CN113655744A - 道路环境监测及清洁系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了道路环境监测及清洁系统，包括：道路环境监控模块、控制模块、清洁模块、上位机模块、报警模块；控制模块分别与道路环境监控模块、清洁模块、上位机模块与报警模块连接；道路环境监控模块用于采集道路环境数据，并将道路环境数据转换为监测数据；控制模块用于根据参数阈值对监测数据进行阈值处理，基于阈值处理结果或上位机指令生成清洁指令与报警指令，还用于将监测数据传输到上位机模块；清洁模块基于清洁指令对道路环境进行清洁；上位机模块用于对监测数据进行监控及保存和获取上位机指令；报警模块基于报警指令进行报警。本发明能够实现无线传输模式下的道路清洁及报警监控，可对道路环境状态进行实时的监控。

Description

道路环境监测及清洁系统

技术领域

本发明涉及道路环境监测及清洁领域技术领域，特别涉及一种道路环境监测及清洁系统。

背景技术

街道车辆持续增多，繁荣的背后也带来了许多的安全隐患，特别是在高温天气，奔流不息的车辆让本就炎热的空气更加干燥，大大提高了火灾发生的可能性，给人员安全带来了很大的隐患。除此以外，对于货物运输来说，道路安全也是一条重要的生命线，比如对于蔬菜水果等的运输，或是易燃的干料、石油等的运输，都要求有一个适宜的温湿度环境，而这些都需要对道路环境有着精确的掌控。故此社会各界对于道路环境监控也就提出了更高的要求。

目前来说，很多道路的环境监控现状是使用人工监控，方法落后，或是使用有线监控方式，但这种方式布线极为不便，且易受到损坏，可靠性不高，而且大量布线还会导致后期线路检查以及维护成本较高，拆卸难度也大大增加，不易移动，以致监控点相对固定。随着环境问题越分越细，这些通用型环境监控系统已经不能满足要求，需要更对口、精准化的新式产品，所以对于道路环境监控，不能只沉浸于完成基本的监控要求，需要着重考虑智能报警监控和无线通信的优势，将这些技术融入到道路监控体系中，设计出具有针对性的产品。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的环境监控系统无法进行智能报警监控及无线通信等问题，本发明提供一种道路清洁监控系统可靠性好、安装灵活、维护简便，能够有效进行智能报警监控及无线通信。

为实现上述技术效果，本发明具体公开了如下技术方案：包括

道路环境监控模块、控制模块、清洁模块、上位机模块、报警模块；

所述控制模块分别与所述道路环境监控模块、所述清洁模块、所述上位机模块与所述报警模块连接；

所述道路环境监控模块用于采集道路环境数据，并将所述道路环境数据转换为监测数据传输给所述控制模块；

所述控制模块用于调整参数阈值，并根据所述参数阈值对所述监测数据进行阈值处理，基于阈值处理结果或上位机指令生成清洁指令与报警指令；所述控制模块还用于将所述监测数据传输到所述上位机模块；

所述清洁模块基于所述清洁指令，对道路环境进行清洁；

所述上位机模块用于对所述监测数据进行监控及保存，所述上位机模块还用于获取上位机指令，并将所述上位机指令传输到所述控制模块；

所述报警模块基于所述报警指令进行报警。

优选的，所述道路监控模块包括温湿度监测模块、烟雾监测模块、测光模块和若干AD转换器；

所述温湿度监测模块、所述烟雾监测模块和所述测光模块分别通过所述AD转换器与控制模块连接；

所述温湿度监测模块用于采集道路环境温湿度数据；

所述烟雾监测用于采集道路环境烟雾参数数据；

所述测光模块用于采集道路环境光亮参数数据；

所述AD转换器用于将道路环境温湿度数据、道路环境烟雾参数数据、道路环境光亮参数数据转换为监测数据传输给控制模块。

优选的，所述控制模块包括从机控制模块、LORA模块、主机控制模块；

所述主机控制模块通过所述LORA模块与所述从机控制模块连接；

所述从机控制模块与所述道路环境监控模块连接；

所述主机控制模块与上位机模块连接；

所述从机控制模块用于接收所述监测数据，并将所述监测数据传输给所述主机控制模块，还用于获取所述清洁指令，并将所述清洁指令传输给清洁模块；

所述主机控制模块用于调整所述参数阈值，根据所述参数阈值对所述监测数据进行阈值处理，生成阈值处理结果，并基于阈值处理结果生成所述清洁指令与所述报警指令，还用于将报警指令传输给所述报警模块。

