操作，水泵停止工作。

（2）當(dāng)基坑水位持續(xù)超過設(shè)定的定時器計時，進(jìn)行燈控和聲控報警。

（3）向“數(shù)據(jù)采集和分析模塊”傳遞水位狀態(tài)數(shù)據(jù)。

其中數(shù)據(jù)采集和分析模塊的功能如下：

（1）該模塊通過gprs讓采集機負(fù)責(zé)采集“控制模塊”獲取的水位數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)庫，形成歷史數(shù)據(jù)。

（2）可以對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，形成水位動態(tài)狀態(tài)信息、報警信息、水情預(yù)測信息等，并通過internet向計算機或手機推送消息。

（3）通過gis地圖，可以從全局的角度了解到井內(nèi)水位狀態(tài)的詳細(xì)情況，同時提供了訪問具體設(shè)備的便捷接口。

（4）在線增刪設(shè)備，在不影響系統(tǒng)運行的情況下，可在線增加或刪除水位狀態(tài)監(jiān)控點。

系統(tǒng)整體具體的工作流程如下：

（1）通過設(shè)置在深基坑井點管內(nèi)的水位傳感器動態(tài)實時采集水位信息，水位信息傳到控制模塊，并由控制模塊通過gprs通信方式實時傳輸給采集機；

（2）當(dāng)深基坑井點管內(nèi)水位達(dá)到警戒上閾值時，由控制模塊觸發(fā)開關(guān)閉合操作，自動啟動潛水泵抽水；當(dāng)井點管內(nèi)水位降到警戒下閾值時，觸發(fā)開關(guān)斷開操作，水泵停止工作，以防止水泵無水空抽，損壞電機。當(dāng)水泵處于抽水狀態(tài)，并且井點管內(nèi)水位持續(xù)超過警戒上閾值且超過定時器設(shè)定的時間周期后，由控制模塊觸發(fā)燈控和聲控報警裝置。

（3）采集機接收實時水位信息并保存在數(shù)據(jù)庫中，形成歷史水位數(shù)據(jù)；

（4）服務(wù)器程序?qū)崟r獲取數(shù)據(jù)庫中的水位信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，形成水位動態(tài)狀態(tài)信息、報警信息、水情預(yù)測信息等，并通過internet向計算機或手機推送消息。

如圖2所示，控制模塊中的主控制器選用stm32系列32位arm微控制器，內(nèi)核是cortex-m3，最高工作頻率是72mhz，支持單周期乘法和硬件除法功能。其中，21腳接數(shù)字輸入信號，接收水位傳感器發(fā)送的狀態(tài)信號；30、31腳接無線收發(fā)模塊的29、30腳，通過uart口將采集的水位狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給無線收發(fā)模塊。

如圖3所示，為無線通信數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，采用中興通訊研制的gsm850/egsm900/dcs1800/pcs1900四頻工業(yè)模塊mg2639，可實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)高速傳輸。其中，7腳rssi_led內(nèi)部下拉，為普通i/o，電流驅(qū)動能力較弱，此處，通過增加一個三極管s8050來驅(qū)動led燈，起到網(wǎng)絡(luò)信號指示的作用。17腳為復(fù)位管腳，需要拉低500ms可對mg2639進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位信號由主控制器的27腳i/o口發(fā)出。24腳為pwrkey管腳，通過給一個持續(xù)時間2s~5s的低電平脈沖模塊即可開機。29、30腳接主控制器的uart接口，用于發(fā)送at指令、傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、升級模塊軟件等,通信速率設(shè)置為19200bps。

如圖4所示，輸入模塊用來采集深基坑水位狀態(tài)數(shù)據(jù)和水泵工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括相互并聯(lián)連接的電阻r36和電阻r38，所述電阻r36另一端還連接有電阻r34和發(fā)光二極管led4，所述電阻r38另一端連接有三極管q6的基極，所述三極管q6的發(fā)射極連接有電阻r50，所述三極管q6的集電極還連接有電阻r36另一端。

如圖5所示，輸出模塊的輸入端與主控制器的25腳連接，輸出端通過繼電器與潛水泵連接，用以控制潛水泵停啟；該數(shù)字輸出模塊包括相互并聯(lián)連接的電阻r42和電阻r44，所述電阻r42另一端還連接有電阻r40和發(fā)光二極管led6，所述電阻r44另一端連接有三極管q8的基極，所述三極管q8的發(fā)射極連接有電阻r52，所述三極管q8的集電極還連接有電阻r42另一端。

如圖6所示，是3.9v電源模塊，采用mic29302電源轉(zhuǎn)換芯片，為gprs芯片mg2639提供電源。

圖7所示為3.3v電源供電模塊，采用xc6219b332mr電源轉(zhuǎn)換芯片，為stm32主控制器、485接口電路和數(shù)字量輸入輸出電路提供電源，整個深基坑控制模塊可采用鋰電池供電。

圖8所示為控制模塊工作流程圖，模塊上電復(fù)位后，首先進(jìn)行系統(tǒng)硬件初始化工作，完成初始化后，控制模塊的采集單元定時采井內(nèi)水位狀態(tài)信息和水泵工作狀態(tài)信息，通過gprs模塊傳送到基坑排水控制平臺。

圖9是無線收發(fā)模塊即gprs模塊工作流程圖，gprs模塊上電后，首先對串口進(jìn)行配置并開gsm模塊電源，電源打開后，gsm模塊初始化at指令，接著接收主控制發(fā)送的采集數(shù)據(jù)并上傳到采集機模塊，完成數(shù)據(jù)發(fā)送后，關(guān)閉gsm模塊電源并開中斷進(jìn)入睡眠模式，等待下一次的喚醒。

本發(fā)明保持坑內(nèi)水位在安全高度，為施工安全提供保證；自動監(jiān)控基坑內(nèi)水位的變化，為隱患提供燈閃或聲鳴報警手段；自動控制水泵工作進(jìn)行排水工作，減少人工成本和巡查人員的安全事故。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。