基于GSM的道路积水监测系统设计

彭勇　向云南

摘 要：本文针对现有道路积水测量装置的缺陷，提出了一种新型道路积水监测方案，利用GSM网络发布超声波检测到的水位信息，本设计安装方便，思路巧妙，成本低，能解决当前面临的道路积水检测水位数据发布不到位等实际问题，具有广泛的市场前景。

关键词：超声监测；GSM远程控制；无线控制；短信控制

1 研究背景

2011 年以来，每到汛期，全国不少大中城市都因暴雨天气出现严重积水内涝。城区特大暴雨降临后，往往造成城区道路大面积积水，城市排水管网不堪重负，路积水、下立交积水等，导致城市交通瘫痪，严重的还造成市民被困车辆中丧生，成人员和财产的重大损失。每年续期由于暴雨、管理不到位、设备故障等原因，都会发生数起道路积水情况，给城市交通和人民生命财产安全造成较大影响。为及时掌握城市地下排水管网地下积水情况，最大限度减轻再犯性强降雨带来的损失，提高和完善城市地下排水管网的管理及自动检测水平，逐步实现地下排水管网管理业务的信息化，需要建设城市道路积水监控自动侦测及预警系统。

2 硬件设计

利用自行设计的传感器对道路积水进行检测，经主控制器CPU运算处理输出进行控制GSM模块发送报警信息给远程手机，同时也控制本地电子显示器进行积水提示。

本系统的操作工作原理是通过远程电话发送信息或者315MHz遥控器进行控制。控制器接收指令，控制系统开机、关机或者进行数据查询。并将水位信息通过本地显示或远程数据发送，完成水位监测功能。

2.1 水位检测

超声波距离检测采用HC-SR04模块，能够实现10cm-500cm距离的检测，精度高达1mm；包括超声波发射探头、接收器探头与MCU控制器。

2.2 本地控制

本设计采用315MHz无线遥控器对系统进行本地控制，按下遥控器上的A键，系统启动工作，按下遥控器上的B键，系统停止工作。系统只有要启动工作后，才会打开水位检测模块。

2.3 显示与报警

采用液晶屏对系统的工作状态进行显示，水位未超过设定值时，显示出当前的水位信息，若水位超过设定值，显示屏将显示出“积水过深，请绕行”提示行人和车辆，同时通过GSM模块给远程控制端发送报警信息，以便工作人员对此道路的积水进行及时处理。

2.4 远程控制

采用上海移珍远通信的M35四频工业模块来实现远程控制与查询。工作人员可以通过设定好的手机发送指令让系统开启工作和停止工作，也可以发送指令让系统报告当前的水位信息。

2.5 主控制器

采用STC的STC12C5A60S2单片机来完成。单片机检测到来自本地或者是远程的开启信号后，开启系统平台，并利用超声波模块检测水位信息，并显示到液晶屏上，若此时水位超过设定值，单片机通过串口发送AT指令给GSM模块，并利用GSM模块将报警信息发送至远程控制端。单片机检测到远程控制端发过来的读取信息后，自动将水位信息发送给远程控制端。

3 总结与展望

3.1 创新点

1、通过远程电话网对异地的积水检测系统实现智能控制，控制器可以实现开机、关机和水位查询功能；

2、控制器可进行无线遥控器控制，并可随时开机、关机和水位基准设置；

3、突破了传统的积水检测装置，不需进行专门的布线，不用预先进行积水检测器的埋地工作，使用灵活方便，节约了成本。

4、检测装置可进行太阳能电池供电，不需要进行电源线的铺设。

3.2 关键技术

1、GSM远程控制；

2、315MHz无线控制；

3、接收电路与执行电路设计确保动作准确无误，确保功耗小于0.3W；

4、低功耗（<10mW）远距离（有障碍物25M）无线控制；

5、智能控制器硬件电路的小型化、标准化；

6、执行控制器的电磁兼容性设计。

3.3 主要技术指标

1、无线通讯模块：通讯距离半径大于500m，模块功耗<10mW。

2、电源：DC5V。

3、功耗：主控制器（中心）功耗<1W；执行控制器<0.5W。

4、适应工作环境范围：温度-10～50℃；湿度≤90%RH。

3.4 先进性分析

近年来，陆陆续续有一些厂家，推出了可以进行道路积水检测的产品，但其功能并不实用。直至目前为止还没有哪家公司提出的道路积水检测模型结合了GSM远程传输的控制。

鉴于以上现象，本设计采用了GSM远程控制。手机属双工通信手段。因此，利用手机进行远程控制具有很大的优越性。操作者可以通过短信即时了解受控对象的相关信息，从而进行进一步的操作。积水检测这一课题目前已有涉足者，但现在还仅限于实验室阶段，实际应用不大，尤其是对于实现智能控制尚有很大的差距。本作品正是针对这一点进行了较大改进，采用单片机加GSM进行智能控制，利用不同的短信进行不同的操作，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。

综上所述，本系统具有如下设计特点：

1、控制的标准化：对GSM远程控制系统以短信作为系统控制命令，以中国移动和中国联通网络作为传输介质，使用户可以在远端利用移动电话发送短信，实现对设备的远程控制。

2、无线通讯的标准化：主控制器与遥控器之间是通过无线通讯控制，无线通讯在业余频段，符合国家相关法规与标准，编码发送，不产生干扰信号。

3、电磁兼容性设计与抗干扰设计。

4、系统微功耗节能设计小于国际微功耗控制标准。

5、系统经济实用，结构简单，成本低。

本系统有效地利用了现有的移动网络资源、无线电通信技术和计算机控制技术等实现了道路积水检测的远程、遥控器本地的智能化控制，系统具有结构简单，成本低，适应性强的特点，在该领域走在国内的前列。

3.5 使用说明

1、本装置由一台控制器、超声波检测器和遥控器组成；

2、把超声波检测器插入控制器的电话口，接入电源或太阳能电池；

3、通过远程手机发送短信ST3Z指令使控制器开机，发送CA3Z指令查询当前水位，发送SP3Z指令使控制器关机。

4、通遥控器的D键使控制器开机，A键使控制器关机。

3.6 技术特点和优势

1、该系统有效地利用了现有的移动网络资源、无线电通讯技术、超声波检测技术和计算机控制技术等来实现远程智能控制，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。

2、系统经济实用，结构简单，成本低。

3、可以扩展应用于多路道路检测，实现对无人值守岗位的远程控制。

4、与现有技术相比，本装置体积小、功能强、智能化高、操作简单可靠，根据短信即可完成所有操作；安装方便，无线通讯性能稳定；该产品安全环保、节能、高效率。

3.7 适用范围

本系统属于智能道路积水检测系统，产品体积小、功能强、智能化程度高、操作简单可靠，适合安装于涵洞以及需要进行积水检测的道路，实现对积水信息的实时掌控和远程查询，也可扩展应用于对工业现场设备的检测。

3.8 可能存在的问题

系统设计过程中可能会存在检测精度不高的问题，误操作误报警等问题，我们相信通过我们有能力通过完善系统平台的硬件条件和软件程序，一定能在设计过程中克服以上问题。

参考文献

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