彭勇　向云南

摘 要：本文針對現(xiàn)有道路積水測量裝置的缺陷，提出了一種新型道路積水監(jiān)測方案，利用GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)布超聲波檢測到的水位信息，本設(shè)計(jì)安裝方便，思路巧妙，成本低，能解決當(dāng)前面臨的道路積水檢測水位數(shù)據(jù)發(fā)布不到位等實(shí)際問題，具有廣泛的市場前景。

關(guān)鍵詞：超聲監(jiān)測；GSM遠(yuǎn)程控制；無線控制；短信控制

1 研究背景

2011 年以來，每到汛期，全國不少大中城市都因暴雨天氣出現(xiàn)嚴(yán)重積水內(nèi)澇。城區(qū)特大暴雨降臨后，往往造成城區(qū)道路大面積積水，城市排水管網(wǎng)不堪重負(fù)，路積水、下立交積水等，導(dǎo)致城市交通癱瘓，嚴(yán)重的還造成市民被困車輛中喪生，成人員和財(cái)產(chǎn)的重大損失。每年續(xù)期由于暴雨、管理不到位、設(shè)備故障等原因，都會(huì)發(fā)生數(shù)起道路積水情況，給城市交通和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成較大影響。為及時(shí)掌握城市地下排水管網(wǎng)地下積水情況，最大限度減輕再犯性強(qiáng)降雨帶來的損失，提高和完善城市地下排水管網(wǎng)的管理及自動(dòng)檢測水平，逐步實(shí)現(xiàn)地下排水管網(wǎng)管理業(yè)務(wù)的信息化，需要建設(shè)城市道路積水監(jiān)控自動(dòng)偵測及預(yù)警系統(tǒng)。

2 硬件設(shè)計(jì)

利用自行設(shè)計(jì)的傳感器對道路積水進(jìn)行檢測，經(jīng)主控制器CPU運(yùn)算處理輸出進(jìn)行控制GSM模塊發(fā)送報(bào)警信息給遠(yuǎn)程手機(jī)，同時(shí)也控制本地電子顯示器進(jìn)行積水提示。

本系統(tǒng)的操作工作原理是通過遠(yuǎn)程電話發(fā)送信息或者315MHz遙控器進(jìn)行控制。控制器接收指令，控制系統(tǒng)開機(jī)、關(guān)機(jī)或者進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。并將水位信息通過本地顯示或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)送，完成水位監(jiān)測功能。

2.1 水位檢測

超聲波距離檢測采用HC-SR04模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)10cm-500cm距離的檢測，精度高達(dá)1mm；包括超聲波發(fā)射探頭、接收器探頭與MCU控制器。

2.2 本地控制

本設(shè)計(jì)采用315MHz無線遙控器對系統(tǒng)進(jìn)行本地控制，按下遙控器上的A鍵，系統(tǒng)啟動(dòng)工作，按下遙控器上的B鍵，系統(tǒng)停止工作。系統(tǒng)只有要啟動(dòng)工作后，才會(huì)打開水位檢測模塊。

2.3 顯示與報(bào)警

采用液晶屏對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示，水位未超過設(shè)定值時(shí)，顯示出當(dāng)前的水位信息，若水位超過設(shè)定值，顯示屏將顯示出“積水過深，請繞行”提示行人和車輛，同時(shí)通過GSM模塊給遠(yuǎn)程控制端發(fā)送報(bào)警信息，以便工作人員對此道路的積水進(jìn)行及時(shí)處理。

2.4 遠(yuǎn)程控制

采用上海移珍遠(yuǎn)通信的M35四頻工業(yè)模塊來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與查詢。工作人員可以通過設(shè)定好的手機(jī)發(fā)送指令讓系統(tǒng)開啟工作和停止工作，也可以發(fā)送指令讓系統(tǒng)報(bào)告當(dāng)前的水位信息。

2.5 主控制器

采用STC的STC12C5A60S2單片機(jī)來完成。單片機(jī)檢測到來自本地或者是遠(yuǎn)程的開啟信號(hào)后，開啟系統(tǒng)平臺(tái)，并利用超聲波模塊檢測水位信息，并顯示到液晶屏上，若此時(shí)水位超過設(shè)定值，單片機(jī)通過串口發(fā)送AT指令給GSM模塊，并利用GSM模塊將報(bào)警信息發(fā)送至遠(yuǎn)程控制端。單片機(jī)檢測到遠(yuǎn)程控制端發(fā)過來的讀取信息后，自動(dòng)將水位信息發(fā)送給遠(yuǎn)程控制端。

3 總結(jié)與展望

3.1 創(chuàng)新點(diǎn)

1、通過遠(yuǎn)程電話網(wǎng)對異地的積水檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制，控制器可以實(shí)現(xiàn)開機(jī)、關(guān)機(jī)和水位查詢功能；

2、控制器可進(jìn)行無線遙控器控制，并可隨時(shí)開機(jī)、關(guān)機(jī)和水位基準(zhǔn)設(shè)置；

3、突破了傳統(tǒng)的積水檢測裝置，不需進(jìn)行專門的布線，不用預(yù)先進(jìn)行積水檢測器的埋地工作，使用靈活方便，節(jié)約了成本。

4、檢測裝置可進(jìn)行太陽能電池供電，不需要進(jìn)行電源線的鋪設(shè)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

