智能地陷監測雙能源路燈系統

賈財軍 甘家強 李成新 孔順蓮

摘要：單片機ESP8266的地陷監測以ESP8266單片機為核心，利用傳感器作為信息采集模塊，電子顯示屏作為顯示模塊，構建組成整個ESP8266地陷檢測系統。此系統可以用于道路兩旁、私人居地附近的環境地陷情況數據采集。系統用計算機Blynk服務器作為開發平臺，將土壤濕度傳感器和振動傳感器采集到的數據實時傳輸到單片機ESP8266進行處理分析，得出測量地區的地陷結果。

關鍵詞：ESP8266;地陷監測;互聯網;監測系統

計算機硬件技術和測量儀器的快速發展，使得各種先進的檢測技術、信息監測設備也層出不窮，并且廣泛應用于社會生活的方方面面。單片機地陷監測系統能夠以經濟，高效的方式實現地質參數精準采集，實現對地質結構和地質條件的實時監測。單片機ESP8266智能地陷檢測系統是通過利用一個主干聯網的STA模式使所有路燈和在各個分支AP模式下工作的，大部分路燈將監測到的數據利用IOT技術顯示在手機APP并由控制系統進行語音報警和燈光警示。

一、單片機ESP8266的地陷監測系統概述

1.1 單片機ESP8266的地陷監測系統概述

單片機ESP8266的地陷監測系統架構設計中，負責地陷參數采集的是振動傳感器和土壤濕度傳感器，使用調試傳感器時，因其支持兩種通信協議，會導致單片機ESP8266的地陷監測系統存在檢測數據混亂。與傳統的地陷監測系統相比，新型地陷監測系統引進太陽能以及風能供能的雙能源技術，能解決城市地面塌陷造成人生安全事故的問題。單片機ESP8266的地陷監測系統主要在已有路燈的基礎上再添加供電系統、報警系統、數據傳輸系統、監測系統等先進技術組成可對地下情況實時監測的裝置。在數據采集完成后，用鋰離子電池將白天收集的電能儲存起來，保證該裝置24小時進行地下監測。單片機ESP8266的地陷監測系統原理、代碼都依據此技術展開。單片機ESP8266的地陷監測系統通過總線模式與單片機通訊，在Blynk上搭建可視化平臺實現濕度的可視功能。系統總體結構框圖如1-1所示。系統電路架構設計ESP8266-10C系列的單片機，既可以當MCU使用，也可以將地陷檢測的物理設備鏈接到無線網絡上實現物聯網功能。

二、單片機ESP8266的地陷監測系統方案設計

2.1 單片機ESP8266的地陷監測系統結構概述

單片機ESP8266的地陷監測系統是利用土壤傳感器濕度計檢測模塊、高靈敏振動傳感器SW-1801P模塊等系列傳感器組成，當土壤傳感器濕度計檢測模塊監測到地下數據有異于往常值，而高靈敏振動傳感器模塊SW-1801P感應到地下發生位移振動時，立即發出響應并通過AP+STA模式傳輸預警信息。它的控制系統主要是用ESP8266 NODE MCU單片機作為數據處理中心進行各部件的統籌協調。所以，在設計電路時一定要考慮到電路紋波的問題，因此我們因在穩壓器件的前后兩級加上濾波電路。其OLED顯示電路是通過單總線讀取地陷狀況輸出的顯示屏信息。單片機ESP8266的地陷監測系統的軟件包括主程序DHT11、地陷深度讀取程序、OLED顯示程序、BLYNK服務器等主要模塊。其主程序主要利用了開發環境中的集成庫，通過對系統及傳感器進行初始化，然后顯示并上傳地陷監測實時信息。其電路原理圖如圖1-2。

