软硬件开发

## **一、方案概述**
### **1. 项目背景**
针对城市的安全隐患（如第三方施工破坏、气体泄漏、地质沉降等），
### **2. 核心需求**
- **功能需求**：  
  - AI识别：施工机械（挖掘机、钻孔机）、火灾烟雾。  
  - 传感器检测：位移（±3cm精度）、倾斜（±1°精度）、甲烷泄漏。  
  - 通信：4G数据传输、微信小程序实时报警推送。  
  - 续航：无光照条件下≥15天。  

## **二、硬件选型与设计**
### **1. 核心模块选型**
| **模块**           | **选型型号**                | **关键参数**                              | **成本（元）** |  
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| **AI计算单元**     | 瑞芯微RK1808计算棒 + 定制载板 | 3 TOPS算力，支持YOLO-FastestV2量化模型    
| **摄像头**         | 雄迈低照度模组（含红外补光）  | 200万像素，0.01 Lux，红外补光30米        
| **气体传感器**     | 炜盛MP-4                     | 甲烷检测（0-100%LEL），响应时间≤15s       
| **位移/倾斜检测**  | MPU6050六轴IMU               | 加速度积分估算位移（±3cm），倾斜角±1°     
| **通信模块**       | 移远EC25 4G模组              | 双卡冗余，支持全网通                    
| **供电系统**       | 20W太阳能板 + 24V 20Ah锂电池 | 无光照续航≥15天，支持-20℃~60℃工作         
| **金属外壳**       | 镀锌钢板壳体（IP66防护）      | 直径180mm，高度1400mm，表面喷塑防腐蚀   
| **其他辅材**       | 集成PCB、密封件、线缆         | 简化布线设计                            
| **总硬件成本**     |  

### **2. 硬件设计优化**
- **散热设计**：外壳顶部开散热孔，内部填充导热硅胶。  
- **安装结构**：底部法兰盘预埋螺栓固定，适配预制混凝土基座。  
- **供电优化**：DC-DC降压模块（效率≥90%），支持低温加热膜（-20℃启动）。  

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## **三、软件架构与算法**
### **1. 边缘端软件设计**
- **AI模型部署**：  
  - 模型：YOLO-FastestV2（轻量化，2MB，INT8量化）。  
  - 帧率：5 FPS（416×416分辨率），夜间多帧堆栈降噪。  
- **传感器融合**：  
  - 位移计算：加速度积分 + 卡尔曼滤波，阈值报警（位移＞5cm）。  
  - 气体泄漏：联动位移数据触发高频检测。  

### **2. 通信协议与数据策略**
| **数据类型**       | **传输策略**                | **带宽占用** |  
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| 实时报警           | MQTT-TLS（JSON + 缩略图）    | ≤100KB/次    |  
| 传感器状态         | 每日批量压缩（CBOR格式）     | ≤10KB/天     |  
| 固件升级           | 分片下载（夜间闲时）         | 按需         |  

### **3. 微信小程序功能**
- **核心功能**：  
  - 实时报警推送（图文信息 + 地理位置）。  
  - 设备状态监控（电量、信号强度、历史记录）。  
  - 远程控制（声光报警触发、手动拍照）。  
- **技术实现**：  
  - 后端：腾讯云Serverless（云函数 + MySQL），成本¥300/月。  
  - 前端：微信小程序原生开发，集成腾讯地图API。  

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