优选的，所述清洁模块包括继电模块及清洁装置；

所述继电模块与所述清洁装置连接；

所述继电模块与所述从机控制模块连接；

所述继电模块用于接收清洁指令，并基于清洁指令控制清洁装置的开关；

所述清洁装置用于对道路环境进行清洁。

优选的，所述上位机模块包括上位机装置及数据库；

所述上位机装置与所述数据库连接；

所述上位机装置与主机控制模块连接；

所述上位机装置用于获取上位机指令，并将上位机指令传输到主机控制模块，所述上位机装置还用于对监测数据进行监控；

所述数据库用于对监测数据进行保存。

优选的，所述主机控制模块连接有按键与OLED显示模块；

所述按键用于获取所述按键数据，并基于按键数据调整参数阈值；

所述OLED显示模块用于显示所述主机控制模块内的监测数据。

优选的，所述上位机模块生成的上位机指令还用于调整参数阈值。

优选的，所述上位机装置内设置有上位机显示模块；

所述上位机显示模块中包括串口设置窗口模块、监测窗口模块、数据库窗口模块；

所述串口设置窗口模块用于进行串口数据的调整；

所述监测窗口模块用于监测环境数据及参数阈值；

所述数据库窗口模块用于显示数据库内的历史监测数据。

本发明具有如下技术效果：

本发明利用从机控制模块连接的各式传感器分别测量当前道路环境监测数据，经从机控制模块处理后通过LORA无线通信模块传送给主机控制模块，并显示在OLED屏上，主机控制模块再将监测数据传送给上位机模块并记录于数据库中以方便管理人员查看，通过上位机或主机可设定阈值，经主机控制模块判定，当检测值超过阈值时进行报警，同时从机控制模块启动清洁装置，进行洒水以消除突发问题。本发明相比于传统环境监控系统，能够实现道路清洁及报警监控，同时采用无线传输模式，能够有效的进行低功耗、低成本以及远距离的无线数据传输，可对道路环境状态进行实时的监控，且具有施工难度低以及后期维护方便等优点，不仅经济上更为合理、可扩展性好，安装灵活、可靠性高、维护简便，而且消耗能源少，能更好地做到节能减排。本发明在主机控制模块内设置有上位机界面便于用户操作及查看历史记录，具有较强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的系统示意图；

图2为本发明实施例提供的系统总体设计流程示意图；

图3为本发明实施例提供的主机控制模块设计流程示意图；

图4为本发明实施例提供的从机控制模块设计流程示意图；

图5为本发明实施例提供的上位机模块设计流程示意图；

图6为本发明实施例提供的主机控制模块芯片示意图；

图7为本发明实施例提供的主机控制模块电路结构示意图；

图8为本发明实施例提供的从机控制模块芯片示意图；

图9为本发明实施例提供的从机控制模块电路结构示意图；

图10为本发明实施例提供的上位机设计界面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决在现有技术中存在环境监控系统无法进行智能报警监控及无线通信等问题，本发明提供了如下方案：

如图1所述，本发明提供了道路环境监测及清洁系统，包括：

道路环境监控模块、控制模块、清洁模块、上位机模块、报警模块；

所述控制模块分别与所述道路环境监控模块、所述清洁模块、所述上位机模块与所述报警模块连接；

本发明提供的道路环境监测及清洁系统主要由上位机模块和下位机组成，下位机分主从机，如图6、7所示，主机控制模块由STM32单片机、OLED显示屏等组成，如图8、9所示，从机控制模块由STM32单片机构成，并连接有DHT11温湿度模块、MQ-2烟雾模块、测光模块、清洁模块等，主从机通过LORA模块通信，并设置报警装置。

