智慧城市之智慧井蓋網(wǎng)絡(luò)

郭哲

（陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西咸陽(yáng)712046）

1 引言

隨著城市各項(xiàng)功能日益完善，井蓋的被盜、缺失損壞現(xiàn)象頻頻發(fā)生，井蓋被盜成為全國(guó)各地城市住宅小區(qū)比較普遍的社會(huì)現(xiàn)象。住宅小區(qū)的安全更是關(guān)乎民生安全，小區(qū)井蓋的丟失更是嚴(yán)重影響到居民的日常生活以及安全，由此引發(fā)的傷亡慘劇時(shí)時(shí)見詣報(bào)端，造成無(wú)法挽回的后果，令人痛惜。為保證民眾安全，許多國(guó)家在井蓋設(shè)計(jì)上大動(dòng)腦筋，并借力智能監(jiān)控手段進(jìn)行日常管理。美國(guó)為提高井蓋的安全系數(shù)，紐約市環(huán)保局2012年宣布在市內(nèi)數(shù)十個(gè)下水道井蓋下方安裝電子監(jiān)視器。德國(guó)為了達(dá)到井蓋的安全，設(shè)計(jì)了精密的防護(hù)網(wǎng)。日本則是從直觀上提醒民眾井蓋的安全問題[1]。

到目前為止，國(guó)內(nèi)能有效的監(jiān)測(cè)井蓋的系統(tǒng)少之又少，美國(guó)在井蓋下安裝電子監(jiān)視器雖能解決問題，但投資太大，推廣起來(lái)相對(duì)比較困難。在這種情況下，智能網(wǎng)絡(luò)井蓋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生，并且成為國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。因此開發(fā)一套高效率、低投入、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的井蓋監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。

2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要采用的ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)和SHARP的2Y0A21紅外測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集數(shù)據(jù)。當(dāng)井蓋被盜或發(fā)生異常時(shí)，紅外測(cè)距傳感器監(jiān)測(cè)出異常，通過(guò)ZigBee將異常信息無(wú)線送給PC，PC端可以直觀的顯示出異常井蓋的準(zhǔn)確位置。避免了有線傳輸中布線的繁瑣與后期維護(hù)的麻煩。

系統(tǒng)具有井蓋狀態(tài)實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)，當(dāng)井蓋被盜或發(fā)生異常時(shí)，紅外測(cè)距傳感器及時(shí)監(jiān)測(cè)出異常并將信息反饋給ZigBee。ZigBee檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)，利用其自組網(wǎng)、可靠性高、低功耗的特點(diǎn)，將異常信號(hào)無(wú)線傳輸給終端，避免了有線傳輸中布線的繁瑣和后期維護(hù)的麻煩。上位機(jī)接收到ZigBee信號(hào)后，即可可以精確的顯示出具體井蓋發(fā)生異常的地理位置，同時(shí)上位機(jī)收到井蓋異常信號(hào)便可以通過(guò)上位機(jī)的短信按鈕發(fā)送信息給維修人員，達(dá)到了及時(shí)維修的效果，實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)測(cè)的目的，將井蓋丟失帶來(lái)的不安全隱患徹底消除。

3 設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)采用夏普GP2Y0A21型距離測(cè)量傳感器，該傳感器是基于PSD的微距傳感器，其有效測(cè)距在80cm以內(nèi)，有效的測(cè)量角度大于40度，輸出的信號(hào)為模擬電壓，在0到8cm左右的范圍內(nèi)與距離成正比非線性的關(guān)系，在10到80cm的距離范圍內(nèi)成反比非線性關(guān)系，平均功耗約為30mA，反應(yīng)時(shí)間約為5ms，并且對(duì)背景光及溫度的適應(yīng)性強(qiáng)。利用這些特性，當(dāng)井蓋位置發(fā)生異常時(shí)，傳感器的模擬電壓產(chǎn)生變化，將數(shù)據(jù)傳送給ZigBee。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議[2]。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種高可靠性、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。在可靠性方面，ZigBee有很多方面進(jìn)行保證。物理層采用了擴(kuò)頻技術(shù)，能夠在一定程度上抵抗干擾，MAC應(yīng)用層(APS部分)有應(yīng)答重傳功能。MAC層的CSMA機(jī)制使節(jié)點(diǎn)發(fā)送前先監(jiān)聽信道，可以起到避開干擾的作用。當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)受到外界干擾，無(wú)法正常工作時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以動(dòng)態(tài)的切換到另一個(gè)工作信道上。能耗特性是ZigBee的一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在不需要通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時(shí)能耗可能只有正常工作狀態(tài)下的千分之一。由于一般情況下，休眠時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的大部分，有時(shí)正常工作的時(shí)間還不到百分之一，因此達(dá)到很高的節(jié)能效果[3]。當(dāng)終端Zigbee節(jié)點(diǎn)接收到紅外傳感器的異常電壓時(shí)通過(guò)ADC轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)并無(wú)線發(fā)送給上位機(jī)。

上位機(jī)主要是PC端的實(shí)時(shí)顯示設(shè)計(jì)以及實(shí)時(shí)預(yù)警，對(duì)于PC端的設(shè)計(jì)主要采用的是相應(yīng)地區(qū)的詳細(xì)地圖顯示，對(duì)Zigbee組網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，并直接關(guān)聯(lián)其地理位置，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，傳回異常節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，依據(jù)傳回的編號(hào)，檢索到對(duì)應(yīng)的地點(diǎn)，進(jìn)而顯示其對(duì)應(yīng)地理位置，之后短信通知相應(yīng)地點(diǎn)的維修人員進(jìn)行及時(shí)的維修，避免造成不必要的損失，達(dá)到實(shí)時(shí)預(yù)警、監(jiān)測(cè)的目的。

4 結(jié)論

本文主要利用ZigBee、紅外測(cè)距傳感器和上位機(jī)等模塊實(shí)現(xiàn)井蓋無(wú)線監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)上位機(jī)可以對(duì)轄區(qū)井蓋狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免人力實(shí)地巡視給我們帶來(lái)的昂貴代價(jià)，大量節(jié)省人力資源，提高監(jiān)測(cè)效率。如若井蓋的位置發(fā)生異常，上位機(jī)中可以及時(shí)報(bào)警并顯示異常井蓋的具體位置，在同時(shí)通過(guò)短信模塊及時(shí)通知維修人員進(jìn)行保修，直到井蓋再次正常后報(bào)警消失，達(dá)到井蓋監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性目的，智能化減少井蓋缺失帶來(lái)的不安全隱患。