基于GSM的道路積水監測系統設計

彭勇　向云南

摘 要：本文針對現有道路積水測量裝置的缺陷，提出了一種新型道路積水監測方案，利用GSM網絡發布超聲波檢測到的水位信息，本設計安裝方便，思路巧妙，成本低，能解決當前面臨的道路積水檢測水位數據發布不到位等實際問題，具有廣泛的市場前景。

關鍵詞：超聲監測；GSM遠程控制；無線控制；短信控制

1 研究背景

2011 年以來，每到汛期，全國不少大中城市都因暴雨天氣出現嚴重積水內澇。城區特大暴雨降臨后，往往造成城區道路大面積積水，城市排水管網不堪重負，路積水、下立交積水等，導致城市交通癱瘓，嚴重的還造成市民被困車輛中喪生，成人員和財產的重大損失。每年續期由于暴雨、管理不到位、設備故障等原因，都會發生數起道路積水情況，給城市交通和人民生命財產安全造成較大影響。為及時掌握城市地下排水管網地下積水情況，最大限度減輕再犯性強降雨帶來的損失，提高和完善城市地下排水管網的管理及自動檢測水平，逐步實現地下排水管網管理業務的信息化，需要建設城市道路積水監控自動偵測及預警系統。

2 硬件設計

利用自行設計的傳感器對道路積水進行檢測，經主控制器CPU運算處理輸出進行控制GSM模塊發送報警信息給遠程手機，同時也控制本地電子顯示器進行積水提示。

本系統的操作工作原理是通過遠程電話發送信息或者315MHz遙控器進行控制?？刂破鹘邮罩噶?，控制系統開機、關機或者進行數據查詢。并將水位信息通過本地顯示或遠程數據發送，完成水位監測功能。

2.1 水位檢測

超聲波距離檢測采用HC-SR04模塊，能夠實現10cm-500cm距離的檢測，精度高達1mm；包括超聲波發射探頭、接收器探頭與MCU控制器。

2.2 本地控制

本設計采用315MHz無線遙控器對系統進行本地控制，按下遙控器上的A鍵，系統啟動工作，按下遙控器上的B鍵，系統停止工作。系統只有要啟動工作后，才會打開水位檢測模塊。

2.3 顯示與報警

采用液晶屏對系統的工作狀態進行顯示，水位未超過設定值時，顯示出當前的水位信息，若水位超過設定值，顯示屏將顯示出“積水過深，請繞行”提示行人和車輛，同時通過GSM模塊給遠程控制端發送報警信息，以便工作人員對此道路的積水進行及時處理。

2.4 遠程控制

采用上海移珍遠通信的M35四頻工業模塊來實現遠程控制與查詢。工作人員可以通過設定好的手機發送指令讓系統開啟工作和停止工作，也可以發送指令讓系統報告當前的水位信息。

2.5 主控制器

采用STC的STC12C5A60S2單片機來完成。單片機檢測到來自本地或者是遠程的開啟信號后，開啟系統平臺，并利用超聲波模塊檢測水位信息，并顯示到液晶屏上，若此時水位超過設定值，單片機通過串口發送AT指令給GSM模塊，并利用GSM模塊將報警信息發送至遠程控制端。單片機檢測到遠程控制端發過來的讀取信息后，自動將水位信息發送給遠程控制端。

3 總結與展望

3.1 創新點

1、通過遠程電話網對異地的積水檢測系統實現智能控制，控制器可以實現開機、關機和水位查詢功能；

2、控制器可進行無線遙控器控制，并可隨時開機、關機和水位基準設置；

3、突破了傳統的積水檢測裝置，不需進行專門的布線，不用預先進行積水檢測器的埋地工作，使用靈活方便，節約了成本。

4、檢測裝置可進行太陽能電池供電，不需要進行電源線的鋪設。

3.2 關鍵技術

1、GSM遠程控制；

2、315MHz無線控制；

3、接收電路與執行電路設計確保動作準確無誤，確保功耗小于0.3W；

4、低功耗（<10mW）遠距離（有障礙物25M）無線控制；

5、智能控制器硬件電路的小型化、標準化；

6、執行控制器的電磁兼容性設計。

3.3 主要技術指標

1、無線通訊模塊：通訊距離半徑大于500m，模塊功耗<10mW。

2、電源：DC5V。

3、功耗：主控制器（中心）功耗<1W；執行控制器<0.5W。

4、適應工作環境范圍：溫度-10～50℃；濕度≤90%RH。

3.4 先進性分析

近年來，陸陸續續有一些廠家，推出了可以進行道路積水檢測的產品，但其功能并不實用。直至目前為止還沒有哪家公司提出的道路積水檢測模型結合了GSM遠程傳輸的控制。

鑒于以上現象，本設計采用了GSM遠程控制。手機屬雙工通信手段。因此，利用手機進行遠程控制具有很大的優越性。操作者可以通過短信即時了解受控對象的相關信息，從而進行進一步的操作。積水檢測這一課題目前已有涉足者，但現在還僅限于實驗室階段，實際應用不大，尤其是對于實現智能控制尚有很大的差距。本作品正是針對這一點進行了較大改進，采用單片機加GSM進行智能控制，利用不同的短信進行不同的操作，從而使操作者能夠及時了解受控方信息，使產品達到交互式與智能化。

綜上所述，本系統具有如下設計特點：

1、控制的標準化：對GSM遠程控制系統以短信作為系統控制命令，以中國移動和中國聯通網絡作為傳輸介質，使用戶可以在遠端利用移動電話發送短信，實現對設備的遠程控制。

2、無線通訊的標準化：主控制器與遙控器之間是通過無線通訊控制，無線通訊在業余頻段，符合國家相關法規與標準，編碼發送，不產生干擾信號。

3、電磁兼容性設計與抗干擾設計。

4、系統微功耗節能設計小于國際微功耗控制標準。

5、系統經濟實用，結構簡單，成本低。

本系統有效地利用了現有的移動網絡資源、無線電通信技術和計算機控制技術等實現了道路積水檢測的遠程、遙控器本地的智能化控制，系統具有結構簡單，成本低，適應性強的特點，在該領域走在國內的前列。

3.5 使用說明

1、本裝置由一臺控制器、超聲波檢測器和遙控器組成；

2、把超聲波檢測器插入控制器的電話口，接入電源或太陽能電池；

3、通過遠程手機發送短信ST3Z指令使控制器開機，發送CA3Z指令查詢當前水位，發送SP3Z指令使控制器關機。

4、通遙控器的D鍵使控制器開機，A鍵使控制器關機。

3.6 技術特點和優勢

1、該系統有效地利用了現有的移動網絡資源、無線電通訊技術、超聲波檢測技術和計算機控制技術等來實現遠程智能控制，不需進行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。

2、系統經濟實用，結構簡單，成本低。

3、可以擴展應用于多路道路檢測，實現對無人值守崗位的遠程控制。

4、與現有技術相比，本裝置體積小、功能強、智能化高、操作簡單可靠，根據短信即可完成所有操作；安裝方便，無線通訊性能穩定；該產品安全環保、節能、高效率。

3.7 適用范圍

本系統屬于智能道路積水檢測系統，產品體積小、功能強、智能化程度高、操作簡單可靠，適合安裝于涵洞以及需要進行積水檢測的道路，實現對積水信息的實時掌控和遠程查詢，也可擴展應用于對工業現場設備的檢測。

3.8 可能存在的問題

系統設計過程中可能會存在檢測精度不高的問題，誤操作誤報警等問題，我們相信通過我們有能力通過完善系統平臺的硬件條件和軟件程序，一定能在設計過程中克服以上問題。

參考文獻

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