智能地陷监测双能源路灯系统

贾财军 甘家强 李成新 孔顺莲

摘要：单片机ESP8266的地陷监测以ESP8266单片机为核心，利用传感器作为信息采集模块，电子显示屏作为显示模块，构建组成整个ESP8266地陷检测系统。此系统可以用于道路两旁、私人居地附近的环境地陷情况数据采集。系统用计算机Blynk服务器作为开发平台，将土壤湿度传感器和振动传感器采集到的数据实时传输到单片机ESP8266进行处理分析，得出测量地区的地陷结果。

关键词：ESP8266;地陷监测;互联网;监测系统

计算机硬件技术和测量仪器的快速发展，使得各种先进的检测技术、信息监测设备也层出不穷，并且广泛应用于社会生活的方方面面。单片机地陷监测系统能够以经济，高效的方式实现地质参数精准采集，实现对地质结构和地质条件的实时监测。单片机ESP8266智能地陷检测系统是通过利用一个主干联网的STA模式使所有路灯和在各个分支AP模式下工作的，大部分路灯将监测到的数据利用IOT技术显示在手机APP并由控制系统进行语音报警和灯光警示。

一、单片机ESP8266的地陷监测系统概述

1.1 单片机ESP8266的地陷监测系统概述

单片机ESP8266的地陷监测系统架构设计中，负责地陷参数采集的是振动传感器和土壤湿度传感器，使用调试传感器时，因其支持两种通信协议，会导致单片机ESP8266的地陷监测系统存在检测数据混乱。与传统的地陷监测系统相比，新型地陷监测系统引进太阳能以及风能供能的双能源技术，能解决城市地面塌陷造成人生安全事故的问题。单片机ESP8266的地陷监测系统主要在已有路灯的基础上再添加供电系统、报警系统、数据传输系统、监测系统等先进技术组成可对地下情况实时监测的装置。在数据采集完成后，用锂离子电池将白天收集的电能储存起来，保证该装置24小时进行地下监测。单片机ESP8266的地陷监测系统原理、代码都依据此技术展开。单片机ESP8266的地陷监测系统通过总线模式与单片机通讯，在Blynk上搭建可视化平台实现湿度的可视功能。系统总体结构框图如1-1所示。系统电路架构设计ESP8266-10C系列的单片机，既可以当MCU使用，也可以将地陷检测的物理设备链接到无线网络上实现物联网功能。

二、单片机ESP8266的地陷监测系统方案设计

2.1 单片机ESP8266的地陷监测系统结构概述

单片机ESP8266的地陷监测系统是利用土壤传感器湿度计检测模块、高灵敏振动传感器SW-1801P模块等系列传感器组成，当土壤传感器湿度计检测模块监测到地下数据有异于往常值，而高灵敏振动传感器模块SW-1801P感应到地下发生位移振动时，立即发出响应并通过AP+STA模式传输预警信息。它的控制系统主要是用ESP8266 NODE MCU单片机作为数据处理中心进行各部件的统筹协调。所以，在设计电路时一定要考虑到电路纹波的问题，因此我们因在稳压器件的前后两级加上滤波电路。其OLED显示电路是通过单总线读取地陷状况输出的显示屏信息。单片机ESP8266的地陷监测系统的软件包括主程序DHT11、地陷深度读取程序、OLED显示程序、BLYNK服务器等主要模块。其主程序主要利用了开发环境中的集成库，通过对系统及传感器进行初始化，然后显示并上传地陷监测实时信息。其电路原理图如图1-2。

