自動巡航森林火災(zāi)檢測小車的設(shè)計

陳 曦， 劉和劍

(蘇州大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215325)

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自動巡航森林火災(zāi)檢測小車的設(shè)計

陳 曦， 劉和劍

(蘇州大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215325)

設(shè)計了自動巡航森林火災(zāi)監(jiān)測小車以用于有效防范森林火災(zāi)，在續(xù)航中當(dāng)掃描地區(qū)溫度超過一定值且煙霧濃度超過上限值定位后，將GPS位置信息和圖像，通過監(jiān)測系統(tǒng)將檢測到的信息傳送至總控系統(tǒng)并且進(jìn)行報警。可以進(jìn)行手動自動切換對各處巡查；小車可以自動定位，規(guī)劃路線返回充電站；低功耗模式巡查，遇到火情是開啟其它模塊；能夠采用太陽能電池板供電，提高部分續(xù)航能力等功能。詳細(xì)分析了其各系統(tǒng)的作用及原理，以期能更有效地開展森林火災(zāi)的監(jiān)測范圍。

自動巡航；森林火災(zāi)；檢測

1　系統(tǒng)功能需求及技術(shù)指標(biāo)

(1)檢測當(dāng)前環(huán)境中溫濕度,煙霧濃度；(2)在沿著預(yù)定路線形勢的時候，可以通過主控中心切換到手動遙控，觀察詳細(xì)環(huán)境信息；(3)進(jìn)行GPS定位和精準(zhǔn)火源檢測；(4)低電量自動返回。

2　遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)即通過網(wǎng)絡(luò)、電話線、移動寬帶、數(shù)據(jù)線等遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)以供查看的監(jiān)控系統(tǒng)。如今，網(wǎng)絡(luò)遍布全球，從理論上分析，遠(yuǎn)程監(jiān)控的范圍可以遍布全球上任何角落。但是出于成本等因素考慮，通常是點對點的監(jiān)控模式。遠(yuǎn)程監(jiān)控者則可以通過電腦端的應(yīng)用、網(wǎng)頁或者手機(jī)客戶端實時查看遠(yuǎn)方的活動場景，檢測到異常后，可以系統(tǒng)先自行出發(fā)警報或者作出處理，也可以有監(jiān)控者自己實施人工干預(yù)處理。監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控設(shè)備、接收軟件和傳輸過程3大部分?；居布ǎ簲z像頭、PC或手機(jī)、處理板。整個系統(tǒng)需要用到的知識有：網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、數(shù)字圖像處理技術(shù)和嵌入式開發(fā)等技術(shù)。核心原理圖如圖1所示。

圖1CC3200片載系統(tǒng)電路原理

3　火焰和溫度監(jiān)測模塊設(shè)計

火焰?zhèn)鞲衅鞲鶕?jù)探測的距離遠(yuǎn)近而不同。對于森林防火這樣大范圍的火焰探測，仍是利用特殊的紅外光敏管，當(dāng)區(qū)域出現(xiàn)明顯高于環(huán)境溫度的紅外源點時，表明該點出現(xiàn)明火；對于非常近距離火焰的探測(比如用于自動燃燒設(shè)備)，則是利用火焰區(qū)電阻值低、無火焰區(qū)電阻高的特點進(jìn)行檢測。

而溫度模塊使用了非接觸性的溫度傳感器：TMP006為IIC接口，外圍電路相對較少，其中ADDR0,ADDR1為芯片地址設(shè)置，方便同一ⅡC總線掛載多個同芯片時使用，通過修改ADDR地址而在從而可以達(dá)到地址可變的設(shè)計。C11作為無極性瓷片電容，用在該電路中的電容稱為退耦電容，退耦電容并接于電路正負(fù)極之間，可防止電路通過電源形成的正反饋通路而引起的寄生振蕩。所謂退耦，即防止前后電路電流大小變化時，在供電電路中所形成的電流沖動對電路的正常工作產(chǎn)生影響，換言之，退耦電路能夠有效地消除電路之間的寄生耦合。DTRDY為data ready，用于檢測數(shù)據(jù)就緒;ⅡC的雙線SCL,SDA分別接至MCU的ⅡC接口。溫度與火焰檢測電路原理圖如圖2所示

圖2溫度和火焰檢測電路原理

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4　無線和網(wǎng)絡(luò)部分的設(shè)計

CC3200自帶了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的協(xié)議棧，所以大部分情況下只要調(diào)用相應(yīng)的API就可以完成所需要的任務(wù)，能有效地提高開發(fā)效率，加快設(shè)計周期。在初始化設(shè)定好Wi-Fi之后，便需要啟動HTTP SERVSR,詳細(xì)啟動流程如圖3所示。

圖3　配置HTTP SERVSR流程

在調(diào)用的API中，較重要的有以下幾個方面：HTTP 服務(wù)任務(wù)(HST)函數(shù) HTTPServerTask()主要包括下列內(nèi)容：①初始化程序變量 InitializeAppVariables();②配置 SimpleLink 為默認(rèn)狀態(tài) ConfigureSimpleLinkToDefaultState();③讀取設(shè)備配置 ReadDeviceConfiguration();④連接網(wǎng)絡(luò) ConnectToNetwork();⑤停止 HTTP 服務(wù) sl_NetAppStop();⑥啟動 HTTP 服務(wù) sl_NetAppStart()。

