市政監視儀的研制

關長亮 聶俸斌 李凌旭 翁露莎 王貴成

（沈陽化工大學 信息工程學院，遼寧 沈陽 110142）

0 緒論

2013年以來，中國中東部地區多次遭遇霧霾天氣。作為全國政協3號提案，民建中央建議盡快修訂并頒布實施《大氣污染防治法》。[1]與較粗的大氣顆粒物相比，細顆粒物粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。如何使公眾能夠方便快捷時效地掌握到這些空氣指標成為我們新的話題。人們在關注PM2.5與煙霧濃度之余，長沙女孩墜井事件也被公眾熱議，由于大雨造成路面積水嚴重，導致長沙一妙齡女孩墜井葬送寶貴生命，因此下水道井蓋的安全問題被人們所擔憂。

目前關于市政建設的任務迫在眉睫但是關于市政機器人方面的研究國內目前只有，孫搏雅的《城市大氣移動監測系統的研究》[2]和黃嶸的《上海市交通環境空氣質量監測路邊站發展探索》[3]，兩篇文章，文獻[2]研究了一種新型的城市大氣移動監測系統,該系統以城市交通為栽體，依托公共交通工具搭載移動大氣監測裝置，全面地對整個城市大氣進行監測。文獻[3]通過對上海市交通環境空氣質量監測路邊站發展探索，提出建設交通環境空氣質量監測路邊站。本文將空氣質量的現實、報警、處理于一體并將其嵌入機器內部同時實現下水道井蓋安全、公交車查詢、溫濕度提醒等市政問題結合目前在國內還未見過相似報道。

1 設計原理

改系統功能主要有硬件和軟件兩大部分協調完成，硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉換、各種信息的顯示、提醒等；軟件主要完成信號的處理和控制等。

其中原理是89C51單片機一次查詢傳感器的輸入信號PM2.5、煙霧濃度、溫度與濕度[4-5]，然后89C51單片機對輸入信號進行相應的處理后通過觸摸屏進行相應戴口罩、不開私家車坐公交上班、注意防暑、防雨、防雷等信息的顯示和提醒，同時可啟動空氣處理器處理空氣中的粉塵和煙霧并輸出各種報警信號。

2 功能實現

1）市政監測儀是一款通過太陽能電池板供電,主要安裝在公交車站附近,可實現以下功能：

（1）通過PM2.5傳感器GP2Y1010AU0F將采集到的數據經過處理在觸摸屏上實時的PM2.5值顯示出來。一旦檢測出來粉塵顆粒，有毒氣體，煙霧顆粒值高于正常值時，通過附在觸摸屏旁的外置蜂鳴器報警，并啟動鼓風機將周圍污染空氣吸入處在觸摸屏下方的活性炭處理器中進行處理，處理后排出潔凈的符合標準的空氣來凈化空氣[6]。

（2）在公交車站附近一旦有人吸煙，通過 HM-603I煙霧傳感器檢測到煙霧值高于正常值時通過蜂鳴器報警并啟動鼓風機將周圍污染空氣吸入活性炭處理器中進行處理，處理后排出潔凈的符合標準的空氣來凈化空氣，并起到禁煙的目的。

（3）在下水道井蓋下壓入常閉的行程開關，一旦行程開關處于打開狀態，將信號傳入市政機器人中，通過嵌入觸摸屏旁邊的警示燈與蜂鳴器進行報警，以防止行人在行走時掉入下水道中，為行人提供安全保障。

2）關鍵環節

（1）PM2.5及煙霧技術實現：

傳感器GP2Y1010AU0F是通過測量空氣中的正負電荷的平衡來工作的。在傳感器內部，有一小片放射性物質，這種物質能在感應室內流動的空氣中產生一股微小的電流。在市政機器人上，用單片機來監測這股電流。當煙霧粒子進入到感應室后，就會擾亂那里的正負電荷的平衡，同時也會使這股電流發生變化。當煙霧逐漸加重，正負電荷的不平衡性就會加強。當這種平衡性達到一定的限度時，傳感器就會將ADC0804模數轉換芯片轉換的數字量不斷送入單片機中，與設定的安全值不斷進行比較，一旦值超過設定的安全值，單片機控制鼓風機開啟，位于觸摸屏旁邊的洞口將污染的空氣吸入活性碳處理器中，利用活性炭的吸附能力將粉塵顆粒，有毒氣體或煙霧等進行處理，最終通過排氣裝置排出處理后的潔凈空氣，同時觸摸屏上顯示佩戴口罩、減少私家車出行等動畫提醒。其中空氣處理器結構圖如下：

圖1 空氣處理器Figure1 Air handler

（2）溫濕度測量的實現：

DHT22數字溫濕度傳感器AM2302采用簡化的單總線通信。單總線即只有一根數據線，系統中的數據交換、控制均由數據線完成。當環境濕度發生改變時，傳感器將采集到的溫濕度信號，通過AD轉換芯片傳換成數字信號并把信號傳給單片機進行處理。單片機通過內部程序智能的對穿衣指數、溫濕度、風力等信息進行提醒，當溫濕度過高或過低、風力過大時通過觸摸屏以及報警燈提醒人們防寒防暑、佩戴雨傘注意防雷防風等信息。

（3）下水道井蓋的技術實現：

在下水道井蓋下壓入常閉的行程開關，使電位始終處于低電平狀態，一旦行程開關處于打開狀態，就會將電平置為高電平，將信號傳入到控制器內部進行處理并通過嵌入觸摸屏旁邊的警示燈與蜂鳴器進行報警，以防止行人在行走時掉入下水道中，為行人提供安全保障。

3）相應流程圖

圖2 主程序框圖Figure2 Main program block diagram

圖3 傳感器流程圖Figure3 Sensorflowchart

設備啟動時，首先對設備的各個器件進行上電復位，進入判斷按鍵對是否按鍵進行判斷，如果有按鍵就進入，則進入按鍵處理程序；如果沒有按鍵就進入采集子程序進行處理。其整體程序框圖如圖2、圖3所示。

3 總結與展望

當今人們都在不斷追求高質量的生活，但空氣粉塵、煙霧、下水道安全隱患等市政問題也隨之出現，對公眾生活、出行、健康構成較大的威脅，該設備可以有效的緩解上述問題，由于受到目前各種因素的影響，所做的產品雖非十全十美。但隨著經濟條件的提高，科技水平的進步，研發技術的更新，我們有信心在我們的不斷改進與努力下，會進一步完善并豐富其功能，使市政建設逐步走向信息化。

[1]李梅影.必須修改《大氣污染防治法》建議“按日計罰”[N].21世紀經濟報道,2013-03-05(17).

[2]孫搏雅,黃彥輝,曹瑜,等.城市大氣移動監測系統的研究[J].微計算機信息,2006,22(31)：155-157.

[3]黃嶸.上海市交通環境空氣質量監測路邊站發展探索[J].環境污染與防治，2012,34(01)：97-99.

[4]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社,2009：10-30.

[5]譚浩強.C 程序設計[M].3版.北京：清華大學出版社，2005（2007重印）：113-124.

[6]張曉東,計玉芳,蒯申紅,等.基于ISD4004智能語音提示系統設計[J].皖西學院學報，2008(02):69-71.