广告牌危险性在线监测报警装置论文和设计-线媛媛

全文摘要

本实用新型涉及广告牌危险性在线监测报警装置，有效的解决了现有装置无法实时监测广告牌安全状况，监测情况受外部环境影响较大的问题；其解决的技术方案是包括固定连接在墙面的广告牌，包括感知层、网络层和应用层，感知层包括干簧开关，干簧开关正前方设有永久磁铁，感知层还包括陀螺仪和摄像头，陀螺仪和摄像头电连接，摄像头和网络层电连接；网络层包括无线传输网络，无线传输网络采用Zigbee无线控制收发模块将感知层采集的数据传输给树莓派，构建区域性无线传感网络，树莓派在接收到数据后分析处理并计入数据库；应用层包括和树莓派相连的声光报警器；本实用新型可以达到降低广告牌因自身危险性给人、物带来伤害或损失的概率，减少事故的发生。

主设计要求

1.广告牌危险性在线监测报警装置，包括固定连接在墙面的广告牌，其特征在于，包括感知层、网络层和应用层，所述的感知层包括固定连接在墙面的干簧开关，所述的干簧开关正前方设有固定连接在所述的广告牌上的永久磁铁，所述的感知层还包括固定连接在所述广告牌上的陀螺仪和摄像头，所述陀螺仪和摄像头电连接，所述的摄像头和所述的网络层电连接；所述的网络层包括无线传输网络，所述的无线传输网络采用Zigbee无线控制收发模块将感知层采集的数据传输给树莓派，构建区域性无线传感网络，所述的树莓派在接收到数据后分析处理并计入数据库；所述的应用层包括和所述树莓派相连的声光报警器。

设计方案

所述的网络层包括无线传输网络，所述的无线传输网络采用Zigbee无线控制收发模块将感知层采集的数据传输给树莓派，构建区域性无线传感网络，所述的树莓派在接收到数据后分析处理并计入数据库；

所述的应用层包括和所述树莓派相连的声光报警器。

2.根据权利要求1所述的广告牌危险性在线监测报警装置，其特征在于，所述的陀螺仪为MPU6050陀螺仪，所述的陀螺仪内集成有加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的广告牌危险性在线监测报警装置，其特征在于，所述的Zigbee无线控制收发模块内集成有射频CC2530芯片，所述的射频CC2530芯片内集成有无线射频RF收发器，所述的Zigbee无线控制收发模块内集成有Zigbee协调器模块，所述的Zigbee协调器模块通过Arduino+ZigBee开发板与所述的树莓派相连。

4.根据权利要求1所述的广告牌危险性在线监测报警装置，其特征在于，所述的摄像头和所述的树莓派电连接，所述的摄像头通过互联网连接开源软件mjpg-streamer；

所述的树莓派内集成有继电器，所述的继电器和所述的声光报警器相连。

5.根据权利要求1或4所述的广告牌危险性在线监测报警装置，其特征在于，所述的声光报警器有三级预警：

一级预警：三盏红色信号灯亮起，警报器播放“广告牌十分危险，请立即远离绕行”；

二级预警：两盏红色信号灯亮起，警报器播放“广告牌危险，请远离”；

三级预警：一盏红色信号灯亮起，警报器播放“广告牌危险，请注意安全”。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及广告牌技术领域，具体是广告牌危险性在线监测报警装置。

背景技术

户外广告牌作为宣传的窗口，越来越为人们青睐。多种多样的广告牌不断丰富着我们的生活，新颖的设计形式也不断让人眼前一亮。根据市面上的广告牌分布，广告牌大致可分为商铺悬挂的招牌这类挂墙式式、以及户外开阔地带的大型落地式广告牌与安装于建筑物顶部的顶部式三类。挂墙式主要分布于各个商铺等小型建筑物外墙，采用螺栓直接固定于墙体，分为广告牌牌体、墙面与支座三部分。落地式广告牌多为大型广告牌，主要分布于户外开阔地带，由底座、支柱和广告牌牌体三部分组成。顶部式广告牌多分布于大型建筑物顶端，体积较大、安放位置较高，由广告牌牌体、支架、锚栓三部分组成。

