市政监视仪的研制
【摘 要】该仪器利用PM2.5传感器、烟雾传感器等现代传感器技术采集空气指标，通过模数转换芯片ADC0804处理后传给单片机，单片机通过内部程序智能控制外部的触摸屏、空气处理器等外部设备工作，实现对空气指标的实时显示与处理，该设备可以应用在在车站、商场等公共场所，可对公共场所PM2.5、禁烟、下水道井盖安全等热点市政问题给予解决，具有重要的开发价值和社会意义。
【关键词】PM2.5；烟雾；空气处理；市政问题
0 绪论
2013年以来，中国中东部地区多次遭遇雾霾天气。作为全国政协3号提案，民建中央建议尽快修订并颁布实施《大气污染防治法》。[1]与较粗的大气颗粒物相比，细颗粒物粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。如何使公众能够方便快捷时效地掌握到这些空气指标成为我们新的话题。人们在关注PM2.5与烟雾浓度之余，长沙女孩坠井事件也被公众热议，由于大雨造成路面积水严重，导致长沙一妙龄女孩坠井葬送宝贵生命，因此下水道井盖的安全问题被人们所担忧。
目前关于市政建设的任务迫在眉睫但是关于市政机器人方面的研究国内目前只有，孙搏雅的《城市大气移动监测系统的研究》[2]和黄嵘的《上海市交通环境空气质量监测路边站发展探索》[3]，两篇文章，文献[2]研究了一种新型的城市大气移动监测系统，该系统以城市交通为栽体，依托公共交通工具搭载移动大气监测装置，全面地对整个城市大气进行监测。文献[3]通过对上海市交通环境空气质量监测路边站发展探索，提出建设交通环境空气质量监测路边站。本文将空气质量的现实、报警、处理于一体并将其嵌入机器内部同时实现下水道井盖安全、公交车查询、温湿度提醒等市政问题结合目前在国内还未见过相似报道。
1 设计原理
改系统功能主要有硬件和软件两大部分协调完成，硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换、各种信息的显示、提醒等；软件主要完成信号的处理和控制等。
其中原理是89C51单片机一次查询传感器的输入信号PM2.5、烟雾浓度、温度与湿度[4-5]，然后89C51单片机对输入信号进行相应的处理后通过触摸屏进行相应戴口罩、不开私家车坐公交上班、注意防暑、防雨、防雷等信息的显示和提醒，同时可启动空气处理器处理空气中的粉尘和烟雾并输出各种报警信号。
2 功能实现
1）市政监测仪是一款通过太阳能电池板供电，主要安装在公交车站附近，可实现以下功能：
（1）通过PM2.5传感器GP2Y1010AU0F将采集到的数据经过处理在触摸屏上实时的PM2.5值显示出来。一旦检测出来粉尘颗粒，有毒气体，烟雾颗粒值高于正常值时，通过附在触摸屏旁的外置蜂鸣器报警，并启动鼓风机将周围污染空气吸入处在触摸屏下方的活性炭处理器中进行处理，处理后排出洁净的符合标准的空气来净化空气[6]。
（2）在公交车站附近一旦有人吸烟，通过 HM-603I烟雾传感器检测到烟雾值高于正常值时通过蜂鸣器报警并启动鼓风机将周围污染空气吸入活性炭处理器中进行处理，处理后排出洁净的符合标准的空气来净化空气，并起到禁烟的目的。
（3）在下水道井盖下压入常闭的行程开关，一旦行程开关处于打开状态，将信号传入市政机器人中，通过嵌入触摸屏旁边的警示灯与蜂鸣器进行报警，以防止行人在行走时掉入下水道中，为行人提供安全保障。
2）关键环节
（1）PM2.5及烟雾技术实现：
传感器GP2Y1010AU0F是通过测量空气中的正负电荷的平衡来工作的。在传感器内部，有一小片放射性物质，这种物质能在感应室内流动的空气中产生一股微小的电流。在市政机器人上，用单片机来监测这股电流。当烟雾粒子进入到感应室后，就会扰乱那里的正负电荷的平衡，同时也会使这股电流发生变化。当烟雾逐渐加重，正负电荷的不平衡性就会加强。当这种平衡性达到一定的限度时，传感器就会将ADC0804模数转换芯片转换的数字量不断送入单片机中，与设定的安全值不断进行比较，一旦值超过设定的安全值，单片机控制鼓风机开启，位于触摸屏旁边的洞口将污染的空气吸入活性碳处理器中，利用活性炭的吸附能力将粉尘颗粒，有毒气体或烟雾等进行处理，最终通过排气装置排出处理后的洁净空气，同时触摸屏上显示佩戴口罩、减少私家车出行等动画提醒。其中空气处理器结构图如下：
图1 空气处理器
Figure 1 Air handler
（2）温湿度测量的实现：
DHT22 数字温湿度传感器 AM2302采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由数据线完成。当环境湿度发生改变时，传感器将采集到的温湿度信号，通过AD转换芯片传换成数字信号并把信号传给单片机进行处理。单片机通过内部程序智能的对穿衣指数、温湿度、风力等信息进行提醒，当温湿度过高或过低、风力过大时通过触摸屏以及报警灯提醒人们防寒防暑、佩戴雨伞注意防雷防风等信息。
（3）下水道井盖的技术实现：
在下水道井盖下压入常闭的行程开关，使电位始终处于低电平状态，一旦行程开关处于打开状态，就会将电平置为高电平，将信号传入到控制器内部进行处理并通过嵌入触摸屏旁边的警示灯与蜂鸣器进行报警，以防止行人在行走时掉入下水道中，为行人提供安全保障。
3）相应流程图
图2 主程序框图
Figure 2 Main program block diagram
图3 传感器流程图
Figure 3 Sensor flowchart
设备启动时，首先对设备的各个器件进行上电复位，进入判断按键对是否按键进行判断，如果有按键就进入，则进入按键处理程序；如果没有按键就进入采集子程序进行处理。其整体程序框图如图2、图3所示。
3 总结与展望
当今人们都在不断追求高质量的生活，但空气粉尘、烟雾、下水道安全隐患等市政问题也随之出现，对公众生活、出行、健康构成较大的威胁，该设备可以有效的缓解上述问题，由于受到目前各种因素的影响，所做的产品虽非十全十美。但随着经济条件的提高，科技水平的进步，研发技术的更新，我们有信心在我们的不断改进与努力下，会进一步完善并丰富其功能，使市政建设逐步走向信息化。
【参考文献】
[1]李梅影.必须修改《大气污染防治法》建议“按日计罚”[N].21世纪经济报道，2013-03-05（17）.
[2]孙搏雅，黄彦辉，曹瑜，等.城市大气移动监测系统的研究[J].微计算机信息， 2006，22（31）：155-157.
[3]黄嵘.上海市交通环境空气质量监测路边站发展探索[J].环境污染与防治，2012，34（01）：97-99.
[4]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009：10-30.
[5]谭浩强.C程序设计[M].3版.北京：清华大学出版社，2005（2007重印）：113-124.
[6]张晓东，计玉芳，蒯申红，等.基于ISD4004智能语音提示系统设计[J].皖西学院学报，2008（02）：69-71.
[责任编辑：杨玉洁]