道路清洁监控系统如图1所示，将温湿度监测模块、烟雾监测模块、测光模块、OLED显示屏模块、清洁模块、LORA无线通信模块与上位机模块围绕着以STM32单片机为主控芯片的最小系统进行搭建便可有机构成整个无线道路环境清洁监控系统。

该系统的利用从机控制模块连接的各式传感器分别测量当前环境的光亮、温湿度和烟雾浓度，经单片机处理后通过LORA无线通信模块传送给主机控制模块，并显示在OLED屏上，主机再将数据传送给上位机并记录于数据库中以供管理人员查看。通过上位机模块或主机控制模块可设定阈值，经主机单片机判定，当检测值超过阈值时主从机控制模块均报警，同时从机控制模块启动清洁装置，进行洒水。本设计相比于传统环境监控系统，采用无线传输模式，不仅经济上更为合理、可扩展性好，安装灵活、可靠性高、维护简便，而且消耗能源少，能更好地做到节能减排。

所述道路环境监控模块用于，对道路的环境数据进行实时监测，并将所述道路环境数据转换为监测数据传输给所述控制模块；

所述道路监控模块包括温湿度监测模块、烟雾监测模块、测光模块和若干AD转换器；所述温湿度监测模块、所述烟雾监测模块和所述测光模块分别通过若干所述AD转换器与控制模块连接；所述温湿度监测模块用于采集道路环境温湿度数据；所述烟雾监测用于采集道路环境烟雾参数数据；所述测光模块用于采集道路环境光亮参数数据；所述AD转换器用于将道路环境温湿度数据、道路环境烟雾参数数据、道路环境光亮参数数据经模数转换为监测数据传输给控制模块。

所述控制模块用于调整参数阈值，并根据所述参数阈值对所述监测数据进行阈值处理，基于阈值处理结果或上位机指令生成清洁指令与报警指令；所述控制模块还用于将所述监测数据传输到所述上位机模块；

所述控制模块包括从机控制模块、LORA模块、主机控制模块；所述主机控制模块通过所述LORA模块与所述从机控制模块连接；所述从机控制模块与所述道路环境监控模块连接；所述主机控制模块与上位机模块连接；所述从机控制模块用于接收所述监测数据，并将所述监测数据传输给所述主机控制模块，还用于获取所述清洁指令及报警指令，并将所述清洁指令传输给清洁模块，将报警指令传输给所述报警模块；

所述主机控制模块用于接收监测数据，并将监测数据传输给上位机及模块，并调整所述参数阈值，根据所述参数阈值对所述监测数据进行阈值处理，生成阈值处理结果，并基于阈值处理结果生成所述清洁指令与所述报警指令，还用于将报警指令传输给所述报警模块。

所述主机控制模块连接有按键与OLED显示模块；所述按键用于获取所述按键数据，并基于按键数据调整参数阈值；所述OLED显示模块用于显示所述主机控制模块内的监测数据及按键数据，在接收到主机控制模块发来的命令和数据后将数据显示在屏幕上。所述上位机模块生成的上位机指令还用于调整参数阈值。

所述清洁模块基于所述清洁指令，对道路环境进行清洁；当从机控制模块发现道路环境监控模块传来的环境参数超出阈值时，发出高电平给继电器，从而启动清洁模块，打开水泵，对突发事件进行处理。

所述清洁模块包括继电模块及清洁装置；所述继电模块与所述清洁装置连接；所述继电模块与所述从机控制模块连接；所述继电模块用于接收清洁指令，并基于清洁指令控制清洁装置的开关；所述清洁装置用于对道路环境进行清洁。

所述上位机模块用于对所述监测数据进行监控及保存，所述上位机模块还用于获取上位机指令，并将所述上位机指令传输到所述控制模块；

所述上位机模块包括上位机装置及数据库；所述上位机装置与所述数据库连接；所述上位机装置与主机控制模块连接；所述上位机装置用于获取上位机指令，并将上位机指令传输到主机控制模块，用于控制清洁模块及报警模块，同时上位机指令还用于调整参数阈值，所述上位机装置还用于对监测数据进行监控，实时监控道路环境数据；所述数据库用于对监测数据进行保存，每10S保存一次监测数据，用来供管理人员查看，从而更好地掌握环境变化，提早做好应对措施。

