基于gsm網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、至少一個以上的監(jiān)測站點(diǎn)；監(jiān)控中心包括上位機(jī)以及與上位機(jī)通信的PC機(jī)；監(jiān)測站點(diǎn)用于實(shí)時測量環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量指數(shù)和道路積水水位信息，并通過LED顯示牌指示給道路中的行人及車輛駕駛員；監(jiān)測站點(diǎn)通過GSM網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的上位機(jī)進(jìn)行通信，監(jiān)控中心的上位機(jī)接收來自于監(jiān)測點(diǎn)的環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量指數(shù)和道路積水水位信息，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的PC機(jī)；本系統(tǒng)可同時測量城市道路空氣質(zhì)量指數(shù)、道路積水水位和環(huán)境溫濕度等信息，各個監(jiān)測站點(diǎn)配有交通提示和環(huán)境信息顯示模塊，可直接給行人外出參考。
【專利說明】基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市和社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，暴雨所導(dǎo)致城市道路積水除了可直接造成個人或公共財產(chǎn)的損失之外，還有可能導(dǎo)致交通中斷和環(huán)境污染，較為嚴(yán)重的影響城市居民的正常生產(chǎn)生活秩序。同時隨著工業(yè)化程度的提高，城市環(huán)境污染嚴(yán)重，空氣質(zhì)量堪憂，特別是北方城市，常常有全天候霧霾出現(xiàn)。目前，由暴雨所導(dǎo)致的城市道路積水和大氣粉塵污染等問題已經(jīng)成為城市建設(shè)及發(fā)展過程中不可回避的重要民生問題之一。
[0003]雖然市民可通過氣象部門獲取大氣污染指數(shù)信息，但該指數(shù)信息是指某一大片空域，無法為某一固定場合提供該類信息。此外，市場上無產(chǎn)品可進(jìn)行城市道路積水深度的測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種可同時測量城市道路空氣質(zhì)量指數(shù)、道路積水水位和環(huán)境溫濕度等信息的綜合測量系統(tǒng)。采用一個監(jiān)控中心和多個監(jiān)測站點(diǎn)的組合架構(gòu)，監(jiān)測站點(diǎn)與監(jiān)控中心采用GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，用戶可通過在監(jiān)控中心PC機(jī)人機(jī)交互界面上查看各個站點(diǎn)的綜合環(huán)境情況。同時各個監(jiān)測站點(diǎn)配有交通提示和環(huán)境信息顯示模塊，可直接給行人外出參考。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、至少一個以上的監(jiān)測站點(diǎn)；監(jiān)控中心包括上位機(jī)以及與上位機(jī)通信的PC機(jī)；監(jiān)測站點(diǎn)用于實(shí)時測量環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量指數(shù)和道路積水水位信息，并通過LED顯示牌指示給道路中的行人及車輛駕駛員；監(jiān)測站點(diǎn)通過GSM網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的上位機(jī)進(jìn)行通信，監(jiān)控中心的上位機(jī)接收來自于監(jiān)測點(diǎn)的環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量指數(shù)和道路積水水位信息，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的PC機(jī)；
[0007]監(jiān)測站點(diǎn)由太陽能供電系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換電路、空氣質(zhì)量傳感器、道路積水水位測量傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、信息顯示模塊、STC單片機(jī)控制器、LED交通指示模塊、信息顯示模塊以及GSM通信模塊組成；太陽能供電系統(tǒng)通過電源轉(zhuǎn)換電路為STC單片機(jī)控制器供電。
[0008]監(jiān)控中心上位機(jī)由上位機(jī)控制器、GSM通信模塊、TFT液晶顯示模塊、報警模塊、擴(kuò)展鍵盤以及電源構(gòu)成；上位機(jī)控制器采用STM32單片機(jī)，負(fù)責(zé)接收和顯示各個監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)處理，同時與PC機(jī)進(jìn)行通信，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳至PC機(jī)供人機(jī)交互；GSM通信模塊與各個監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)行通信，接收來自各個監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。
