CN104482965A - 基于gsm网络的城市道路环境综合监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统，其特征在于，系统包括监控中心、至少一个以上的监测站点；监控中心包括上位机以及与上位机通信的PC机；监测站点用于实时测量环境温湿度、空气质量指数和道路积水水位信息，并通过LED显示牌指示给道路中的行人及车辆驾驶员；监测站点通过GSM网络与监控中心的上位机进行通信，监控中心的上位机接收来自于监测点的环境温湿度、空气质量指数和道路积水水位信息，并将该数据发送给监控中心的PC机；本系统可同时测量城市道路空气质量指数、道路积水水位和环境温湿度等信息，各个监测站点配有交通提示和环境信息显示模块，可直接给行人外出参考。

Description

基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统

技术领域

本发明涉及环境监测领域，具体涉及城市道路环境综合监测系统及实现方法。

背景技术

随着城市和社会经济高速发展，暴雨所导致城市道路积水除了可直接造成个人或公共财产的损失之外，还有可能导致交通中断和环境污染，较为严重的影响城市居民的正常生产生活秩序。同时随着工业化程度的提高，城市环境污染严重，空气质量堪忧，特别是北方城市，常常有全天候雾霾出现。目前，由暴雨所导致的城市道路积水和大气粉尘污染等问题已经成为城市建设及发展过程中不可回避的重要民生问题之一。

虽然市民可通过气象部门获取大气污染指数信息，但该指数信息是指某一大片空域，无法为某一固定场合提供该类信息。此外，市场上无产品可进行城市道路积水深度的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种可同时测量城市道路空气质量指数、道路积水水位和环境温湿度等信息的综合测量系统。采用一个监控中心和多个监测站点的组合架构，监测站点与监控中心采用GSM网络进行组网，用户可通过在监控中心PC机人机交互界面上查看各个站点的综合环境情况。同时各个监测站点配有交通提示和环境信息显示模块，可直接给行人外出参考。

本发明的技术方案为:

基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统，其特征在于，系统包括监控中心、至少一个以上的监测站点；监控中心包括上位机以及与上位机通信的PC机；监测站点用于实时测量环境温湿度、空气质量指数和道路积水水位信息，并通过LED显示牌指示给道路中的行人及车辆驾驶员；监测站点通过GSM网络与监控中心的上位机进行通信，监控中心的上位机接收来自于监测点的环境温湿度、空气质量指数和道路积水水位信息，并将该数据发送给监控中心的PC机；

监测站点由太阳能供电系统、电源转换电路、空气质量传感器、道路积水水位测量传感器、环境温湿度传感器、信息显示模块、STC单片机控制器、LED交通指示模块、信息显示模块以及GSM通信模块组成；太阳能供电系统通过电源转换电路为STC单片机控制器供电。

监控中心上位机由上位机控制器、GSM通信模块、TFT液晶显示模块、报警模块、扩展键盘以及电源构成；上位机控制器采用STM32单片机，负责接收和显示各个监测站点的数据信息，进行系统状态处理，同时与PC机进行通信，将相关数据信息上传至PC机供人机交互；GSM通信模块与各个监测站点进行通信，接收来自各个监测站点的数据信息。

进一步，空气质量传感器采用DSM501A粉尘传感器，该传感器测量后输出PWM波形，可读取PWM波形频率获取采集数据，用于采集道路环境空气质量指数。

进一步，道路积水水位测量传感器采用松下D3A压力传感器，负责定时采集积水水位数据，输出为模拟信号。

进一步，环境温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器，用于采集环境温湿度。

进一步，LED交通指示模块由各8只红、黄、绿(共24只)LED构成，用于构成交通提示中的红灯、黄灯和绿灯；其中红表示积水水位较高，无法通行；黄灯表示有一定的积水水位，小心驾驶或步行通过；绿灯表示无或有少量积水，不妨碍通行。

进一步，GSM通信模块核心为三频段GSM/GPRS无线模块GTM900，该模块负责监测站点和监控中心的信息传输，该模块采用异步串行接口，与上位机的SCI外设连接。

