智慧城市之智慧井盖网络

郭哲

（陕西中医药大学，陕西咸阳712046）

1 引言

随着城市各项功能日益完善，井盖的被盗、缺失损坏现象频频发生，井盖被盗成为全国各地城市住宅小区比较普遍的社会现象。住宅小区的安全更是关乎民生安全，小区井盖的丢失更是严重影响到居民的日常生活以及安全，由此引发的伤亡惨剧时时见诣报端，造成无法挽回的后果，令人痛惜。为保证民众安全，许多国家在井盖设计上大动脑筋，并借力智能监控手段进行日常管理。美国为提高井盖的安全系数，纽约市环保局2012年宣布在市内数十个下水道井盖下方安装电子监视器。德国为了达到井盖的安全，设计了精密的防护网。日本则是从直观上提醒民众井盖的安全问题[1]。

到目前为止，国内能有效的监测井盖的系统少之又少，美国在井盖下安装电子监视器虽能解决问题，但投资太大，推广起来相对比较困难。在这种情况下，智能网络井盖监测系统也就应运而生，并且成为国内研究的热点。因此开发一套高效率、低投入、实时性强的井盖监测与报警系统势在必行。

2 系统功能

本系统主要采用的ZigBee无线传输技术和SHARP的2Y0A21红外测距传感器实时监控和采集数据。当井盖被盗或发生异常时，红外测距传感器监测出异常，通过ZigBee将异常信息无线送给PC，PC端可以直观的显示出异常井盖的准确位置。避免了有线传输中布线的繁琐与后期维护的麻烦。

系统具有井盖状态实时性监测，当井盖被盗或发生异常时，红外测距传感器及时监测出异常并将信息反馈给ZigBee。ZigBee检测到异常信号时，利用其自组网、可靠性高、低功耗的特点，将异常信号无线传输给终端，避免了有线传输中布线的繁琐和后期维护的麻烦。上位机接收到ZigBee信号后，即可可以精确的显示出具体井盖发生异常的地理位置，同时上位机收到井盖异常信号便可以通过上位机的短信按钮发送信息给维修人员，达到了及时维修的效果，实现无人监测的目的，将井盖丢失带来的不安全隐患彻底消除。

3 设计原理

系统采用夏普GP2Y0A21型距离测量传感器，该传感器是基于PSD的微距传感器，其有效测距在80cm以内，有效的测量角度大于40度，输出的信号为模拟电压，在0到8cm左右的范围内与距离成正比非线性的关系，在10到80cm的距离范围内成反比非线性关系，平均功耗约为30mA，反应时间约为5ms，并且对背景光及温度的适应性强。利用这些特性，当井盖位置发生异常时，传感器的模拟电压产生变化，将数据传送给ZigBee。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议[2]。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种高可靠性、低功耗的无线通信技术。在可靠性方面，ZigBee有很多方面进行保证。物理层采用了扩频技术，能够在一定程度上抵抗干扰，MAC应用层(APS部分)有应答重传功能。MAC层的CSMA机制使节点发送前先监听信道，可以起到避开干扰的作用。当ZigBee网络受到外界干扰，无法正常工作时，整个网络可以动态的切换到另一个工作信道上。能耗特性是ZigBee的一个技术优势。在不需要通信时，节点可以进入很低功耗的休眠状态，此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一。由于一般情况下，休眠时间占总运行时间的大部分，有时正常工作的时间还不到百分之一，因此达到很高的节能效果[3]。当终端Zigbee节点接收到红外传感器的异常电压时通过ADC转化成数字信号并无线发送给上位机。

上位机主要是PC端的实时显示设计以及实时预警，对于PC端的设计主要采用的是相应地区的详细地图显示，对Zigbee组网中各个节点进行编号，并直接关联其地理位置，当异常发生时，传回异常节点的编号，依据传回的编号，检索到对应的地点，进而显示其对应地理位置，之后短信通知相应地点的维修人员进行及时的维修，避免造成不必要的损失，达到实时预警、监测的目的。

4 结论

本文主要利用ZigBee、红外测距传感器和上位机等模块实现井盖无线监测功能。通过上位机可以对辖区井盖状态进行监测，避免人力实地巡视给我们带来的昂贵代价，大量节省人力资源，提高监测效率。如若井盖的位置发生异常，上位机中可以及时报警并显示异常井盖的具体位置，在同时通过短信模块及时通知维修人员进行保修，直到井盖再次正常后报警消失，达到井盖监测的实时性目的，智能化减少井盖缺失带来的不安全隐患。