但随着广告牌设施的增加，安全问题逐渐显露出来。就国外而言，发达国家对广告牌的监管体系十分详尽。然而目前国内广告牌的监督管理并不到位，现行的户外广告行政管理立法没有统一的管理主体，而且经审批后在广告牌的制作、取材用料、安装等环节普遍处于零监管状态，使广告牌的质量问题缺失有效监管，加之广告牌安装后由于载荷、环境等问题日益老化锈蚀，埋下安全隐患。

广告牌坠落倒塌的安全事故屡见不鲜，事故造成的人生财产安全损失更是触目惊心。事故频发，无论是“天灾”还是“人祸”，管理才是解决问题的关键。研究广告牌的安全监测装置对避免安全问题，节省管理广告牌的人力物力有重要作用。我国当今的广告牌安全监测装置主要为在线视频频监测、基于RFID射频技术的监测装置。二者在功能上都不能达到实时监测广告牌安全状况的功能，且监测情况受外部环境影响较大。

因此，本实用新型提供一种新的广告牌危险性在线监测报警装置来解决此问题。

实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型提供一种实用新型名称，有效的解决了现有装置无法实时监测广告牌安全状况，监测情况受外部环境影响较大的问题。

本实用新型包括固定连接在墙面的广告牌，其特征在于，包括感知层、网络层和应用层，所述的感知层包括固定连接在墙面的干簧开关，所述的干簧开关正前方设有固定连接在所述的广告牌上的永久磁铁，所述的感知层还包括固定连接在所述广告牌上的陀螺仪和摄像头，所述陀螺仪和摄像头电连接，所述的摄像头和所述的网络层电连接；

所述的应用层包括和所述树莓派相连的声光报警器。

优选的，所述的陀螺仪为MPU6050陀螺仪，所述的陀螺仪内集成有加速度传感器。

优选的，所述的Zigbee无线控制收发模块内集成有射频CC2530芯片，所述的射频CC2530芯片内集成有无线射频RF收发器，所述的Zigbee无线控制收发模块内集成有Zigbee协调器模块，所述的Zigbee协调器模块通过Arduino+ZigBee开发板与所述的树莓派相连。

优选的，所述的摄像头和所述的树莓派电连接，所述的摄像头通过互联网连接开源软件mjpg-streamer；

所述的树莓派内集成有继电器，所述的继电器和所述的声光报警器相连。

优选的，所述的声光报警器有三级预警：

一级预警：三盏红色信号灯亮起，警报器播放“广告牌十分危险，请立即远离绕行”；

二级预警：两盏红色信号灯亮起，警报器播放“广告牌危险，请远离”；

三级预警：一盏红色信号灯亮起，警报器播放“广告牌危险，请注意安全”。

本实用新型针对现有装置无法实时监测广告牌安全状况，监测情况受外部环境影响较大的问题做出改进，采用干簧开关，Mpu6050陀螺仪，树莓派，摄像头等低成本装置，构建远程监控，预警及信息传输为一体的通讯网络的远程报警检测系统，能对广告牌进行有效的安全状态分析预测，实现远程监控及收发警报的功能，可以达到降低广告牌因自身危险性给人、物带来伤害或损失的概率，减少事故的发生。

附图说明

图1为本实用新型产品结构示意图。

图2为本实用新型工作流程示意图。

图3为本实用新型干簧开关检测原理示意图。

图4为本实用新型干簧开关工作原理示意图。

图5为本实用新型8MPU6050陀螺仪原理示意图。

图6为本实用新型ZigBee内部原理示意图。

图7为本实用新型树莓派GPIO接口示意图。

图8为本实用新型树莓派连接继电器工作流程示意图。

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图8对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

在本实用新型设计之前，需先对监测对象即现有的各种广告牌进行分析，根据市面上的广告牌分布，广告牌的安装位置分类，广告牌大致可分为商铺悬挂的挂墙式广告牌、户外开阔地带的大型落地式广告牌与安装于建筑物顶部的屋顶式广告牌三类。