所述报警模块基于所述报警指令进行报警。

系统的总体程序流程图如图2所示。本发明中上位机模块内程序采用VisualStudio软件C#语言编写，下位机即控制模块程序则是用Keil 5MDK软件C语言编写。设计分为主机和从机，主机连接有报警模块、OLED显示屏模块和LORA通信模块，从机则连接有环境监控模块、报警清洁模块和LORA通信模块。当系统启动后，从机的环境监控模块会立刻开始监控当前的环境数据，并将监测到的环境数据传给从机单片机，经AD转换后通过LORA通信传给主机控制模块单片机再经串口传给上位机模块，并将环境参数显示在主机的OLED屏和上位机上，同时主机判断环境参数是否超过阈值，若超过则命令从机一起报警并开启清洁模块，在这过程之外，管理人员也可以通过按键模块或上位机来调整环境阈值以实现人机交互。

系统主机控制模块如图3所示。主机接收从机的数据后判断是否报警，其中阈值通过按键或上位机可调。初始化道路监测系统，首先判断是否接收到数据，并判断接收数据为从机控制模块接受的检测数据还是按键数据及上位机指令，当接收到按键数据及上位机指令时，首先执行其内容，若接收到从机控制模块传输的监测数据时，在OLED显示屏上进行更新，并传输给上位机模块，同时进行阈值判断，根据阈值判断结果选择是否报警，报警选择完成之后，进行新一轮的数据采集，并重复上述内容。

如图4所示，从机控制模块采集环境数据并根据主机控制模块的命令决定是否报警，从机控制模块通过LORA通信将数据传给主机控制模块。先判断是否又接收到主机控制模块命令，若接收到主机控制模块命令则执行相应命令，若没有则获取监测数据，并将监测数据发送给主机控制模块进行阈值判定，并基于阈值判定生成的清洁指令和报警指令选择是否清洁及报警，进一步再次接收数据，重复上述内容。

如图5所示。本发明利用USART串口通信来实现上下位机的通信，下位机的主机接收到从机发来的温度、湿度、烟雾、光线这四种环境数据后通过串口上报给上位机并在上位机界面显示出来。初始化上位机模块，并进行串口连接，根据连接结果显示连接成功或连接失败，在连接成功后，下位机即控制模块发送数据给上位机模块，在上位机的显示上位机界面内显示当前环境数据和设置的阈值及接收、发送位数，获取上位机指令，分析上位机指令中是否有修改阈值的命令，有的话，将修改阈值进行显示，并将上位机指令传递给下位机对阈值进行修改，并将监测数据保存到数据库，同时显示当前时间和运行时间，没有修改阈值的命令的话，直接进行数据保存及显示，然后判断阈值处理结果，并根据阈值处理结果进行显示，其次显示结果之后，判断是否需要打开数据库界面，最后判断是否清除数据库，并返回下位机即控制模块发送数据给上位机模块步骤继续重复上述内容。

所述上位机装置内设置有上位机显示模块；如图10所示，所述上位机显示模块中包括串口设置窗口模块，监测窗口模块，数据库窗口模块；所述串口设置窗口模块用于进行串口数据的调整；所述监测窗口模块用于监测环境数据及参数阈值；所述数据库窗口模块用于显示数据库内的历史监测数据。

为方便数据及指令的监控，本发明上位机显示模块即设计界面分为上下两个部分，其中上半部分左边是串口设置界面，可以进行串口号、波特率、奇偶校验等选择，这里为了方便设计了自动检测串口的功能按键，当点击串口设置界面的“检测”按键时，系统会自动识别串口号并进行波特率等模式的配置，免除了人的操作，管理人员只需再点击“打开”即可实现通信。上半部分右侧是监测窗口，可以显示当前的温度、湿度、光线和烟雾，当上位机未和下位机成功连接时会转为“连接成功”，同时颜色变成代表安全的绿色，同样道理，当前的环境参数未超过阈值时显示“环境正常”，当超过阈值时显示“异常报警”并变为显目的红色。监测窗口还可以进行阈值设置，以实现上位机对下位机的控制，和下位机主机中的按键模块的阈值设置互为备用，提高了系统的可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.道路环境监测及清洁系统，其特征在于，包括：