三、单片机ESP8266的地陷监测系统硬件设计

3.1 单片机ESP8266的地陷监测系统硬件组件

单片机ESP8266的地陷监测系统数据采集部分采用ESP8266串口WIFI模块，加上前端网页共同组成一套完整的监测系统。系统主控采用ESP8266串口WIFI模块，需要进行大量数据传输任务。因为系统自带的配置串口K作为WIFI传输部分，更换串口不是因为串口K配置不对，而是因为取消显示屏的原因，导致DMA配置部分存在遗漏而传输失败。同时，采用的是正点原子开发板的配套传输设备模块，所以直接移植了系统服务器自带的例程，采用的是TCP模式，采集终端作为客户端，可以启用手动输入模式并取消显示屏部分。电源的滤波电容程序在CH360中下载，其设计架构采用的是USB总线的转接片CH360芯片。单片机ESP8266的地陷监测系统建设所需材料有光伏组件、高灵敏振动传感器SW-1801P模块、土壤传感器湿度计检测模块、ESP8266 NODE MCU单片机、AP+STA模式技术、锂离子蓄电池、蜂鸣器、面包板、电阻导线等等。它的关键技术在于将AP+STA模式技术、整流器转换技术、风力发电等先进技术手段在串口方式下，实现动态监测并发出联络信号。

3.2 单片机ESP8266的地陷监测系统硬件检测

地陷监测系统硬件组成部分主要由主控器、电源电路、信号收发模块和传感器4部分组成。整个系统使用的主处理器为ESP8266单片机，拥有128KB闪存、40KB SRAM和43个I/O接口，可将I/O接口配置为数字检测信号输入/输出端口。根据地陷监测数据手册发现串口L的复用重映射引脚被串口L、N占用了，改成ADC采集模拟量，最终获得地陷测量技术核心参数。因为检测服务器需要接收到数据后才开始采集终端部分的数据，所以要保证数据的实时性。采用PHP和服务器交互，能够实时显示采集到的数据。ESP8266工作温度范围在-10℃至115℃间，性能稳定、安全可靠。系统选用ESP-01型ESP8266模块，可使用串口的无线STATION（COM-STA）模式和串口的无线AP+STA（COM-AP&STA）模式。單片机与ESP8266模块需要的传感器需要的供电电压为4.0-5.0V，所以需要选用稳定持续的供电系统来提供4.5V～5V电压的电压源

四、单片机ESP8266的地陷监测系统软件分析

4.1 单片机ESP8266的地陷监测系统软件分析

单片机地陷监测系统是一种基于ESP8266地陷预警系统。其数据传输系统是通过ESP8266单片机利用一个主干联网的STA模式和各个分支AP模式，使主干联网的在STA模式下工作的大部分路灯将监测到的数据显示在手机APP并在监测到数据有异于正常值时发送警报信息。它的控制系统主要是将DHT11传感器进行初始化操作，接着传感器就开始采集被监测环境的数据。在检测到有数据传送过来时，系统将对传感器进行读操作。单片机ESP8266会将读取到的数据上传到服务器，在系统软件上通过组件的方式显示出来。ESP8266工作系统具备COM-AP模式、COM-STATIOM模式和COM STA+AP模式，每个模式串口的无线AP模式是将模块作为热点来实现信息交互。单片机ESP8266的地陷监测系统通过软件系统与路由器连接将信息传输至管理云服务器，能实现移动客户端远程接收监测消息功能。

五、结束语：

单片机ESP8266的地陷监测系统主要是通过ATGm336H定位模块的功能来对各个路灯进行精确定位，当城市管理人员收到警报信息的第一时间赶到地陷发生地点，及时修理塌陷路段，杜绝伤亡的发生。包括ESP8266无线通信模块，外围设备通过单片机处理模块与ESP8266无线通信模块进行数据双向传输，实现对室内环境的监测及控制。以ESP8266芯片的电路为基础，外部加上温湿度传感器模块DHT11以及其它相应的外围电路形成的温湿度检测系统。AO模拟输出，可以连接单片机的AD口检测滴在上面的雨量大小。系统内的电容对电源进行滤波，让电源输出更稳定，保证模拟信号输出的稳定性。单片机ESP8266的地陷监测系统的软、硬件系统具有很好的通用性和实际使用价值。它主要是通过ATGm336H定位模块的功能来对各个路灯进行精确定位。单片机ESP8266的地陷监测系统结合路灯能有效预防地陷灾害的发生，降低了人员伤亡事故，其应用市场是非常广阔的。

参考文献

[1] 王东峰.单片机原理及运用实验教程[M].合肥：合肥工业大学出版社，2018.

[2] 黄贵祯.传感器工作原理及应用实例[M].人民邮电出版社，2017.

[3] 郭成隆.数字电子技术[M].西安电子科技大学出版社，2017.