本发明的优点在于，可同时测量城市道路空气质量指数、道路积水水位和环境温湿度等信息。采用一个监控中心和多个监测站点的组合架构，监测站点与监控中心采用GSM网络进行组网，用户可通过在监控中心PC机人机交互界面上查看各个站点的综合环境情况。其次，各个监测站点配有交通提示和环境信息显示模块，可直接给行人外出参考。

附图说明

图1是本发明城市道路环境综合监测系统总体框图；

图2是监测站点系统框图；

图3是系统监控中心主机系统框图；

图4是监测站点从机系统执行流程图；

图5是监测中心主机系统执行流程。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统包括监控中心、若干监测站点、用户终端，监测站点通过GSM网络与监控中心的上位机进行通信，接收来自于监测点的环境温湿度、空气质量指数和道路积水水位信息，用该数据发送至PC机。监测站点用于实时测量环境温湿度、空气质量指数和道路积水水位信息，并能通过LED显示牌和交通道路指示给行人或者驾驶员。监控中心PC机人机交互界面主要用于控制人员与监控中心或者各个监测站点的人机交互，实现操控可视化。

如图2所示为监测站点系统框图，监测站点由太阳能供电系统、电源转换电路、空气质量传感器、道路积水水位测量传感器、环境温湿度传感器、信息显示模块、STC单片机控制器、LED交通指示模块、数码管水位显示模块以及GSM通信模块组成。

太阳能供电系统具体为太阳能电池板及其控制器模块，太阳能供电系统通过电源转换电路为STC单片机控制器供电。太阳能电池板及其控制器模块，采用30W高转换率单晶硅太阳能电池板，并使用配套的小型太阳能控制器，该模块负责将光能转换为电能，并存储于锂电池中，同时控制器可对锂电池起到过充、过放保护的作用。电源转换模块包含锂电池及电源变换电路，负责存储电能，并为系统提供所需的+5V电源。空气质量传感器采用DSM501A粉尘传感器，该传感器测量后输出PWM波形，可读取PWM波形频率获取采集数据。用于采集道路环境空气质量指数。道路积水水位测量传感器采用松下D3A压力传感器，负责定时采集装置所在地的积水水位数据，输出为模拟信号。道路环境温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器，用于采集环境温湿度。信息显示模块采用12864LCD串口液晶屏，用于显示道路当前的积水水位、环境温湿度以及空气质量指数。STC单片机控制器采用带有多路ADC外设的低价STC12C5608AD单片机，负责整个系统的工作状态控制，道路积水水位数据、环境温湿度以及空气质量指数的采集、处理和显示等工作。LED交通指示模块由各8只红、黄、绿LED构成(共24只LED)，用于构成交通提示中的红灯、黄灯和绿灯。其中红表示积水水位较高，无法通行；黄灯表示有一定的积水水位，小心驾驶或步行通过；绿灯表示无或有少量积水，不妨碍通行。GSM通信模块核心为三频段GSM/GPRS无线模块GTM900，该模块负责监测站点和监控中心的信息传输。该模块采用异步串行接口，与上位机的SCI外设连接。

如图3所示，系统监控中心上位机由上位机控制器、GSM通信模块、TFT液晶显示模块、报警模块、扩展键盘以及电源构成。

其中，上位机控制器采用高性能STM32单片机，主要负责接收和显示各个监测站点的数据信息，进行系统状态处理，同时与PC机进行通信，将相关数据信息上传至PC机供人机交互。GSM通信模块与各个站点进行通信，接收来自各个站点的数据信息。TFT液晶显示模块采用3.2寸TFT LCD，分辨率为480*240，用于显示相关状态信息。报警模块采用三个分别为红、绿、蓝发光二极管，用于显示监测站点的报警信息。当某一个监测站点空气质量非常差或温湿度较大或积水水位较高时，点亮红灯；当某一个监测站点空气质量一般、温湿度一般、积水水位均为一般时，黄灯点亮；当某一个监测站点空气质量较好、温湿度较适宜且积水水位较低或无时，绿灯点亮。如需知道具体那个或哪些站点的情况时，可查看TFT液晶上显示的信息。扩展键盘采用4x4矩阵键盘，用于设置系统相关的功能及改变系统显示状态。电源模块输出+3.3V电压，为系统提供相关电源。