三、單片機ESP8266的地陷監測系統硬件設計

3.1 單片機ESP8266的地陷監測系統硬件組件

單片機ESP8266的地陷監測系統數據采集部分采用ESP8266串口WIFI模塊，加上前端網頁共同組成一套完整的監測系統。系統主控采用ESP8266串口WIFI模塊，需要進行大量數據傳輸任務。因為系統自帶的配置串口K作為WIFI傳輸部分，更換串口不是因為串口K配置不對，而是因為取消顯示屏的原因，導致DMA配置部分存在遺漏而傳輸失敗。同時，采用的是正點原子開發板的配套傳輸設備模塊，所以直接移植了系統服務器自帶的例程，采用的是TCP模式，采集終端作為客戶端，可以啟用手動輸入模式并取消顯示屏部分。電源的濾波電容程序在CH360中下載，其設計架構采用的是USB總線的轉接片CH360芯片。單片機ESP8266的地陷監測系統建設所需材料有光伏組件、高靈敏振動傳感器SW-1801P模塊、土壤傳感器濕度計檢測模塊、ESP8266 NODE MCU單片機、AP+STA模式技術、鋰離子蓄電池、蜂鳴器、面包板、電阻導線等等。它的關鍵技術在于將AP+STA模式技術、整流器轉換技術、風力發電等先進技術手段在串口方式下，實現動態監測并發出聯絡信號。

3.2 單片機ESP8266的地陷監測系統硬件檢測

地陷監測系統硬件組成部分主要由主控器、電源電路、信號收發模塊和傳感器4部分組成。整個系統使用的主處理器為ESP8266單片機，擁有128KB閃存、40KB SRAM和43個I/O接口，可將I/O接口配置為數字檢測信號輸入/輸出端口。根據地陷監測數據手冊發現串口L的復用重映射引腳被串口L、N占用了，改成ADC采集模擬量，最終獲得地陷測量技術核心參數。因為檢測服務器需要接收到數據后才開始采集終端部分的數據，所以要保證數據的實時性。采用PHP和服務器交互，能夠實時顯示采集到的數據。ESP8266工作溫度范圍在-10℃至115℃間，性能穩定、安全可靠。系統選用ESP-01型ESP8266模塊，可使用串口的無線STATION（COM-STA）模式和串口的無線AP+STA（COM-AP&STA）模式。單片機與ESP8266模塊需要的傳感器需要的供電電壓為4.0-5.0V，所以需要選用穩定持續的供電系統來提供4.5V～5V電壓的電壓源

四、單片機ESP8266的地陷監測系統軟件分析

4.1 單片機ESP8266的地陷監測系統軟件分析

單片機地陷監測系統是一種基于ESP8266地陷預警系統。其數據傳輸系統是通過ESP8266單片機利用一個主干聯網的STA模式和各個分支AP模式，使主干聯網的在STA模式下工作的大部分路燈將監測到的數據顯示在手機APP并在監測到數據有異于正常值時發送警報信息。它的控制系統主要是將DHT11傳感器進行初始化操作，接著傳感器就開始采集被監測環境的數據。在檢測到有數據傳送過來時，系統將對傳感器進行讀操作。單片機ESP8266會將讀取到的數據上傳到服務器，在系統軟件上通過組件的方式顯示出來。ESP8266工作系統具備COM-AP模式、COM-STATIOM模式和COM STA+AP模式，每個模式串口的無線AP模式是將模塊作為熱點來實現信息交互。單片機ESP8266的地陷監測系統通過軟件系統與路由器連接將信息傳輸至管理云服務器，能實現移動客戶端遠程接收監測消息功能。

五、結束語：

單片機ESP8266的地陷監測系統主要是通過ATGm336H定位模塊的功能來對各個路燈進行精確定位，當城市管理人員收到警報信息的第一時間趕到地陷發生地點，及時修理塌陷路段，杜絕傷亡的發生。包括ESP8266無線通信模塊，外圍設備通過單片機處理模塊與ESP8266無線通信模塊進行數據雙向傳輸，實現對室內環境的監測及控制。以ESP8266芯片的電路為基礎，外部加上溫濕度傳感器模塊DHT11以及其它相應的外圍電路形成的溫濕度檢測系統。AO模擬輸出，可以連接單片機的AD口檢測滴在上面的雨量大小。系統內的電容對電源進行濾波，讓電源輸出更穩定，保證模擬信號輸出的穩定性。單片機ESP8266的地陷監測系統的軟、硬件系統具有很好的通用性和實際使用價值。它主要是通過ATGm336H定位模塊的功能來對各個路燈進行精確定位。單片機ESP8266的地陷監測系統結合路燈能有效預防地陷災害的發生，降低了人員傷亡事故，其應用市場是非常廣闊的。

參考文獻

[1] 王東峰.單片機原理及運用實驗教程[M].合肥：合肥工業大學出版社，2018.

[2] 黃貴禎.傳感器工作原理及應用實例[M].人民郵電出版社，2017.

[3] 郭成隆.數字電子技術[M].西安電子科技大學出版社，2017.