挂墙式广告牌主要分布于各个商铺等小型建筑物外墙，分为广告牌牌体、墙面与支座三部分，采用螺栓直接固定于墙体。落地式广告牌多为大型广告牌，主要分布于户外开阔地带，由底座、支柱和广告牌牌体三部分组成。顶部式广告牌多分布于大型建筑物顶端，体积较大、安放位置较高，由广告牌牌体、支架、锚栓三部分组成。

墙面式广告牌是最常见，应用最广泛的商业广告牌，是本装置主要检测的广告牌的类型。

日常悬挂于墙面的的户外广告牌通常应用膨胀螺丝螺栓连接固定，由于积年累月螺丝锈蚀螺栓本身连接十分稳定，故膨胀螺丝易松动主要是指危险性主要存在于螺丝墙体连接处。若螺丝与墙体连接发生松动，悬挂物由于受到重力和外力等因素极易发生脱落，发生坠物的危险；而且，一旦广告牌存在不安全状态，造成事故之前必然存在悬挂物体因受外力作用而导致与墙体之间的相对位移或晃动幅度超出安全范围的现象。本装置既着手于连接处的微小的力的动态变化，检测悬挂物体的相对位移和晃动幅度并将其作为双重预警的检测目标，提高装置的可靠性。

一般大型水平广告牌有大型框架，收到风力等外力因素容易晃动，因此，本实用新型从晃动幅度着手，定义广告牌晃动的安全范围来判断广告牌的安全性。

下面将参照附图描述本实用新型的各示例性的实施例。

实施例一，本实用新型为广告牌危险性在线监测报警装置，包括固定连接在墙面的广告牌，其特征在于，包括感知层、网络层和应用层，所述的感知层包括固定连接在墙面的干簧开关，所述的干簧开关正前方设有固定连接在所述的广告牌上的永久磁铁，参考图3，初始状态时，干簧开关处于断开状态，若广告牌松动产生相对位移，干簧开关闭合，导通电路，其中，参考图4，干簧开关又称磁簧开关，是一种磁敏的特殊开关，干簧开关是将两片磁簧片密封在充满惰性气体的玻璃管中，玻璃管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭触点，利用干簧开关可以检测广告牌与墙体是否发生相对位移，从而判断牌体是否安全，所述的感知层还包括固定连接在所述广告牌上的陀螺仪和摄像头，所述的陀螺仪内集成有控制模块，所述的陀螺仪在广告牌安全状态下预先设定安全限定范围，一旦出现异常情况，陀螺仪采集异常信息传递给后续结构，同时通过控制模块控制摄像头开启，记录和传输现场图像，所述陀螺仪和摄像头电连接，所述的摄像头和所述的网络层电连接，感知层采用干簧开关，陀螺仪作为传感器监测广告牌的相对位移的大小和倾斜角度的变化，采集目标状态信息的数据，并经过预设程序进行处理，当出现危险状态时，摄像头开启，作为“眼睛”提供现场图像，所述的干簧开关、陀螺仪和摄像头均和所述的网络层电连接；

所述的网络层包括无线传输网络，所述的无线传输网络采用Zigbee无线控制收发模块将感知层采集的数据传输给树莓派，具体的，Zigbee无线控制收发模块和所述的干簧开关、陀螺仪和摄像头相连，并将所述的干簧开关、陀螺仪和摄像头的信息和数据传输给树莓派，其中，Zigbee无线控制收发模块是一种低成本，低功耗的短距离、低功耗的近距离无线组网通讯技术，具有低复杂度、低数据速率、自组织等特点，树莓派是为学习计算机编程教育而设计，只有手掌大小的完全可编程计算机，体积较小，功能强大，树莓派采用 ARM 架构的嵌入式系统，以SD\/MicroSD卡为内存硬盘，具备强大的接口资源，树莓派的GPIO接口可以与电子电路连接，使用树莓派基本上通过各种库操作GPIO来对外设进行控制，实现与外部世界交互，树莓派可以直接在本地上编程、编译、运行，具备所有PC的基本功能，同时若通过网络把树莓派和Internet连接，怎可以实现树莓派的远程操作，构建区域性无线传感网络，所述的树莓派在接收到数据后分析处理并计入数据库；

