地下综合管廊井盖的安全监控系统设计

摘要

地下综合管廊是一种新型市政基础设施，对于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景观、促进城市发展具有重要作用。因此，应用于地下综合管廊上的智能井盖被人们所关注与研究，本文致力于研究一种能实现远程监控综合管廊井盖安全的控制系统，但考虑到现实问题，位于地面上的井盖避免不了被汽车碾压的情况，因此需要识别汽车碾压井盖与其它重物击打井盖振动的不同，系统通过nRF24L01无线通信和RS-485有线通信的双回路冗余通信将报警信号传输至远端监控中心，并通过GPRS功能将报警信息发送至监管人手机，保证综合管廊井盖的安全。平时工作人员维修时，需要主机对某个井盖授权，然后通过遥控器来打开各个井盖，否则就会报警，整个系统包含三个子系统:
　　1)遥控器，遥控器上有设定键、增加/打开键、确认/换位键，减少键，电源键，输入指定的井盖编号和正确的授权码，通过无线网络可以打开任意地址编码井盖上的电磁铁锁具，然后用扳手打开井盖。
　　2)主机控制盒，放置在远端监控中心，当打开某个井盖时，主机通过无线网络和RS-485总线发送授权码给被打开井盖，然后遥控器设定授权码打开井盖。当行程开关检测到某个井盖被撬开或振动传感器受到暴力撞击企图砸碎井盖非法进入时，从机会发送报警信号给主机，主机发出警报声，在数码管上显示报警井盖的地址编码并发送报警短信给监管人。
　　3)每个井盖上都有个从机控制盒，平时从机处于接收状态，当主机发送的经过加密的授权码以广播式传输时，被授权的从机数码管上显示解密后的授权码，并等待遥控器的打开信号。如果发生偶然情况报警信息与授权信息同时到达某从机，无线模块具有多通道双向传输功能，并不发生冲突。
　　本文首先阐述了无线网络技术和现场总线技术现状与汽车的相关振动情况，并简要介绍了nRF24L01和RS-485总线。其次对振动信号采集和分析处理的理论进行相关论述，介绍了振动信号采集的参数与信号采样定理及信号的混频，然后是信号的分析处理，包括对时域信号的统计处理、概率分布和时频变换方法—傅利叶变换。然后设计了系统总体方案，对无线网络通信、有线通信和路由协议的选择做了较为详细的说明，并从硬件设计和软件设计层面将本系统具体化，最后进行实验测试，测试结果表明该系统通信正常，达到设计要求并得出识别汽车碾压井盖与铁锤击打井盖的方法。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 短距离无线网络技术

1．2．2 nRF24L01概述

1．2．3 现场总线技术概述

1．2．4 RS-485总线的特点及应用

1．3 本文主要研究内容及总体构架

2．1 总体方案

2．2 无线网络方案

2．2．1 nRF24L01芯片特性

2．2．2 节点通道地址的设置

2．3 无线网络的路由协议选择

2．3．1 网络拓扑结构

2．3．2 路由协议分类

2．3．3 路由协议的确定

2．4 RS-485有线通信方案

2．4．3 RS-485总线组网方式

2．5 汽车振动

2．6 本章小结

第三章 系统的硬件设计

3．1 主机控制盒硬件设计

3．1．1 STC12C5A32S2芯片简介及电路设计

3．1．2 无线通信模块

3．1．3 MAX485接口芯片

3．1．4 数码管显示

3．1．5 按键电路

3．1．6 电源模块

3．1．7 蜂鸣器报警电路

3．1．8 短信报警模块

3．2 从机控制盒硬件设计

3．2．1 井盖状态检测电路

3．2．2 汽车振动信号采集电路

3．3 遥控器硬件设计

3．4 本章小结

第四章 系统的软件设计

4．1 软件开发环境

4．2 主机的程序设计

4．2．1 主程序设计

4．2．2 中断服务函数程序设计

4．2．3 主机中nRF24L01的程序设计

4．2．4 主机中485通信的程序设计

4．2．5 短信报警程序设计

4．3 从机的程序设计

4．3．1 授权和报警信号的程序设计

4．3．2 汽车振动信号采集与处理的程序设计

4．4 遥控器的程序设计

4．5 本章小结

第五章 实验测试

5．1 通信距离测试

5．2 抗干扰测试

5．3 通信能力测试

5．4 振动试验与结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果

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