山体滑坡监测及预警系统设计.docx

山体滑坡监测及预警系统设计《电子器件杂志》2014年第三期1系统设计1．1预警系统终端机山体滑坡预警监测系统的终端机由各种水文、气象传感器模块(三轴加数度陀螺仪GPS模块)、无线通信模块、电源模块和主控制器模块组成。图2为线、角加速度采集传输模块连接框图图3为位移采集传输模块连接框图。1．1．1线、角加速度采集传输模块主要用到的模块有:主控制模块(STC12C5A60S2)、三轴加速度陀螺仪模块(MPU－6050)、无线传输模块(SIM300)。(1)主控制模块所采用的主控制芯片是STC12C5A60S2。它是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机［7］指令代码完全兼容传统8051但速度快8倍～12倍。内部集成MAX810专用复位电路2路PWM8路高速10bitA/D转换(250ksample/s即25万次/s)两个串口。在对线、角加速度采集传输设计中只是把它作为普通的51单片机来使用(单串口)。(2)三轴加数度陀螺仪模块采用的芯片是MPU－6050MPU－60X0系列是全球首例9轴运动处理传感器。它集成了3轴MEMS陀螺仪3轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(DigitalMotionProcessor)。为了精确跟踪快速和慢速的运动传感器的测量范围都是用户可控的陀螺仪可测范围为±250°/s、±500°/s、±1000°/s、±2000°/s(%dps)加速度计可测范围为±2±4±8±16gn(重力加速度)。(3)无线传输模块本设计采用的GPRS通信模块为SIM300。SIM300是SIMCOM公司推出的GSM/GPRS双频模块支持TCP/IP协议、三频/四频/GSM/GPRS支持PDU模式和文本模式的短消息传送支持数据和传真信息的高速传输使用时更加方便灵活。GPRS通讯适用于间断的、突发性的或少量的数据传输也适用于偶尔的大数据量传输且具有实时在线按量收费等优点［8］。在该设计中GPRS模块的接口信号端GRX、GXD分别与STC12C5A60S2的RxD、TxD连接如图2所示。当主控制模块和GPRS模块启动后MCU通过串口直接向GPRS模块发送AT指令使其接入GPRS网络并进行参数设置。其内容包括波特率、网关、GPRS模块的类别、测试GPRS服务是否开通等。1．1．2位移采集传输模块主要用到的模块有主控制模块(STC12C5A60S2)、全球定位系统(GPS)模块、无线传输模块(SIM300)。在对位移采集传输设计中使用了STC12C5A60S2的双串口功能。MCU将从串口1传输的GPS数据解析后经过串口2数据传给SIM300。该设计中GPRS模块的接口信号端GRX、GXD分别与STC12C5A60S2的RxD(2)、TxD(2)连接。全球定位系统(GPS)模块采用的芯片为u－blox公司生产的NEO－6M－0－001。捕获冷启动29s温启动27s辅助启动＜3s热启动＜1s灵敏度:捕获－162dBm跟踪－147dBm冷启动－146dBm。GPS模块的Tx、Rx端分别与STC12C5A60S2的RxD、TxD相连如图3所示。1．1．3电源模块由于监测系统终端机分布在野外供电较困难终端机采用蓄电池供电蓄电池容量大、自放电率低并采用太阳能板对其进行涓流充电可以保证系统长期稳定地工作。本设计中采用的是9V\2．3W的太阳能板6V\4A的蓄电池以及AMS1117－5．0电源稳压模块连接图如图4所示。图中的二极管是防止蓄电池对太阳能板进行反充电。蓄电池的实际电压为6．7V经过AMS1117－5．0电源稳压模块后在OUT+\－端输出5V电压可以为单片机、GPRS模块、GPS模块供电1．2预警平台本设计中预警平台是通过短信和报警器的播报方式通知相关人员的。用到的硬件有:单片机STC89C52、无线传输模块(SIM300)、报警器ES－626、手机。其中STC89C52与SIM300模块的连接方式与图2一样。选用的报警器可工作在6V～12V之间在12V时可达到120dB的声音。它是由继电器对其进行控制的继电器是通过达林顿管(ULN2003)来驱动的。继电器的‘1’为常开端口‘3’为常闭端口。原理图如图5所示。通过MCU(STC89C52)对LED1、LED2、继电器进行控制。在报警前LED2(绿灯)亮LED1(红灯)灭继电器处于常闭状态报警器不工作;当接收到监控系统控制站的报警指令后LED2灭LED1亮继电器处于常开状态报警器工作且手机会收到一条预警短信。本设计选择的实验滑坡采集点有三处标记为1、2、3号地区。短信内容如图6所示提醒相关人员做好防范。1．3监控系统控制站监控系统控制站主要负责将终端机传送过来的加速度、位移数据