市政監(jiān)視儀的研制

關(guān)長亮 聶俸斌 李凌旭 翁露莎 王貴成

（沈陽化工大學(xué) 信息工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142）

0 緒論

2013年以來，中國中東部地區(qū)多次遭遇霧霾天氣。作為全國政協(xié)3號(hào)提案，民建中央建議盡快修訂并頒布實(shí)施《大氣污染防治法》。[1]與較粗的大氣顆粒物相比，細(xì)顆粒物粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。如何使公眾能夠方便快捷時(shí)效地掌握到這些空氣指標(biāo)成為我們新的話題。人們?cè)陉P(guān)注PM2.5與煙霧濃度之余，長沙女孩墜井事件也被公眾熱議，由于大雨造成路面積水嚴(yán)重，導(dǎo)致長沙一妙齡女孩墜井葬送寶貴生命，因此下水道井蓋的安全問題被人們所擔(dān)憂。

目前關(guān)于市政建設(shè)的任務(wù)迫在眉睫但是關(guān)于市政機(jī)器人方面的研究國內(nèi)目前只有，孫搏雅的《城市大氣移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的研究》[2]和黃嶸的《上海市交通環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測路邊站發(fā)展探索》[3]，兩篇文章，文獻(xiàn)[2]研究了一種新型的城市大氣移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)以城市交通為栽體，依托公共交通工具搭載移動(dòng)大氣監(jiān)測裝置，全面地對(duì)整個(gè)城市大氣進(jìn)行監(jiān)測。文獻(xiàn)[3]通過對(duì)上海市交通環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測路邊站發(fā)展探索，提出建設(shè)交通環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測路邊站。本文將空氣質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)、報(bào)警、處理于一體并將其嵌入機(jī)器內(nèi)部同時(shí)實(shí)現(xiàn)下水道井蓋安全、公交車查詢、溫濕度提醒等市政問題結(jié)合目前在國內(nèi)還未見過相似報(bào)道。

1 設(shè)計(jì)原理

改系統(tǒng)功能主要有硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成各種傳感器信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、各種信息的顯示、提醒等；軟件主要完成信號(hào)的處理和控制等。

其中原理是89C51單片機(jī)一次查詢傳感器的輸入信號(hào)PM2.5、煙霧濃度、溫度與濕度[4-5]，然后89C51單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理后通過觸摸屏進(jìn)行相應(yīng)戴口罩、不開私家車坐公交上班、注意防暑、防雨、防雷等信息的顯示和提醒，同時(shí)可啟動(dòng)空氣處理器處理空氣中的粉塵和煙霧并輸出各種報(bào)警信號(hào)。

2 功能實(shí)現(xiàn)

1）市政監(jiān)測儀是一款通過太陽能電池板供電,主要安裝在公交車站附近,可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）通過PM2.5傳感器GP2Y1010AU0F將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理在觸摸屏上實(shí)時(shí)的PM2.5值顯示出來。一旦檢測出來粉塵顆粒，有毒氣體，煙霧顆粒值高于正常值時(shí)，通過附在觸摸屏旁的外置蜂鳴器報(bào)警，并啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)將周圍污染空氣吸入處在觸摸屏下方的活性炭處理器中進(jìn)行處理，處理后排出潔凈的符合標(biāo)準(zhǔn)的空氣來凈化空氣[6]。

（2）在公交車站附近一旦有人吸煙，通過 HM-603I煙霧傳感器檢測到煙霧值高于正常值時(shí)通過蜂鳴器報(bào)警并啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)將周圍污染空氣吸入活性炭處理器中進(jìn)行處理，處理后排出潔凈的符合標(biāo)準(zhǔn)的空氣來凈化空氣，并起到禁煙的目的。

（3）在下水道井蓋下壓入常閉的行程開關(guān)，一旦行程開關(guān)處于打開狀態(tài)，將信號(hào)傳入市政機(jī)器人中，通過嵌入觸摸屏旁邊的警示燈與蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，以防止行人在行走時(shí)掉入下水道中，為行人提供安全保障。

2）關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（1）PM2.5及煙霧技術(shù)實(shí)現(xiàn)：

