自动巡航森林火灾检测小车的设计

2016-10-11刘和剑

绿色科技 2016年16期

关键词：接入点站点远程

陈曦，刘和剑

(苏州大学应用技术学院，江苏苏州 215325)

自动巡航森林火灾检测小车的设计

陈曦，刘和剑

(苏州大学应用技术学院，江苏苏州 215325)

设计了自动巡航森林火灾监测小车以用于有效防范森林火灾，在续航中当扫描地区温度超过一定值且烟雾浓度超过上限值定位后，将GPS位置信息和图像，通过监测系统将检测到的信息传送至总控系统并且进行报警。可以进行手动自动切换对各处巡查；小车可以自动定位，规划路线返回充电站；低功耗模式巡查，遇到火情是开启其它模块；能够采用太阳能电池板供电，提高部分续航能力等功能。详细分析了其各系统的作用及原理，以期能更有效地开展森林火灾的监测范围。

自动巡航；森林火灾；检测

1　系统功能需求及技术指标

(1)检测当前环境中温湿度,烟雾浓度；(2)在沿着预定路线形势的时候，可以通过主控中心切换到手动遥控，观察详细环境信息；(3)进行GPS定位和精准火源检测；(4)低电量自动返回。

2　远程监控系统

远程监控系统即通过网络、电话线、移动宽带、数据线等远程传输数据以供查看的监控系统。如今，网络遍布全球，从理论上分析，远程监控的范围可以遍布全球上任何角落。但是出于成本等因素考虑，通常是点对点的监控模式。远程监控者则可以通过电脑端的应用、网页或者手机客户端实时查看远方的活动场景，检测到异常后，可以系统先自行出发警报或者作出处理，也可以有监控者自己实施人工干预处理。监控系统包括监控设备、接收软件和传输过程3大部分。基本硬件包括：摄像头、PC或手机、处理板。整个系统需要用到的知识有：网络传输协议、数字图像处理技术和嵌入式开发等技术。核心原理图如图1所示。

图1CC3200片载系统电路原理

3　火焰和温度监测模块设计

火焰传感器根据探测的距离远近而不同。对于森林防火这样大范围的火焰探测，仍是利用特殊的红外光敏管，当区域出现明显高于环境温度的红外源点时，表明该点出现明火；对于非常近距离火焰的探测(比如用于自动燃烧设备)，则是利用火焰区电阻值低、无火焰区电阻高的特点进行检测。

而温度模块使用了非接触性的温度传感器：TMP006为IIC接口，外围电路相对较少，其中ADDR0,ADDR1为芯片地址设置，方便同一ⅡC总线挂载多个同芯片时使用，通过修改ADDR地址而在从而可以达到地址可变的设计。C11作为无极性瓷片电容，用在该电路中的电容称为退耦电容，退耦电容并接于电路正负极之间，可防止电路通过电源形成的正反馈通路而引起的寄生振荡。所谓退耦，即防止前后电路电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流冲动对电路的正常工作产生影响，换言之，退耦电路能够有效地消除电路之间的寄生耦合。DTRDY为data ready，用于检测数据就绪;ⅡC的双线SCL,SDA分别接至MCU的ⅡC接口。温度与火焰检测电路原理图如图2所示

图2温度和火焰检测电路原理

。

4　无线和网络部分的设计

CC3200自带了网络服务的协议栈，所以大部分情况下只要调用相应的API就可以完成所需要的任务，能有效地提高开发效率，加快设计周期。在初始化设定好Wi-Fi之后，便需要启动HTTP SERVSR,详细启动流程如图3所示。

图3　配置HTTP SERVSR流程

在调用的API中，较重要的有以下几个方面：HTTP 服务任务(HST)函数 HTTPServerTask()主要包括下列内容：①初始化程序变量 InitializeAppVariables();②配置 SimpleLink 为默认状态 ConfigureSimpleLinkToDefaultState();③读取设备配置 ReadDeviceConfiguration();④连接网络 ConnectToNetwork();⑤停止 HTTP 服务 sl_NetAppStop();⑥启动 HTTP 服务 sl_NetAppStart()。

其中连接网络函数 ConnectToNetwork()包含 Httpserver 项目的主要内容。而其中最重要的就是ConnectToNetwork()这个API了，连接网络函数 ConnectToNetwork()主要包括下列内容： ①启动 SimpleLink sl_Start()；②设置 WLAN 模式 sl_WlanSetMode()；③接入点模式操作 sl_NetAppStop() + sl_NetAppStart()；④站点模式操作 SmartConfigConnect()。

其中站点模式操作的主要内容是智能配置连接SmartConfigConnect()中，首先设置WLAN模式连接网络函数ConnectToNetwork()启动SimpleLink后，根据sl_Start()返回的当前模式g_uiSimplelinkRole和设备配置模式g_uiDeviceModeConfig进行判断：如果当前模式不是站点模式(g_uiSimplelinkRole != ROLE_STA)，而设备配置模式为站点模式(g_uiDeviceModeConfig == ROLE_STA)，则调用 sl_WlanSetMode()将设备设置为站点模式(ROLE_STA)，然后重启 SimpleLink。同样，如果当前模式不是接入点模式(g_uiSimplelinkRole != ROLE_AP)，而设备配置模式为接入点模式(g_uiDeviceModeConfig == ROLE_AP)，则调用 sl_WlanSetMode() 将设备设置为接入点模式(ROLE_AP)，然后重启 SimpleLink。还有一种操作模式为：接入点模式操作如果当前模式是接入点模式(g_uiSimplelinkRole == ROLE_AP)，则进行接入点模式操作，包括等待获取 IP、重启 HTTP 服务、获取接入点名称和显示下列提示信息：最后芯片作为站点模式操作，如果当前模式不是接入点模式，则进行站点模式操作，包括重启 HTTP 服务、等待设备自动连接接入点和智能配置连接接入点等。在等待设备自动连接接入点时，开发板上的红 LED 快速闪烁，如果自动连接超时(g_ucConnectTimeout == AUTO_CONNECTION_TIMEOUT_COUNT)，则红LED点亮，超级终端中显示下列提示信息：Use Smart Config Application to configure the device。设备进入一个接入点模式时，可以通过上位机来访问当前的Wi-Fi设备，对其进行操作，读取传感器的值。当有上位机连接到下位机时，或连接到站点通过一个接入点时，下位机中应用程序启动HTTP服务，然后发起GET请求，浏览器设备页。当有一个请求建立与设备的连接时，就能打开存储在闪存芯片网页，当HTTP服务，使用POST方法发送网页到设备操作，也就可以控制装置。

在设计中，PC端的上位机主要是用于发起HTTP请求，HTTP (Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议)是用于将超文本资源(HTML网页、图像和查询结果等)传输到客户端的客户端/服务器协议，HTTP工作在预定义的TCP套接字上，默认端口80。

HTTP服务器监听HTTP套接字(默认端口80)，按照请求类型(GET或POST)求的URI (Uniform Resource Identifier，统一资源标识符)资源和内容， HTTP服务器在ROM中保存有一组作为内部默认网页的内部静态网页，可以提供cc3200芯片的设备配置、设备状态和基本的分析工具。调试及结果，下位机默认的域名为web_serve.com，当PC中上位机客户端打开的时候，其实就是对web_serve.com进行HTTP GET请求，在MCU端，当服务器获取到HTTP GET请求时，首先检查请求资源URN(uniform resource name ，统一资源名称)在闪存中是否存在，如果存在的话，将闪存中的数据作为响应发送给上位机解析。其流程如图4所示，上位机工程流程、工作装台如图5所示。