其中連接網(wǎng)絡(luò)函數(shù) ConnectToNetwork()包含 Httpserver 項目的主要內(nèi)容。而其中最重要的就是ConnectToNetwork()這個API了， 連接網(wǎng)絡(luò)函數(shù) ConnectToNetwork()主要包括下列內(nèi)容： ①啟動 SimpleLink sl_Start()；②設(shè)置 WLAN 模式 sl_WlanSetMode()；③接入點模式操作 sl_NetAppStop() + sl_NetAppStart()；④站點模式操作 SmartConfigConnect()。

其中站點模式操作的主要內(nèi)容是智能配置連接SmartConfigConnect()中，首先設(shè)置WLAN模式連接網(wǎng)絡(luò)函數(shù)ConnectToNetwork()啟動SimpleLink后，根據(jù)sl_Start()返回的當(dāng)前模式g_uiSimplelinkRole和設(shè)備配置模式g_uiDeviceModeConfig進(jìn)行判斷：如果當(dāng)前模式不是站點模式(g_uiSimplelinkRole != ROLE_STA)，而設(shè)備配置模式為站點模式(g_uiDeviceModeConfig == ROLE_STA)，則調(diào)用 sl_WlanSetMode()將設(shè)備設(shè)置為站點模式(ROLE_STA)，然后重啟 SimpleLink。同樣，如果當(dāng)前模式不是接入點模式(g_uiSimplelinkRole != ROLE_AP)，而設(shè)備配置模式為接入點模式(g_uiDeviceModeConfig == ROLE_AP)，則調(diào)用 sl_WlanSetMode() 將設(shè)備設(shè)置為接入點模式(ROLE_AP)，然后重啟 SimpleLink。還有一種操作模式為：接入點模式操作 如果當(dāng)前模式是接入點模式(g_uiSimplelinkRole == ROLE_AP)，則進(jìn)行接入點模式 操作，包括等待獲取 IP、重啟 HTTP 服務(wù)、獲取接入點名稱和顯示下列提示信息：最后芯片作為站點模式操作，如果當(dāng)前模式不是接入點模式，則進(jìn)行站點模式操作，包括重啟 HTTP 服務(wù)、等待設(shè)備自動連接接入點和智能配置連接接入點等。在等待設(shè)備自動連接接入點時，開發(fā)板上的紅 LED 快速閃爍，如果自動連接超時(g_ucConnectTimeout == AUTO_CONNECTION_TIMEOUT_COUNT)，則紅LED點亮，超級終端中顯示下列提示信息：Use Smart Config Application to configure the device。設(shè)備進(jìn)入一個接入點模式時，可以通過上位機(jī)來訪問當(dāng)前的Wi-Fi設(shè)備，對其進(jìn)行操作，讀取傳感器的值。當(dāng)有上位機(jī)連接到下位機(jī)時，或連接到站點通過一個接入點時，下位機(jī)中應(yīng)用程序啟動HTTP服務(wù)，然后發(fā)起GET請求，瀏覽器設(shè)備頁。當(dāng)有一個請求建立與設(shè)備的連接時，就能打開存儲在閃存芯片網(wǎng)頁，當(dāng)HTTP服務(wù)，使用POST方法發(fā)送網(wǎng)頁到設(shè)備操作，也就可以控制裝置。

在設(shè)計中，PC端的上位機(jī)主要是用于發(fā)起HTTP請求，HTTP (Hypertext Transfer Protocol,超文本傳輸協(xié)議)是用于將超文本資源(HTML網(wǎng)頁、圖像和查詢結(jié)果等)傳輸?shù)娇蛻舳说目蛻舳?服務(wù)器協(xié)議，HTTP工作在預(yù)定義的TCP套接字上，默認(rèn)端口80。

HTTP服務(wù)器監(jiān)聽HTTP套接字(默認(rèn)端口80)，按照請求類型(GET或POST)求的URI (Uniform Resource Identifier，統(tǒng)一資源標(biāo)識符)資源和內(nèi)容， HTTP服務(wù)器在ROM中保存有一組作為內(nèi)部默認(rèn)網(wǎng)頁的內(nèi)部靜態(tài)網(wǎng)頁，可以提供cc3200芯片的設(shè)備配置、設(shè)備狀態(tài)和基本的分析工具。調(diào)試及結(jié)果，下位機(jī)默認(rèn)的域名為web_serve.com，當(dāng)PC中上位機(jī)客戶端打開的時候，其實就是對web_serve.com進(jìn)行HTTP GET請求，在MCU端，當(dāng)服務(wù)器獲取到HTTP GET請求時，首先檢查請求資源URN(uniform resource name ，統(tǒng)一資源名稱)在閃存中是否存在，如果存在的話，將閃存中的數(shù)據(jù)作為響應(yīng)發(fā)送給上位機(jī)解析。其流程如圖4所示，上位機(jī)工程流程、工作裝臺如圖5所示。

圖4　數(shù)據(jù)傳輸流程

圖5　上位機(jī)工作流程,工作裝臺

5　結(jié)語

通過系統(tǒng)調(diào)試、仿真運(yùn)行，基本達(dá)到了設(shè)計要求，但如能提高元器件的精度，將能更有效地擴(kuò)展監(jiān)測范圍。

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2016-06-22

陳曦(1993—)，男，蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)生。

劉和劍(1971—)，男，講師，主要從事電子信息科學(xué)的教學(xué)與研究工作。

S762

A

1674-9944(2016)16-0163-04