[0009]進(jìn)一步，空氣質(zhì)量傳感器采用DSM501A粉塵傳感器，該傳感器測量后輸出PWM波形，可讀取PWM波形頻率獲取采集數(shù)據(jù)，用于采集道路環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)。
[0010]進(jìn)一步，道路積水水位測量傳感器采用松下D3A壓力傳感器，負(fù)責(zé)定時采集積水水位數(shù)據(jù)，輸出為模擬信號。
[0011]進(jìn)一步，環(huán)境溫濕度傳感器采用DHTll數(shù)字溫濕度傳感器，用于采集環(huán)境溫濕度。
[0012]進(jìn)一步，LED交通指示模塊由各8只紅、黃、綠(共24只)LED構(gòu)成，用于構(gòu)成交通提示中的紅燈、黃燈和綠燈；其中紅表示積水水位較高，無法通行；黃燈表示有一定的積水水位，小心駕駛或步行通過；綠燈表示無或有少量積水，不妨礙通行。
[0013]進(jìn)一步，GSM通信模塊核心為三頻段GSM/GPRS無線模塊GTM900，該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測站點(diǎn)和監(jiān)控中心的信息傳輸，該模塊采用異步串行接口，與上位機(jī)的SCI外設(shè)連接。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可同時測量城市道路空氣質(zhì)量指數(shù)、道路積水水位和環(huán)境溫濕度等信息。采用一個監(jiān)控中心和多個監(jiān)測站點(diǎn)的組合架構(gòu)，監(jiān)測站點(diǎn)與監(jiān)控中心采用GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，用戶可通過在監(jiān)控中心PC機(jī)人機(jī)交互界面上查看各個站點(diǎn)的綜合環(huán)境情況。其次，各個監(jiān)測站點(diǎn)配有交通提示和環(huán)境信息顯示模塊，可直接給行人外出參考。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)總體框圖；
[0016]圖2是監(jiān)測站點(diǎn)系統(tǒng)框圖；
[0017]圖3是系統(tǒng)監(jiān)控中心主機(jī)系統(tǒng)框圖；
[0018]圖4是監(jiān)測站點(diǎn)從機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行流程圖；
[0019]圖5是監(jiān)測中心主機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行流程。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0021]如圖1所示，基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、若干監(jiān)測站點(diǎn)、用戶終端，監(jiān)測站點(diǎn)通過GSM網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的上位機(jī)進(jìn)行通信，接收來自于監(jiān)測點(diǎn)的環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量指數(shù)和道路積水水位信息，用該數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)。監(jiān)測站點(diǎn)用于實(shí)時測量環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量指數(shù)和道路積水水位信息，并能通過LED顯示牌和交通道路指示給行人或者駕駛員。監(jiān)控中心PC機(jī)人機(jī)交互界面主要用于控制人員與監(jiān)控中心或者各個監(jiān)測站點(diǎn)的人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)操控可視化。
[0022]如圖2所示為監(jiān)測站點(diǎn)系統(tǒng)框圖，監(jiān)測站點(diǎn)由太陽能供電系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換電路、空氣質(zhì)量傳感器、道路積水水位測量傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、信息顯示模塊、STC單片機(jī)控制器、LED交通指示模塊、數(shù)碼管水位顯示模塊以及GSM通信模塊組成。
