Intelligenta städer har blivit den fjärde vågen efter industrialisering, informatisering och elektrifiering. Byggandet av intelligenta städer är frontlinjen inom global stadsutveckling. Numera är många rör för regnvattenavlopp ofta blockerade, vilket allvarligt påverkar dräneringen och leder till frekvent vattenansamling på vägar, vilket allvarligt påverkar människors liv och resor. Dessutom har brunnslock stulits och skadats då och då under senare år, vilket ibland leder till att fotgängare faller ner i avloppet. Och för mycket trafik på vägarna påverkar också trafiksituationen och människors resor. Så det är mycket nödvändigt att systematiskt hantera alla aspekter av kommunala problem. Samtidigt, när det gäller teknikutveckling, med framstegen inom intelligent sensorteknik för trådlösa sensorer, den snabba utvecklingen och distributionen av NB-IOT mobilkommunikationsteknik samt den snabba populariseringen av bredbandsinternet, ger det också en solid teknisk grund för byggandet av "kommunal förvaltning av intelligenta städer".
1 Systemfunktion
Vi bygger en intelligent kommunal förvaltningsplattform för stadsförvaltare, som samtidigt kan fjärrövervaka statusen för brunnslock, trafikflöde, blockeringar i rörledningar och annan information, vilket i tid kan larma när problem uppstår och ge effektivare lösningar. Produkten kan också slutföra alla operationer visuellt.
2 Grundläggande designidéer
2.1 Övervakning av vattenflödets tillstånd
Varje nod använder ultraljudsmodulen för att detektera vattennivåns höjd och jämför vattennivån mellan de intilliggande noderna för att bedöma om blockering uppstår (om skillnaden i vattennivå mellan de intilliggande noderna är stor kan man anta att dräneringsledningen mellan de två noderna är blockerad, och blockeringens omfattning kan grovt bedömas utifrån höjdskillnaden). Det schematiska diagrammet för blockeringsdetektering visas i figur 1.
Att samla in information om vattennivån vid varje ögonblick används för att skapa en höjdkurva för vattennivån. När vattennivån ökar för snabbt utlöses larmet.
Modulen placeras högst upp i kulverten nära brunnen för att eliminera påverkan av ojämn mark. Principen för ultraljudsavståndsmätning är att mäta den tid det tar för ljudvågen att reflekteras tillbaka från ett hinder efter att den har avfyrats baserat på ultraljudsvågens kända utbredningshastighet i luften, och beräkna det faktiska avståndet från avfyrningspunkten till hindret enligt tidsskillnaden mellan avfyrning och mottagning. När vattennivån i intilliggande noder skiljer sig åt kan det markeras i den övre datorprogramvaran för att lösa problemet snabbare.
2.2 Statusdetektering av brunnstäckning
Gyroskopmodulen används för att detektera förändringar i axelkåpans vinkel, för att bedöma om locket är löst eller öppnat utan anledning, för att uppnå stöldskyddsfunktionen och detektering av löshet.
MPU6050 har funktionen för vinkelacceleration och accelerationsdetektering, och precisionen är mycket hög. Den kan detektera mikroskopiska vinkelförändringar. I2C-kommunikationsprotokollet är mycket enkelt att använda. Mpu6050 kan fästas horisontellt på brunnslocket. När brunnslocket öppnas kan modulen detektera vinkelförändringen och ge feedback. Om brunnslocket är löst, när någon eller ett fordon passerar genom brunnslocket, kommer brunnslockets vinkel att ändras något. Informationen som returneras av MPU6050 kan användas för att bedöma om brunnslocket är löst eller inte. Om brunnslockets lutning är större än 30° bedöms det att brunnslocket är öppet; om vinkeln är -5°~5° med konstant fluktuation bedöms det vara löst.
2.3 Övervakning av ytmiljön
Övervaka ytans temperatur och luftfuktighet, bedöm väderförhållandena och ge specifik feedback.
2.3.1 Fuktighetsdetektering
Genom att installera fuktighetssensorn på innerkanten av brunnslocket, detekteras fuktighetsstatusen i realtid och återkopplas till det centrala processorsystemet för varje nod. När fuktigheten är hög i regnigt väder eller om ytvatten tränger in i sensorn genom kanten av brunnslocket, och fuktigheten överstiger ett visst värde, kommer det centrala processorsystemet att reagera, förbättra kommunikationsfrekvensen med värden och ge återkoppling i realtid, vilket kommer att vara till hjälp för chefer att behärska mer information i händelse av en nödsituation.
2.3.2 Temperaturdetektering
Att montera temperatursensorn under brunnslocket för att samla in och rapportera information om yttemperatur är till hjälp för kommunen att förstå temperatursituationen i olika delar av staden och vidta kylåtgärder i områden med för hög temperatur. (Den övre datorn kan användas för att generera temperaturförändringskurvan och förutsäga den framtida temperaturen)
Temperatursensorn LM35DZ används. Chipet är litet och flexibelt i storlek och har hög noggrannhet. Data kan vara noggranna med två decimaler. Chipet kan använda kommunikationsläge med en enda buss och är enkelt att använda.
2.4 Övervakning av trafikflöde
Bildetekteringsmodulen är installerad på brunnslocket för att detektera trafikflödet och reflektera det till kommunens förvaltningsavdelning som referens.