所述的应用层包括和所述树莓派相连的声光报警器，所述的声光报警器为常见的声光报警器，同时具备红灯闪烁和发声报警的功能，具体的可采用SG10型不锈钢防爆声光报警器，所述的声光报警器内部集成有和所述的树莓派相连的控制模块，所述的控制模块内可预先存储不同的报警内容，当声光报警器的控制模块接收到来自树莓派的不同状态的信号后，可控制声光报警器闪烁并发出不同的声音；

本实施例在具体使用时，所述的干簧开关和陀螺仪监测广告牌的状况并将监测数据实时发送给Zigbee无线控制收发模块，Zigbee无线控制收发模块将接收到的数据传输给树莓派，树莓派根据预先设定的安全范围判断广告牌的安全状态并据此通过声光报警器的控制模块控制声光报警器的工作状态。

实施例二，在实施例一的基础上，所述的陀螺仪为MPU6050陀螺仪，MPU6050为整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器轴之间时差的问题，减少了大量的封装空间，MPU6050内部采用12位ADC采样，整合了数字移动处理器，可以将采集到的四元数进行融合直接输出欧拉角 Pitch，Ｒoll，Yaw，它支持用户可编程的陀螺仪满量程范围有：±250、±500、±1000 与 ±2000（单位为 °\/s 或 dps），支持用户可编程的加速度计满量程范围有：±2G、±4G、±8G 与 ±16G，同时 MPU6050 内置了一个可编程的低通滤波器DMP，可用于传感器数据的滤波，所述的陀螺仪内集成有加速度传感器，陀螺仪是根据一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时不会改变这一原理制成的，用它来保持方向，再设法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给Zigbee无线控制收发模块，而加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器，通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，加速度传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值，其在本实用新型中的具体工作方法为，将所述的陀螺仪固定连接在广告牌上，广告牌安全状态下数据在预设限定范围内，一旦出现异常情况，陀螺仪及其内部的加速度传感器采集加速度，角速度等参量并通过Zigbee无线控制收发模块传输给树莓派，树莓派判断超过设定阈值，启动预设程序，通过声光报警器内的控制模块控制声光报警器报警，由于陀螺仪为MPU6050陀螺仪，MPU6050十分敏感，牌体受到微小的扰动就可以监测到，因此与干簧开关相互配合可以提高装置的准确度，它也是进行大数据分析的基础。

实施例三，在实施例一的基础上，所述的Zigbee无线控制收发模块内集成有射频CC2530芯片，所述的射频CC2530芯片内集成有无线射频RF收发器，所述的Zigbee无线控制收发模块内集成有Zigbee协调器模块，所述的Zigbee协调器模块通过Arduino+ZigBee开发板与所述的树莓派相连，ZigBee 网络有2种物理设备：简约器件（RFD）和全功能器件（FFD），RFD 只可以用作终端的设备，向协调器和路由发送传感器终端采集到的数据，RFD功耗低，在不工作时，RFD 通常是一种休眠状态，ZigBee 网络中具有协调器、路由器以及终端设备等三种不同的节点，FFD可以被用作各种节点，可提供所有的 MAC 服务，能够实现对整个网络的控制，厂家可更具需要具体选择ZigBee网络的物理设备；

ZigBee无线控制收发模块既要负责传感器数据的读取和预处理，又是组建无线网络的基础，采用射频CC2530芯片用于实现 ZigBee模块无线通信和收发采集数据，CC2530芯片内部集成了无线射频RF收发器，可以运行不同的模式，满足超低功耗的需求，可以通过编写程序实现系统各部分间的无线通讯；

一般来说，组建一个网关需要嵌入式处理器模块、存储系统模块、复位管理模块、电源管理模块、以太网接口模块、Zig Bee 协调器模块、Wi Fi 通信模块、系统指示模块等，但是由于树莓派功能强大且内部元件集成度高，只需要连接ZigBee 协调器模块就能轻松组建ZigBee 网络，传感器和执行器模块可以使用 Arduino 与 ZigBee连接实现传输，故ZigBee 协调器模块借助Arduino+ZigBee开发板可与树莓派连接完成。