[0023]太陽能供電系統(tǒng)具體為太陽能電池板及其控制器模塊，太陽能供電系統(tǒng)通過電源轉(zhuǎn)換電路為STC單片機(jī)控制器供電。太陽能電池板及其控制器模塊，采用30W高轉(zhuǎn)換率單晶硅太陽能電池板，并使用配套的小型太陽能控制器，該模塊負(fù)責(zé)將光能轉(zhuǎn)換為電能，并存儲于鋰電池中，同時控制器可對鋰電池起到過充、過放保護(hù)的作用。電源轉(zhuǎn)換模塊包含鋰電池及電源變換電路，負(fù)責(zé)存儲電能，并為系統(tǒng)提供所需的+5V電源。空氣質(zhì)量傳感器采用DSM501A粉塵傳感器，該傳感器測量后輸出PWM波形，可讀取PWM波形頻率獲取采集數(shù)據(jù)。用于采集道路環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)。道路積水水位測量傳感器采用松下D3A壓力傳感器，負(fù)責(zé)定時采集裝置所在地的積水水位數(shù)據(jù)，輸出為模擬信號。道路環(huán)境溫濕度傳感器采用DHTll數(shù)字溫濕度傳感器，用于采集環(huán)境溫濕度。信息顯示模塊采用12864IXD串口液晶屏，用于顯示道路當(dāng)前的積水水位、環(huán)境溫濕度以及空氣質(zhì)量指數(shù)。STC單片機(jī)控制器采用帶有多路ADC外設(shè)的低價STC12C5608AD單片機(jī)，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)控制，道路積水水位數(shù)據(jù)、環(huán)境溫濕度以及空氣質(zhì)量指數(shù)的采集、處理和顯示等工作。LED交通指示模塊由各8只紅、黃、綠LED構(gòu)成(共24只LED)，用于構(gòu)成交通提示中的紅燈、黃燈和綠燈。其中紅表示積水水位較高，無法通行；黃燈表示有一定的積水水位，小心駕駛或步行通過；綠燈表示無或有少量積水，不妨礙通行。GSM通信模塊核心為三頻段GSM/GPRS無線模塊GTM900，該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測站點(diǎn)和監(jiān)控中心的信息傳輸。該模塊采用異步串行接口，與上位機(jī)的SCI外設(shè)連接。
[0024]如圖3所示，系統(tǒng)監(jiān)控中心上位機(jī)由上位機(jī)控制器、GSM通信模塊、TFT液晶顯示模塊、報警模塊、擴(kuò)展鍵盤以及電源構(gòu)成。
[0025]其中，上位機(jī)控制器采用高性能STM32單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)接收和顯示各個監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)處理，同時與PC機(jī)進(jìn)行通信，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳至PC機(jī)供人機(jī)交互。GSM通信模塊與各個站點(diǎn)進(jìn)行通信，接收來自各個站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。TFT液晶顯示模塊采用3.2寸TFT IXD，分辨率為480*240，用于顯示相關(guān)狀態(tài)信息。報警模塊采用三個分別為紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管，用于顯示監(jiān)測站點(diǎn)的報警信息。當(dāng)某一個監(jiān)測站點(diǎn)空氣質(zhì)量非常差或溫濕度較大或積水水位較高時，點(diǎn)亮紅燈；當(dāng)某一個監(jiān)測站點(diǎn)空氣質(zhì)量一般、溫濕度一般、積水水位均為一般時，黃燈點(diǎn)亮；當(dāng)某一個監(jiān)測站點(diǎn)空氣質(zhì)量較好、溫濕度較適宜且積水水位較低或無時，綠燈點(diǎn)亮。如需知道具體那個或哪些站點(diǎn)的情況時，可查看TFT液晶上顯示的信息。擴(kuò)展鍵盤采用4x4矩陣鍵盤，用于設(shè)置系統(tǒng)相關(guān)的功能及改變系統(tǒng)顯示狀態(tài)。電源模塊輸出+3.3V電壓，為系統(tǒng)提供相關(guān)電源。
[0026]如圖4為監(jiān)測站點(diǎn)從機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行流程圖，系統(tǒng)首先上電初始化(初始化AD、定時器I以及系統(tǒng)中斷)，之后進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)有中斷發(fā)生時，判斷該中斷是否為定時器I中斷，如果是定時器I中斷，則開始與溫濕度傳感器DHll進(jìn)行通信以讀取道路環(huán)境溫濕度信息，之后開啟AD外設(shè)采集道路積水水位信息；如果不是定時器I中斷，則進(jìn)一步判斷是否為外部INTO中斷，如果是外部INTO中斷(空氣質(zhì)量傳感器采用PWM輸出，將其輸出接至單片機(jī)的INTO引腳，通過上升沿和下降沿產(chǎn)生中斷，讀取上升沿和下降沿時間即可計算PWM頻率)，則開啟定時器2，待下次INTO中斷時，讀取當(dāng)前的定時器2的值。通過讀取定時器2的周期值，計算PWM頻率，進(jìn)而計算空氣質(zhì)量指數(shù)。如果也不是外部INTO中斷，則直接返回至等待狀態(tài)。
[0027]當(dāng)?shù)缆翻h(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)、道路積水?dāng)?shù)據(jù)和空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)采集完畢后，則開啟GSM模塊，將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心主機(jī)，之后返回至系統(tǒng)的等待狀態(tài)。