道路环境监控模块、控制模块、清洁模块、上位机模块、报警模块；

所述控制模块分别与所述道路环境监控模块、所述清洁模块、所述上位机模块与所述报警模块连接；

所述道路环境监控模块用于采集道路环境数据，并将所述道路环境数据转换为监测数据传输给所述控制模块；

所述控制模块用于调整参数阈值，并根据所述参数阈值对所述监测数据进行阈值处理，基于阈值处理结果或上位机指令生成清洁指令与报警指令；所述控制模块还用于将所述监测数据传输到所述上位机模块；

所述清洁模块基于所述清洁指令，对道路环境进行清洁；

所述上位机模块用于对所述监测数据进行监控及保存，所述上位机模块还用于获取上位机指令，并将所述上位机指令传输到所述控制模块；

所述报警模块基于所述报警指令进行报警。

2.根据权利要求1所述道路环境监测及清洁系统，其特征在于：

所述道路监控模块包括温湿度监测模块、烟雾监测模块、测光模块和若干AD转换器；

所述温湿度监测模块、所述烟雾监测模块和所述测光模块分别通过所述AD转换器与控制模块连接；

所述温湿度监测模块用于采集道路环境温湿度数据；

所述烟雾监测用于采集道路环境烟雾参数数据；

所述测光模块用于采集道路环境光亮参数数据；

所述AD转换器用于将道路环境温湿度数据、道路环境烟雾参数数据、道路环境光亮参数数据转换为监测数据传输给控制模块。

3.根据权利要求1所述道路环境监测及清洁系统，其特征在于：

所述控制模块包括从机控制模块、LORA模块、主机控制模块；

所述主机控制模块通过所述LORA模块与所述从机控制模块连接；

所述从机控制模块与所述道路环境监控模块连接；

所述主机控制模块与上位机模块连接；

所述从机控制模块用于接收所述监测数据，并将所述监测数据传输给所述主机控制模块，还用于获取所述清洁指令，并将所述清洁指令传输给清洁模块；

所述主机控制模块用于调整所述参数阈值，根据所述参数阈值对所述监测数据进行阈值处理，生成阈值处理结果，并基于阈值处理结果生成所述清洁指令与所述报警指令，还用于将报警指令传输给所述报警模块。

4.根据权利要求3所述道路环境监测及清洁系统，其特征在于：

所述清洁模块包括继电模块及清洁装置；

所述继电模块与所述清洁装置连接；

所述继电模块与所述从机控制模块连接；

所述继电模块用于接收清洁指令，并基于清洁指令控制清洁装置的开关；

所述清洁装置用于对道路环境进行清洁。

5.根据权利要求1所述道路环境监测及清洁系统，其特征在于：

所述上位机模块包括上位机装置及数据库；

所述上位机装置与所述数据库连接；

所述上位机装置与主机控制模块连接；

所述上位机装置用于获取上位机指令，并将上位机指令传输到主机控制模块，所述上位机装置还用于对监测数据进行监控；

所述数据库用于对监测数据进行保存。

6.根据权利要求5所述道路环境监测及清洁系统，其特征在于：

所述主机控制模块连接有按键与OLED显示模块；

所述按键用于获取所述按键数据，并基于按键数据调整参数阈值；

所述OLED显示模块用于显示所述主机控制模块内的监测数据。

7.根据权利要求1所述道路环境监测及清洁系统，其特征在于：

所述上位机模块生成的上位机指令还用于调整参数阈值。

8.根据权利要求5所述道路环境监测及清洁系统，其特征在于：

所述上位机装置内设置有上位机显示模块；

所述上位机显示模块中包括串口设置窗口模块、监测窗口模块、数据库窗口模块；

所述串口设置窗口模块用于进行串口数据的调整；

所述监测窗口模块用于监测环境数据及参数阈值；

所述数据库窗口模块用于显示数据库内的历史监测数据。

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