Det är planerat att använda en geomagnetisk sensor för att övervaka fordonsflödet. Modulen kan detektera magnetfältssituationen noggrant. När fordon passerar kommer det att störa magnetfältet. Om modulen detekterar förändringar i magnetfältet kan den bedöma att det finns fordon som passerar. För närvarande används modulen huvudsakligen för att upptäcka parkeringsplatser. Modulens huvudsakliga fördelar är följande:
(1) Liten och flexibel storlek. Modulen kan enkelt användas i produkter;
(2) Hög känslighet. Modulen är mycket känslig för förändringar i jordens magnetfält och kan detektera fordonsrörelser bortom 3 m;
(3) Ultralåg strömförbrukning. Modulens genomsnittliga arbetsström är mindre än 200 μA. Och arbetsspänningen kan vara så låg som 2,0 V, vilket kan maximera batteriets livslängd (två nr 5 Nanfu-batterier kan fungera i mer än 3 månader, professionella industribatterier med stor kapacitet kan fungera i mer än 5 år, batterier med superstor kapacitet kan till och med fungera i mer än 10 år eller beroende på batteriets hållbarhet).
(4) Enkel och lättanvänd. Modulen har ett switchgränssnitt och en UART-seriell port. Switchgränssnittet kan ge hög och låg nivå. Hög nivå betyder att det finns en bil, låg nivå betyder att det inte finns någon bil; UART-seriell port ger timingstatusrapport, parameterinställning och andra funktioner.
2.5 Dataöverföring
2.5.2 NB-IOT-delen
Nb-IOT-delen används för att skicka information som bearbetas av den centrala styrenheten (Beaglebone) till internet. Att använda NB-IOT för att överföra data har följande fördelar:
(1) NB-IOT-signalen täcker ett brett område, vilket kan säkerställa en smidig överföring av all data till internet;
(2) Nätverkshastigheten kan nå cirka 20 K per sekund, vilket är tillräckligt för att överföra data;
(3) Jämfört med SMS är kostnaden för att använda NB-IOT för dataöverföring lägre;
(4) Det är enkelt att använda seriellt kommunikationsprotokoll
2.5.3 Serverdel
Med tanke på att IP-adressen som används av NB-IOT-modulen tilldelas slumpmässigt, måste användare också logga in på olika IP-enheter, så det är svårt att skicka den insamlade informationen direkt till användarnas enheter. Därför har man valt att använda serverplattformen som dataöverföringsstation. All insamlad information skickas till servern för tillfällig lagring via NB-IOT, och användaren använder den övre datorn för att komma åt servern och hämta informationen.
2.7 Intelligent styrgränssnitt
Den övre datorn hämtar data från serverplattformen och presenterar den för användaren i form av visualisering. Genom det visuella gränssnittet kan användaren intuitivt förstå platsförhållandet mellan varje nod och bekvämt få information om vattennivå, temperatur, luftfuktighet, brunnstäckningsstatus, trafikflöde och annan information för varje nod. När det finns olika onormala förhållanden, såsom blockering, snabb ökning av vattennivån eller onormal brunnstäckningsstatus, kan användaren i tid återkoppla status- och platsinformationen.
Den övre datorn använder API:et från Baidu Map för att visa kartan över det övervakade området på webbsidan, och varje nod är markerad på kartan, vilket är mycket uppenbart. Med hjälp av Django-arkitekturen i Python och HTML, JS och andra språk presenteras data som samlats in av varje nod i form av ett diagram på webbsidan, och du kan kontrollera det genom att klicka på taggen. Samtidigt kan larmfunktionen informera användaren om problem i tid.
- Övergripande blockschema
Systemets övergripande blockschema visas i figur 4, och följande funktioner har slutligen realiserats:
(1) Inbrottslarm, använd nätverket för att informera kommunala avdelningar för att lösa problemet med att brunnstäckning saknas i tid.
(2) Löst larm, eliminera den potentiella säkerhetsrisken som orsakas av skador på brunnslocket för fotgängare.
(3) Larm för blockering av rörledningar, i det visuella gränssnittet för att visa blockeringen, för att hjälpa städavdelningen att städa upp i tid, eliminera dolda faror och förhindra uppkomsten av vattenmättnad i städer.
(4) Mät marktemperaturen och skicka tillbaka data.
(5) Mät vattennivån och skicka tillbaka data.
(6) Detektera markfuktigheten och öka sändningsfrekvensen när fuktigheten ökar, vilket är användbart för varning för kraftigt regn.
(7) Detektera fordonsflöden, skicka tillbaka data i realtid och underlätta trafikhanteringen.
(8) Visa den returnerade informationen i visualiseringsgränssnittet och utför motsvarande bearbetning och klassificering, vilket ger en bekväm driftsmiljö för kommunala avdelningar.
(9) Upprätta databasen för att lagra returnerade data för enkel användning och analys.
4 Avslutande kommentarer
Systemet syftar till att bygga en intelligent kommunal förvaltningsplattform för staden för att ge allmänheten ett bekvämare och säkrare liv. Att använda brunnsskyddet som en regional konvergensnod, centraliserad överföring och intelligent bearbetning av insamlad data är en viktig innovation i projektet. Med hänsyn till dränering, trafik, trafiksäkerhet och annan kommunal information är byggandet av en smart stad en höjdpunkt i projektet. Även om det fortfarande finns vissa problem med strömförsörjning och antenn, är de inte svåra för ingenjörer att lösa, vilket kan ge större garantier för människors säkerhet och livskvalitet.