傳感器GP2Y1010AU0F是通過測量空氣中的正負(fù)電荷的平衡來工作的。在傳感器內(nèi)部，有一小片放射性物質(zhì)，這種物質(zhì)能在感應(yīng)室內(nèi)流動(dòng)的空氣中產(chǎn)生一股微小的電流。在市政機(jī)器人上，用單片機(jī)來監(jiān)測這股電流。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入到感應(yīng)室后，就會(huì)擾亂那里的正負(fù)電荷的平衡，同時(shí)也會(huì)使這股電流發(fā)生變化。當(dāng)煙霧逐漸加重，正負(fù)電荷的不平衡性就會(huì)加強(qiáng)。當(dāng)這種平衡性達(dá)到一定的限度時(shí)，傳感器就會(huì)將ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換的數(shù)字量不斷送入單片機(jī)中，與設(shè)定的安全值不斷進(jìn)行比較，一旦值超過設(shè)定的安全值，單片機(jī)控制鼓風(fēng)機(jī)開啟，位于觸摸屏旁邊的洞口將污染的空氣吸入活性碳處理器中，利用活性炭的吸附能力將粉塵顆粒，有毒氣體或煙霧等進(jìn)行處理，最終通過排氣裝置排出處理后的潔凈空氣，同時(shí)觸摸屏上顯示佩戴口罩、減少私家車出行等動(dòng)畫提醒。其中空氣處理器結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1 空氣處理器Figure1 Air handler

（2）溫濕度測量的實(shí)現(xiàn)：

DHT22數(shù)字溫濕度傳感器AM2302采用簡化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由數(shù)據(jù)線完成。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，傳感器將采集到的溫濕度信號(hào)，通過AD轉(zhuǎn)換芯片傳換成數(shù)字信號(hào)并把信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)通過內(nèi)部程序智能的對(duì)穿衣指數(shù)、溫濕度、風(fēng)力等信息進(jìn)行提醒，當(dāng)溫濕度過高或過低、風(fēng)力過大時(shí)通過觸摸屏以及報(bào)警燈提醒人們防寒防暑、佩戴雨傘注意防雷防風(fēng)等信息。

（3）下水道井蓋的技術(shù)實(shí)現(xiàn)：

在下水道井蓋下壓入常閉的行程開關(guān)，使電位始終處于低電平狀態(tài)，一旦行程開關(guān)處于打開狀態(tài)，就會(huì)將電平置為高電平，將信號(hào)傳入到控制器內(nèi)部進(jìn)行處理并通過嵌入觸摸屏旁邊的警示燈與蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，以防止行人在行走時(shí)掉入下水道中，為行人提供安全保障。

3）相應(yīng)流程圖

圖2 主程序框圖Figure2 Main program block diagram

圖3 傳感器流程圖Figure3 Sensorflowchart

設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，首先對(duì)設(shè)備的各個(gè)器件進(jìn)行上電復(fù)位，進(jìn)入判斷按鍵對(duì)是否按鍵進(jìn)行判斷，如果有按鍵就進(jìn)入，則進(jìn)入按鍵處理程序；如果沒有按鍵就進(jìn)入采集子程序進(jìn)行處理。其整體程序框圖如圖2、圖3所示。

3 總結(jié)與展望

當(dāng)今人們都在不斷追求高質(zhì)量的生活，但空氣粉塵、煙霧、下水道安全隱患等市政問題也隨之出現(xiàn)，對(duì)公眾生活、出行、健康構(gòu)成較大的威脅，該設(shè)備可以有效的緩解上述問題，由于受到目前各種因素的影響，所做的產(chǎn)品雖非十全十美。但隨著經(jīng)濟(jì)條件的提高，科技水平的進(jìn)步，研發(fā)技術(shù)的更新，我們有信心在我們的不斷改進(jìn)與努力下，會(huì)進(jìn)一步完善并豐富其功能，使市政建設(shè)逐步走向信息化。

[1]李梅影.必須修改《大氣污染防治法》建議“按日計(jì)罰”[N].21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道,2013-03-05(17).

[2]孫搏雅,黃彥輝,曹瑜,等.城市大氣移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,22(31)：155-157.

[3]黃嶸.上海市交通環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測路邊站發(fā)展探索[J].環(huán)境污染與防治，2012,34(01)：97-99.

[4]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009：10-30.

[5]譚浩強(qiáng).C 程序設(shè)計(jì)[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2005（2007重?。?13-124.

[6]張曉東,計(jì)玉芳,蒯申紅,等.基于ISD4004智能語音提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].皖西學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(02):69-71.