[0028]如圖5所示，監(jiān)測中心主機(jī)上電后，初始化系統(tǒng)時鐘、異步串行口(SCI)，中斷以及GP10，之后進(jìn)入死循環(huán)等待。當(dāng)有中斷發(fā)生時，如果是SCI中斷，則按照提前定義的數(shù)據(jù)發(fā)送接收協(xié)議接收各個監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行處理后，送顯示屏顯示，同時也將該信息發(fā)送至PC機(jī)的人機(jī)交互界面，以便于用戶在PC終端查看各個站點(diǎn)的環(huán)境情況。如果不是SCI中斷，則返回至等待狀態(tài)，在該狀態(tài)下，系統(tǒng)可檢測擴(kuò)展按鍵是否有鍵按下，從而實(shí)現(xiàn)用戶對監(jiān)控中心主機(jī)的設(shè)置。
[0029]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、至少一個以上的監(jiān)測站點(diǎn)；監(jiān)控中心包括上位機(jī)以及與上位機(jī)通信的PC機(jī)；監(jiān)測站點(diǎn)用于實(shí)時測量環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量指數(shù)和道路積水水位信息，并通過LED顯示牌指示給道路中的行人及車輛駕駛員；監(jiān)測站點(diǎn)通過GSM網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的上位機(jī)進(jìn)行通信，監(jiān)控中心的上位機(jī)接收來自于監(jiān)測點(diǎn)的環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量指數(shù)和道路積水水位信息，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的PC機(jī)； 監(jiān)測站點(diǎn)由太陽能供電系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換電路、空氣質(zhì)量傳感器、道路積水水位測量傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、信息顯示模塊、STC單片機(jī)控制器、LED交通指示模塊、信息顯示模塊以及GSM通信模塊組成；太陽能供電系統(tǒng)通過電源轉(zhuǎn)換電路為STC單片機(jī)控制器供電； 監(jiān)控中心上位機(jī)由上位機(jī)控制器、GSM通信模塊、TFT液晶顯示模塊、報警模塊、擴(kuò)展鍵盤以及電源構(gòu)成；上位機(jī)控制器采用STM32單片機(jī)，負(fù)責(zé)接收和顯示各個監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)處理，同時與PC機(jī)進(jìn)行通信，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳至PC機(jī)供人機(jī)交互；GSM通信模塊與各個監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)行通信，接收來自各個監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，空氣質(zhì)量傳感器采用DSM501A粉塵傳感器，該傳感器測量后輸出PWM波形，可讀取PWM波形頻率獲取采集數(shù)據(jù)，用于采集道路環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，道路積水水位測量傳感器采用松下D3A壓力傳感器，負(fù)責(zé)定時采集積水水位數(shù)據(jù)，輸出為模擬信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，環(huán)境溫濕度傳感器采用DHTll數(shù)字溫濕度傳感器，用于采集環(huán)境溫濕度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，LED交通指示模塊由各8只紅、黃、綠LED構(gòu)成，用于構(gòu)成交通提示中的紅燈、黃燈和綠燈；其中紅表示積水水位較高，無法通行；黃燈表示有一定的積水水位，小心駕駛或步行通過；綠燈表示無或有少量積水，不妨礙通行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的城市道路環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，GSM通信模塊核心為三頻段GSM/GPRS無線模塊GTM900，該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測站點(diǎn)和監(jiān)控中心的信息傳輸，該模塊采用異步串行接口，與上位機(jī)的SCI外設(shè)連接。
【文檔編號】G01D21/02GK104482965SQ201410819467
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】肖永軍, 丁幺明, 李紀(jì)平, 熊曾剛, 易青松, 黃永林, 馬洪華 申請人:湖北工程學(xué)院