实施例四，在实施例一的基础上，所述的摄像头和所述的树莓派电连接，所述的摄像头通过互联网连接开源软件mjpg-streamer；

所述的树莓派内集成有继电器，所述的继电器和所述的声光报警器相连，树莓派上拥有专供摄像头使用的 CSI 接口，只要将摄像头连接到树莓派上的 CSI 接口相连并上在设置中启动摄像头模块，就可以使用摄像头实现远程视频监控，用户可使用开源软件——mjpg-streamer，再利用互联网就能远程查看摄像头所捕获的画面，同时mjpg-streamer可从webcam 摄像头采集图像，并将图像转换成流的形式传输到网络浏览器；

本实用新型采用使用继电器作为控制模块控制声光报警器的工作，树莓派定期会检查服务器数据库中广告牌的状态数据，若有异常，控制继电器连接的 GPIO 输出电平的高低来控制继电器的状态以达到控制声光报警器的目的。

实施例五，在实施例一或四的基础上，所述的声光报警器包括一个声音报警器和三个红色信号灯，所述的声光报警器有三级预警：

一级预警：三盏红色信号灯亮起，声光警报器播放“广告牌十分危险，请立即远离绕行”；

二级预警：两盏红色信号灯亮起，声光警报器播放“广告牌危险，请远离”；

三级预警：一盏红色信号灯亮起，声光警报器播放“广告牌危险，请注意安全”，本实施例具体使用时，当陀螺仪和干簧开关监测到广告牌有明显倾斜晃动严重损伤且超出临界值过大时，则通过，Zigbee无线控制收发模块、树莓派、继电器控制所述的声光报警器的三盏红色信号灯亮起，声光警报器播放“广告牌十分危险，请立即远离绕行”；

当陀螺仪和干簧开关监测到广告牌有倾斜晃动一般损伤且超出临界值稍大时，则通过，Zigbee无线控制收发模块、树莓派、继电器控制所述的声光报警器的两盏红色信号灯亮起，声光警报器播放“广告牌危险，请远离”；

当陀螺仪和干簧开关监测到广告牌无明显倾斜晃动略损伤且达到临界值附近时，则通过，Zigbee无线控制收发模块、树莓派、继电器控制所述的声光报警器的一盏红色信号灯亮起，声光警报器播放“广告牌危险，请注意安全”。

本实用新型在具体使用时，需预先在树莓派中输入和广告牌的安全限定范围，

所述的干簧开关和陀螺仪监测广告牌的状况并将监测数据实时发送给Zigbee无线控制收发模块，Zigbee无线控制收发模块将接收到的数据传输给树莓派，树莓派根据预先设定的安全范围判断广告牌的安全状态并据此通过声光报警器的控制模块控制声光报警器的工作状态，当陀螺仪和干簧开关监测到广告牌有明显倾斜晃动严重损伤且超出临界值过大时，则通过，Zigbee无线控制收发模块、树莓派、继电器控制所述的声光报警器的三盏红色信号灯亮起，声光警报器播放“广告牌十分危险，请立即远离绕行”；

基于户外广告牌倾倒或坠落的危险性，为了更加有效地防止广告牌的不安全状态的存在，本实用新型提出了一款基于树莓派的户外广告牌远程监测报警系统。该系统基于树莓派的设计，利用干簧开关，Mpu6050陀螺仪作为传感器能够有效地实时监测检测户外广告牌的状态；树莓派小巧廉价，作为一台微型计算机，可以实现强大的功能；本实用新型可进行声光双重报警和远程监控，有效地起到预警和提醒的作用；可以通过树莓派构建无线传感器网络，该装置外型小巧、高效、成本低、灵活性高，通过构建大型无线传感器网络和大数据处理，实现更为精确的定位监测和区域预测管理，同时，本实用新型若结合GPS定位，通过云计算处理，可以实现对检测目标定点远程监控，数据分析和状态预测的功能，既能对广告牌的坠落事故起到很好的预警作用，又能对户外广告牌起到很好的管理监控，简化了监管人员的工作，实现互联网大数据下的区域广告牌一体化管理。

设计图

广告牌危险性在线监测报警装置论文和设计

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