基于Raspberry Pi 的戶外廣告牌防傾倒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

線媛媛 葛夢(mèng)雪 張亞娟 佀慶民

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院民航學(xué)院，河南 鄭州450046）

隨著物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，城市管理朝著精細(xì)化、智能化的方向不斷邁進(jìn)。生活中戶外廣告牌隨處可見，但由于制作工藝不規(guī)范、相關(guān)法律法規(guī)不完善、監(jiān)管人員執(zhí)法不嚴(yán)、風(fēng)雨雪惡劣天氣等一系列原因，往往存在著重大的安全隱患。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)戶外廣告牌進(jìn)行智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控，不僅有效地對(duì)潛在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)也為監(jiān)管人員提供了行之有效的監(jiān)測(cè)手段，達(dá)到了預(yù)防事故發(fā)生的目的。本文依托物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感技術(shù)了一種基于樹莓派的戶外廣告牌防傾倒系統(tǒng)，采用Soocket 技術(shù)實(shí)現(xiàn)物與人的信息傳遞，實(shí)現(xiàn)了對(duì)戶外廣告牌狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能狀態(tài)預(yù)警。

1 系統(tǒng)的整體構(gòu)架

以樹莓派為控制核心，主要采用MPU6050 陀螺儀傳感器、霍爾開關(guān)傳感器、BY8001 語(yǔ)音模塊、攝像頭等硬件設(shè)施構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集層、智能報(bào)警層、信息傳輸層三層構(gòu)架。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)采集層的實(shí)現(xiàn)

將外部設(shè)備按照管腳圖配置好后，開啟樹莓派。在聯(lián)網(wǎng)情況下打開命令行界面進(jìn)行配置。樹莓派環(huán)境操作系統(tǒng)自帶了編程環(huán)境，運(yùn)行相關(guān)語(yǔ)句獲得系統(tǒng)最新更新[1]。將樹莓派按照指定程序運(yùn)行，使用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。MPU6050 陀螺儀傳感器和霍爾開關(guān)傳感器分別監(jiān)測(cè)牌體的傾斜情況和派與墻之間的相對(duì)位置關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集?；魻栭_關(guān)傳感器主要通過被檢測(cè)牌體與墻體（或其他參照物）的相對(duì)位移關(guān)系達(dá)到自檢的目的，同時(shí)也可以作為危險(xiǎn)程度的一個(gè)疊加，提升預(yù)警級(jí)別。將廣告牌建立仿真模型測(cè)得傾斜度與危險(xiǎn)度之間的關(guān)系后，采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后設(shè)置MPU6050 陀螺儀傳感器界定值，部分代碼如下：

3 智能報(bào)警層的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)警報(bào)主要采用調(diào)節(jié)BY8001 語(yǔ)音模塊和三盞RGB 信號(hào)燈進(jìn)行聲光提示。語(yǔ)音模塊采用BY8001-SS0P24 MP3 主控芯片，支持MP3、WAV 雙解碼。將三、二、一級(jí)智能預(yù)警對(duì)應(yīng)相應(yīng)的提示語(yǔ)應(yīng)語(yǔ)音，即“廣告牌危險(xiǎn)，請(qǐng)注意安全”、“廣告牌危險(xiǎn)，請(qǐng)遠(yuǎn)離”、“廣告牌十分危險(xiǎn)，請(qǐng)立即遠(yuǎn)離繞行”錄制保存在模塊中，判斷相應(yīng)的報(bào)警等級(jí)后，播放相應(yīng)音頻。定義一、二、三級(jí)預(yù)警管腳如下：

若啟動(dòng)三級(jí)預(yù)警，低電平觸發(fā)引腳播放語(yǔ)音“廣告牌危險(xiǎn)，請(qǐng)注意安全”。三盞RGB 燈紅、綠、藍(lán)的不同組合方式對(duì)應(yīng)了廣告牌不同的故障模式，對(duì)于協(xié)助維修人員檢查維修有很強(qiáng)的協(xié)助作用。燈一、燈二對(duì)應(yīng)廣告牌傾斜程度，燈四反應(yīng)裝置自檢狀態(tài)。燈四異常對(duì)整體危險(xiǎn)程度進(jìn)一步加強(qiáng)。預(yù)警等級(jí)具體組合方案如表1 所示。

表1 智能預(yù)警分級(jí)提示組合

現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況啟動(dòng)預(yù)警的同時(shí)，可以通過啟動(dòng)攝像頭捕捉現(xiàn)場(chǎng)圖片進(jìn)行確認(rèn)，盡量減少對(duì)人力和物力的消耗。配置好樹莓派攝像頭后，通過命令來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)更新，后通過使能攝像頭命令 sudo raspi - config 使能pi 攝像頭，選擇Enable Camera 回車即可。攝像頭使能后，可通過raspistill - v - o test. jpg 測(cè)試，進(jìn)行圖片拍攝[2]。

4 信息傳輸層的實(shí)現(xiàn)

圖2 客戶端接收測(cè)試

應(yīng)用程序通常通過socket 向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求[3]。樹莓派識(shí)別到危險(xiǎn)狀態(tài)并進(jìn)行判斷后，在啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)聲光智能預(yù)警的同時(shí)，還對(duì)將信息通過采用socket 技術(shù)實(shí)現(xiàn)通訊[4]。將樹莓派與客戶端連接好后，首先進(jìn)行通訊測(cè)試?？蛻舳耸盏絹?lái)自樹莓派的測(cè)試信息后正式向客戶端發(fā)送狀態(tài)預(yù)警信息?？蛻舳私邮盏綐漭砂l(fā)送的測(cè)試信息，測(cè)試完成后，開始進(jìn)行通訊?？蛻舳私邮諟y(cè)試信息信息及三級(jí)預(yù)警提示信息如圖2、圖3 所示。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)采用了樹莓派、MPU6050 陀螺儀傳感器、霍爾開關(guān)傳感器、BY8001 語(yǔ)音模塊、攝像頭等實(shí)現(xiàn)了對(duì)戶外廣告牌的實(shí)施遠(yuǎn)程狀態(tài)預(yù)警。針對(duì)戶外廣告牌難監(jiān)測(cè)難管理的問題，依靠物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感技術(shù)、Soocket 通訊技術(shù)有效地降低了監(jiān)管排查的難度并取得了預(yù)期效果，但該系統(tǒng)還需完善，下一步仍需要優(yōu)化系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和智能化水平，如提高采集數(shù)據(jù)的精度、增加系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)火焰的功能等，降低人在整個(gè)系統(tǒng)決策過程中的參與度。

圖3 客戶端接收三級(jí)預(yù)警提示信息