1、GSM遠(yuǎn)程控制；

2、315MHz無線控制；

3、接收電路與執(zhí)行電路設(shè)計(jì)確保動(dòng)作準(zhǔn)確無誤，確保功耗小于0.3W；

4、低功耗（<10mW）遠(yuǎn)距離（有障礙物25M）無線控制；

5、智能控制器硬件電路的小型化、標(biāo)準(zhǔn)化；

6、執(zhí)行控制器的電磁兼容性設(shè)計(jì)。

3.3 主要技術(shù)指標(biāo)

1、無線通訊模塊：通訊距離半徑大于500m，模塊功耗<10mW。

2、電源：DC5V。

3、功耗：主控制器（中心）功耗<1W；執(zhí)行控制器<0.5W。

4、適應(yīng)工作環(huán)境范圍：溫度-10～50℃；濕度≤90%RH。

3.4 先進(jìn)性分析

近年來，陸陸續(xù)續(xù)有一些廠家，推出了可以進(jìn)行道路積水檢測的產(chǎn)品，但其功能并不實(shí)用。直至目前為止還沒有哪家公司提出的道路積水檢測模型結(jié)合了GSM遠(yuǎn)程傳輸?shù)目刂啤?/p>

鑒于以上現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)采用了GSM遠(yuǎn)程控制。手機(jī)屬雙工通信手段。因此，利用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制具有很大的優(yōu)越性。操作者可以通過短信即時(shí)了解受控對象的相關(guān)信息，從而進(jìn)行進(jìn)一步的操作。積水檢測這一課題目前已有涉足者，但現(xiàn)在還僅限于實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際應(yīng)用不大，尤其是對于實(shí)現(xiàn)智能控制尚有很大的差距。本作品正是針對這一點(diǎn)進(jìn)行了較大改進(jìn)，采用單片機(jī)加GSM進(jìn)行智能控制，利用不同的短信進(jìn)行不同的操作，從而使操作者能夠及時(shí)了解受控方信息，使產(chǎn)品達(dá)到交互式與智能化。

綜上所述，本系統(tǒng)具有如下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

1、控制的標(biāo)準(zhǔn)化：對GSM遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以短信作為系統(tǒng)控制命令，以中國移動(dòng)和中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，使用戶可以在遠(yuǎn)端利用移動(dòng)電話發(fā)送短信，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

2、無線通訊的標(biāo)準(zhǔn)化：主控制器與遙控器之間是通過無線通訊控制，無線通訊在業(yè)余頻段，符合國家相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，編碼發(fā)送，不產(chǎn)生干擾信號(hào)。

3、電磁兼容性設(shè)計(jì)與抗干擾設(shè)計(jì)。

4、系統(tǒng)微功耗節(jié)能設(shè)計(jì)小于國際微功耗控制標(biāo)準(zhǔn)。

5、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

本系統(tǒng)有效地利用了現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源、無線電通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了道路積水檢測的遠(yuǎn)程、遙控器本地的智能化控制，系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在該領(lǐng)域走在國內(nèi)的前列。

3.5 使用說明

1、本裝置由一臺(tái)控制器、超聲波檢測器和遙控器組成；

2、把超聲波檢測器插入控制器的電話口，接入電源或太陽能電池；

3、通過遠(yuǎn)程手機(jī)發(fā)送短信ST3Z指令使控制器開機(jī)，發(fā)送CA3Z指令查詢當(dāng)前水位，發(fā)送SP3Z指令使控制器關(guān)機(jī)。

4、通遙控器的D鍵使控制器開機(jī)，A鍵使控制器關(guān)機(jī)。

3.6 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢

1、該系統(tǒng)有效地利用了現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源、無線電通訊技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制，不需進(jìn)行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。

2、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

3、可以擴(kuò)展應(yīng)用于多路道路檢測，實(shí)現(xiàn)對無人值守崗位的遠(yuǎn)程控制。

4、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置體積小、功能強(qiáng)、智能化高、操作簡單可靠，根據(jù)短信即可完成所有操作；安裝方便，無線通訊性能穩(wěn)定；該產(chǎn)品安全環(huán)保、節(jié)能、高效率。

3.7 適用范圍

本系統(tǒng)屬于智能道路積水檢測系統(tǒng)，產(chǎn)品體積小、功能強(qiáng)、智能化程度高、操作簡單可靠，適合安裝于涵洞以及需要進(jìn)行積水檢測的道路，實(shí)現(xiàn)對積水信息的實(shí)時(shí)掌控和遠(yuǎn)程查詢，也可擴(kuò)展應(yīng)用于對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的檢測。

3.8 可能存在的問題

系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中可能會(huì)存在檢測精度不高的問題，誤操作誤報(bào)警等問題，我們相信通過我們有能力通過完善系統(tǒng)平臺(tái)的硬件條件和軟件程序，一定能在設(shè)計(jì)過程中克服以上問題。

參考文獻(xiàn)

[1]邊海龍，孫永奎.單片機(jī)開發(fā)與典型工程項(xiàng)目實(shí)例詳解 [M].北京：電子工業(yè)出版社出版杜.2008，10，304-345.

[2]鄧俊聰.水流量在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇[B].中國水利，2010，（13）：1-2.

[3]戴榮濤，王青春.現(xiàn)代水聲通信的發(fā)展及應(yīng)用[A].科技廣場.2008，08：241-242.

[4]鐘凌燕，馬珺.無線多路遠(yuǎn)程污水流量監(jiān)測系統(tǒng)[A].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào).