智慧城市之智慧井蓋網絡

郭哲

（陜西中醫藥大學，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、缺失損壞現象頻頻發生，井蓋被盜成為全國各地城市住宅小區比較普遍的社會現象。住宅小區的安全更是關乎民生安全，小區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，并借力智能監控手段進行日常管理。美國為提高井蓋的安全系數，紐約市環保局2012年宣布在市內數十個下水道井蓋下方安裝電子監視器。德國為了達到井蓋的安全，設計了精密的防護網。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，國內能有效的監測井蓋的系統少之又少，美國在井蓋下安裝電子監視器雖能解決問題，但投資太大，推廣起來相對比較困難。在這種情況下，智能網絡井蓋監測系統也就應運而生，并且成為國內研究的熱點。因此開發一套高效率、低投入、實時性強的井蓋監測與報警系統勢在必行。

2 系統功能

本系統主要采用的ZigBee無線傳輸技術和SHARP的2Y0A21紅外測距傳感器實時監控和采集數據。當井蓋被盜或發生異常時，紅外測距傳感器監測出異常，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。

系統具有井蓋狀態實時性監測，當井蓋被盜或發生異常時，紅外測距傳感器及時監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、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送信息給維修人員，達到了及時維修的效果，實現無人監測的目的，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，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左右的范圍內與距離成正比非線性的關系，在10到80cm的距離范圍內成反比非線性關系，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，當井蓋位置發生異常時，傳感器的模擬電壓產生變化，將數據傳送給ZigBee。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議[2]。根據國際標準規定，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機制使節點發送前先監聽信道，可以起到避開干擾的作用。當ZigBee網絡受到外界干擾，無法正常工作時，整個網絡可以動態的切換到另一個工作信道上。能耗特性是ZigBee的一個技術優勢。在不需要通信時，節點可以進入很低功耗的休眠狀態，此時能耗可能只有正常工作狀態下的千分之一。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，因此達到很高的節能效果[3]。當終端Zigbee節點接收到紅外傳感器的異常電壓時通過ADC轉化成數字信號并無線發送給上位機。

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的詳細地圖顯示，對Zigbee組網中各個節點進行編號，并直接關聯其地理位置，當異常發生時，傳回異常節點的編號，依據傳回的編號，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、監測的目的。

4 結論

本文主要利用ZigBee、紅外測距傳感器和上位機等模塊實現井蓋無線監測功能。通過上位機可以對轄區井蓋狀態進行監測，避免人力實地巡視給我們帶來的昂貴代價，大量節省人力資源，提高監測效率。如若井蓋的位置發生異常，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，達到井蓋監測的實時性目的，智能化減少井蓋缺失帶來的不安全隱患。