基于wsn与gsm城市垃圾智能监测系统设计

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1、基于WSN与GSM城市垃圾智能监测系统设计　　摘要：针对现代社会中日益突出的城市垃圾问题，提出了一种利用WSN（无线传感器网络）技术对城市垃圾箱状态进行实时监测的设计。通过安装在垃圾箱上的传感器装置，检测垃圾箱装载程度以及是否有物体燃烧等，利用GSM网络将垃圾箱状态信息实时发送到清洁管理人员手持移动设备上，了解垃圾箱当前状态并及时采取处理措施，防止垃圾过多造成的环境污染以及影响城市面貌，同时避免在人口密集地方垃圾燃烧产生的有害物质对市民的危害。通过大量的研究和系统实地测试，结果表明该设计方案有效可行，数据能够准确可靠传输，发生异常时信息通过短信方式能及时发送到手机设备上。本文网络版地址：h

2、ttp：//www.eepw.com.cn/article/170158.htm关键词：城市垃圾问题；WSN；GSM；垃圾箱状态；实时监测DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.006引言5随着社会经济的快速发展和城市人口的高度集中，城市垃圾问题变得日益突出。据统计，我国城市生活垃圾平均每年以10%的速度递增。全世界每年产生4.9亿吨垃圾，而中国每年就产生近1.5亿吨的城市垃圾，到2010年全国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨[1-2]。城市街道、社区以及旅游景区等地方，经常会出现垃圾堆积成山状况，特别是一些地方的垃圾箱由于不能及时得到清理导致垃圾过多，

3、严重污染环境以及影响城市面貌，同时由于人为或自然因素导致垃圾燃烧而产生有害气体，特别是在一些商业街区、火车站、景区等人员密集的地方，不但污染空气，而且对人体造成危害，甚至可能引发火灾。针对以上问题，设计了一种基于WSN和GSM技术，以城市中垃圾箱为监测对象，对垃圾箱状态进行检测并将信息反馈到移动终端设备实时监测系统。文中对系统总体框架、WSN组网、具体硬件电路实现以及软件设计等方面进行了详细分析设计，通过实验证明了设计的可行性、稳定性以及实用性。系统总体架构原理根据城市中垃圾箱分布特点，采取区域划分的方式进行监测管理，把所有垃圾箱划分为若干个区域，选取距离较近垃圾箱组成一个无线传感器监测网

4、络，采用“多跳”路由通信方式，把垃圾箱状态信息发送到汇聚节点整合处理，利用GSM网络转发到清洁管理人员手持移动设备上，实时了解垃圾箱当前状态。系统总体结构如图1所示。传感器节点5传感器节点主要完成数据的采集。由于节点需要长时间运行，应采用最低端的MCU，硬件电路结构尽量简单，最大程度降低功耗。选取Chipcon公司推出的CC2430[4]芯片，它的功能模块集成了CC2420RF收发器、增强工业标准的8051MCU、8通道8～14位ADC、可选32/64/128KB闪存、8KBSRAM等，具有超低能耗。考虑到传感器节点实际工作环境和节点低功耗要求，采取“太阳能和充电电池”联合供电模式，太阳能

5、电池板通过充放电控制电路与充电电池相连，充电电池经电源管理电路向节点供电。传感器节点结构如图3所示。汇聚节点汇聚节点应具有较强的处理、存储和通信能力，采用三星公司的S3C2410作为汇聚节点的主控制器，S3C2410最高工作频率达203MHz，体积小、功耗低，拥有丰富片外资源，汇聚节点硬件结构如图4所示。电源模块使用直流电源和电池相结合供电，电源管理芯片具有电平转换以及对电池进行充电等功能。节点提供JTAG调试接口，只需外接调试器即可进行系统在线调试，方便系统程序的二次开发。无线收发模块采用CC2430外加低功耗、高性能射频前端CC2591[5-6]芯片，通信距离可达1km以上，增加网络覆

6、盖的范围，增强节点的无线收发能力。系统软件设计节点软件设计5节点软件设计包括传感器节点和汇聚节点。传感器节点主要完成对垃圾箱状态信息采集处理，并通过射频通信模块将处理后的数据传输给汇聚节点。为了降低系统功耗，节点采取“发送-休眠-发送”工作方式，节点以一定的周期采集现场状态信息，并将采集的数据进行处理，提取监测对象状态的特征信息，判断是否发生异常，传感器节点工作流程如图5所示。汇聚节点主要负责整个无线传感器网络的建立、维护以及所有传感器节点数据汇集处理，并将数据通过GSM以短信方式发送至管理人员手机。GSM短信息发送设计控制器S3C2410利用AT指令控制GSM模块通过短信息与终端设备通信

7、，选择Siemens公司推出TC35i[7]作为无线通信GSM模块，可以快速安全可靠的实现数、语音传输、短消息服务（SMS）和传真。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU（协议数据单元）模式的短消息。短信息发送流程如图6所示。设计采用PDU模式收发短信，不仅支持中文短信息，也能发送英文短信息，汉字采用十六进制Unicode编码字符。TC35i常用AT命令如下：5选择成都理工大学校园内的10个垃圾箱作为测试对象，在每个垃圾