如图4为监测站点从机系统执行流程图，系统首先上电初始化(初始化AD、定时器1以及系统中断)，之后进入等待状态。当有中断发生时，判断该中断是否为定时器1中断，如果是定时器1中断，则开始与温湿度传感器DH11进行通信以读取道路环境温湿度信息，之后开启AD外设采集道路积水水位信息；如果不是定时器1中断，则进一步判断是否为外部INT0中断，如果是外部INT0中断(空气质量传感器采用PWM输出，将其输出接至单片机的INT0引脚，通过上升沿和下降沿产生中断，读取上升沿和下降沿时间即可计算PWM频率)，则开启定时器2，待下次INT0中断时，读取当前的定时器2的值。通过读取定时器2的周期值，计算PWM频率，进而计算空气质量指数。如果也不是外部INT0中断，则直接返回至等待状态。

当道路环境温湿度数据、道路积水数据和空气质量指数数据采集完毕后，则开启GSM模块，将相关数据上传至监控中心主机，之后返回至系统的等待状态。

如图5所示，监测中心主机上电后，初始化系统时钟、异步串行口(SCI)，中断以及GPIO，之后进入死循环等待。当有中断发生时，如果是SCI中断，则按照提前定义的数据发送接收协议接收各个监测站点的数据信息，并进行处理后，送显示屏显示，同时也将该信息发送至PC机的人机交互界面，以便于用户在PC终端查看各个站点的环境情况。如果不是SCI中断，则返回至等待状态，在该状态下，系统可检测扩展按键是否有键按下，从而实现用户对监控中心主机的设置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统，其特征在于，系统包括监控中心、至少一个以上的监测站点；监控中心包括上位机以及与上位机通信的PC机；监测站点用于实时测量环境温湿度、空气质量指数和道路积水水位信息，并通过LED显示牌指示给道路中的行人及车辆驾驶员；监测站点通过GSM网络与监控中心的上位机进行通信，监控中心的上位机接收来自于监测点的环境温湿度、空气质量指数和道路积水水位信息，并将该数据发送给监控中心的PC机；

监测站点由太阳能供电系统、电源转换电路、空气质量传感器、道路积水水位测量传感器、环境温湿度传感器、信息显示模块、STC单片机控制器、LED交通指示模块、信息显示模块以及GSM通信模块组成；太阳能供电系统通过电源转换电路为STC单片机控制器供电；

监控中心上位机由上位机控制器、GSM通信模块、TFT液晶显示模块、报警模块、扩展键盘以及电源构成；上位机控制器采用STM32单片机，负责接收和显示各个监测站点的数据信息，进行系统状态处理，同时与PC机进行通信，将相关数据信息上传至PC机供人机交互；GSM通信模块与各个监测站点进行通信，接收来自各个监测站点的数据信息。

2.根据权利要求1所述的基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统，其特征在于，空气质量传感器采用DSM501A粉尘传感器，该传感器测量后输出PWM波形，可读取PWM波形频率获取采集数据，用于采集道路环境空气质量指数。

3.根据权利要求1所述的基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统，其特征在于，道路积水水位测量传感器采用松下D3A压力传感器，负责定时采集积水水位数据，输出为模拟信号。

4.根据权利要求1所述的基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统，其特征在于，环境温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器，用于采集环境温湿度。

5.根据权利要求1所述的基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统，其特征在于，LED交通指示模块由各8只红、黄、绿LED构成，用于构成交通提示中的红灯、黄灯和绿灯；其中红表示积水水位较高，无法通行；黄灯表示有一定的积水水位，小心驾驶或步行通过；绿灯表示无或有少量积水，不妨碍通行。

6.根据权利要求1所述的基于GSM网络的城市道路环境综合监测系统，其特征在于，GSM通信模块核心为三频段GSM/GPRS无线模块GTM900，该模块负责监测站点和监控中心的信息传输，该模块采用异步串行接口，与上位机的SCI外设连接。