郭哲

（陜西中醫(yī)藥大學，陜西咸陽712046）

1 引言

隨著城市各項功能日益完善，井蓋的被盜、缺失損壞現(xiàn)象頻頻發(fā)生，井蓋被盜成為全國各地城市住宅小區(qū)比較普遍的社會現(xiàn)象。住宅小區(qū)的安全更是關乎民生安全，小區(qū)井蓋的丟失更是嚴重影響到居民的日常生活以及安全，由此引發(fā)的傷亡慘劇時時見詣報端，造成無法挽回的后果，令人痛惜。為保證民眾安全，許多國家在井蓋設計上大動腦筋，并借力智能監(jiān)控手段進行日常管理。美國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)十個下水道井蓋下方安裝電子監(jiān)視器。德國為了達到井蓋的安全，設計了精密的防護網(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，國內(nèi)能有效的監(jiān)測井蓋的系統(tǒng)少之又少，美國在井蓋下安裝電子監(jiān)視器雖能解決問題，但投資太大，推廣起來相對比較困難。在這種情況下，智能網(wǎng)絡井蓋監(jiān)測系統(tǒng)也就應運而生，并且成為國內(nèi)研究的熱點。因此開發(fā)一套高效率、低投入、實時性強的井蓋監(jiān)測與報警系統(tǒng)勢在必行。

2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要采用的ZigBee無線傳輸技術和SHARP的2Y0A21紅外測距傳感器實時監(jiān)控和采集數(shù)據(jù)。當井蓋被盜或發(fā)生異常時，紅外測距傳感器監(jiān)測出異常，通過ZigBee將異常信息無線送給PC，PC端可以直觀的顯示出異常井蓋的準確位置。避免了有線傳輸中布線的繁瑣與后期維護的麻煩。

系統(tǒng)具有井蓋狀態(tài)實時性監(jiān)測，當井蓋被盜或發(fā)生異常時，紅外測距傳感器及時監(jiān)測出異常并將信息反饋給ZigBee。ZigBee檢測到異常信號時，利用其自組網(wǎng)、可靠性高、低功耗的特點，將異常信號無線傳輸給終端，避免了有線傳輸中布線的繁瑣和后期維護的麻煩。上位機接收到ZigBee信號后，即可可以精確的顯示出具體井蓋發(fā)生異常的地理位置，同時上位機收到井蓋異常信號便可以通過上位機的短信按鈕發(fā)送信息給維修人員，達到了及時維修的效果，實現(xiàn)無人監(jiān)測的目的，將井蓋丟失帶來的不安全隱患徹底消除。

3 設計原理

系統(tǒng)采用夏普GP2Y0A21型距離測量傳感器，該傳感器是基于PSD的微距傳感器，其有效測距在80cm以內(nèi)，有效的測量角度大于40度，輸出的信號為模擬電壓，在0到8cm左右的范圍內(nèi)與距離成正比非線性的關系，在10到80cm的距離范圍內(nèi)成反比非線性關系，平均功耗約為30mA，反應時間約為5ms，并且對背景光及溫度的適應性強。利用這些特性，當井蓋位置發(fā)生異常時，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標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議[2]。根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee技術是一種高可靠性、低功耗的無線通信技術。在可靠性方面，ZigBee有很多方面進行保證。物理層采用了擴頻技術，能夠在一定程度上抵抗干擾，MAC應用層(APS部分)有應答重傳功能。MAC層的CSMA機制使節(jié)點發(fā)送前先監(jiān)聽信道，可以起到避開干擾的作用。當ZigBee網(wǎng)絡受到外界干擾，無法正常工作時，整個網(wǎng)絡可以動態(tài)的切換到另一個工作信道上。能耗特性是ZigBee的一個技術優(yōu)勢。在不需要通信時，節(jié)點可以進入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時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，休眠時間占總運行時間的大部分，有時正常工作的時間還不到百分之一，因此達到很高的節(jié)能效果[3]。當終端Zigbee節(jié)點接收到紅外傳感器的異常電壓時通過ADC轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并無線發(fā)送給上位機。

上位機主要是PC端的實時顯示設計以及實時預警，對于PC端的設計主要采用的是相應地區(qū)的詳細地圖顯示，對Zigbee組網(wǎng)中各個節(jié)點進行編號，并直接關聯(lián)其地理位置，當異常發(fā)生時，傳回異常節(jié)點的編號，依據(jù)傳回的編號，檢索到對應的地點，進而顯示其對應地理位置，之后短信通知相應地點的維修人員進行及時的維修，避免造成不必要的損失，達到實時預警、監(jiān)測的目的。

4 結(jié)論

本文主要利用ZigBee、紅外測距傳感器和上位機等模塊實現(xiàn)井蓋無線監(jiān)測功能。通過上位機可以對轄區(qū)井蓋狀態(tài)進行監(jiān)測，避免人力實地巡視給我們帶來的昂貴代價，大量節(jié)省人力資源，提高監(jiān)測效率。如若井蓋的位置發(fā)生異常，上位機中可以及時報警并顯示異常井蓋的具體位置，在同時通過短信模塊及時通知維修人員進行保修，直到井蓋再次正常后報警消失，達到井蓋監(jiān)測的實時性目的，智能化減少井蓋缺失帶來的不安全隱患。