【毕业设计】泥石流远程监测系统开发及其模拟教学法案例设计 开题报告

本科生毕业设计开题报告题目泥石流远程监测系统开发及其模拟教学法案例设计姓名李旭伟学号20110311131指导教师杨帆班级信工111班所在院系职业教育师范学院毕业设计（论文）开题报告表课题名称泥石流远程监测系统开发及其模拟教学法案例设计课题来源生产实际课题类型工程类设计指导教师杨帆学生姓名李旭伟学号20110311131专业电子信息工程课题的意义以及国内外发展状况1、课题的意义泥石流灾害严重影响人民群众的生命财产安全，对其进行远程监测、预警具有重要的现实意义。本课题主要研究利用现代通信技术、数据库技术与可视化编程技术实现泥石流易发生地段的压力、形变、位移、雨量、泥位等参数的远程传输与存储、处理、显示等功能，实现泥石流的远程监测。学生需要完成的主要设计功能包括具有地理位置关系的泥石流监测数据仿真生成、基于ZIGBEE的监测点数据组网传输技术、基于GPRS的远程传输技术、监测中心数据处理等。课题研究可以使得学生可以熟练掌握基于的MCU的自动检测系统设计与开发的一般过程。2、国内外发展概况地质灾害的发生是多因素的复杂过程，它的形成原因不仅仅与地区的降雨有关系，还与这些地区的地形地貌、岩体结构、植被状况以及人类活动等诸多因素紧密相连。国内外相关学科科研学者投入了大量的精力来多地质灾害的发生进行研究，以美国、法国为代表的欧美国家和以印度、日本为代表亚洲国家都积极开展了地质灾害危险性、预测问题、危险性区域划分的研究，并逐渐形成了通过数学统计分析模型、水文模式与地质力学耦合模式相结合的方式手段来预测地质灾害发生的可能性预测。与此同时随着非线性科学的和计算机技术的发展而兴起元胞自动机模型、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）的成熟都给地质灾害的监测预警技术的发展提供了有效的技术支撑。在地质灾害监测中无线传感网络技术应用上，国内许多高校和研究机构纷纷加入了无线传感器网络研究的行列。比如中科大、上海微电子所、半导体所、声3学所、软件所等已经初步建立了传感器网络系统研究平台，在无线传感网络通信技术、传感器节点、微型传感器、簇点以及应用系统等方面取得了很大的进展。中国科技大学、清华大学、浙江大学、南开大学、西安交通大学、电子科技大学、华中科技大学、北京邮电大学、上海交通大学、成都大学、沈阳理工大学等高校都开展了无线传感器网络方面的应用研究工作。一些企业如沈阳东软、中兴通讯股份有限公司、亿阳信通、北大青鸟等也投入无线传感器网络技术的研究中，这些学术推动都有利地质灾害预警系统的发展。研究内容、方法、手段及预期成果1、研究内容概述1）基本要求本系统以TICC2431为核心，以ZIGBEE结合GSM组成一个泥石流检测系统。主要有传感器模块、电源模块、处理器模块和GSM通信模块等组成，通过TICC2431将各个模块联系起来，最后对泥石流进行检测并达到预警的目的。2）原理概述传感器负责采集环境的信息，经过信号处理电路处理以后送入传感器负责采集环境的信息，经过信号处理电路处理以后送入到CC2431中进行分析处理，CC2431有21个通用I/O口，并且这些IO都具有特定的外设功能，倾角传感器采集的模拟信号通过具有A/D转换外设功能P0口送到MCU中进行信息处理和判断，温湿度信号数字I/O口送入给为控制器中，P1口分配有为超声波测距信号的通信口，CC2431的串口之一与GSM通信，这些数据不仅可以通过CC2431外设射频电路发送出去，也可以同GSM远程发送。3）组成模块本设计预计由以下五个模块组成传感器模块、电源模块、处理器模块和GSM通信模块，教学法设计模块倾角传感器超声波传感器温度传感器湿度传感器AD数字接口RF串口射频装置GSMMC37I电源电源8051内核CC2431模块关系图2、实现方法和手段1）整体方案设计系统的启动程序编码需要实现硬件平台的初始化和软件构件中各个模块的初27始化，为操作系统的运行做好准备，其主要包括有系统时钟、芯片工作电压、堆栈、各硬件模块、FLASH存储、芯片MAC地址生成、非易失变量、MAC层协议、协议初始化以及操作系统等多个版块的初始化。按照需要的功能流程对节点进行软件设计。节点需要自身定时或者有突发情况或接收到来至上位机采集命令的时候对环境的信息值进行采集并传输，其中突发情况通过产生接触振动传感器来产生外部中断来判断。软件设计采集信息子流程图如图系统初始化时钟电源设置倾角子程序超声波子程序外部中断串口接收中断射频中断发送数据湿度子程序温度子程序处理数据GSM发送数据数据传输到路由节点等待下一次数据采集发送成功开始NYNYYNYY主流程图1）软件实施方案在本预警判断中，首先对所采集的多次数据存在非易失性存储器中，并按照队列的形式存储，然后按照队列方式取出数据到模型中判定，当为第一次数据时，模型不做出判断。当数据位非第一次数据时，新采集到的数据将足一与前面采集的数据进行比较，并得出他们相互之间的不同和相关性，在计算程序中通过判断数据的变化情况来进行判定。程序设计的流程如图根据国家对地质灾害预警等级的划分，可分为5个等级在预警发送中会发出等级信号提醒，蓝色预警，黄色预警，橙色预警，红色预警。结束开始数据非易失性存储读数据首次读写数据计算处理数据发送（FIRSTONFORMATION预警模型判断找出预警等级处理等级预警信号发送颜色预警NY软件部分流程图2）教学案例的实施在研究教学法的时候首先研究教学法的理论基础简单来说先从从模拟教学法的概念、类型、起源、发展来进行理论研究；其次对模拟教学法大的实施步骤进行研究，具体从模拟教学法的设计原则和典型的实施步骤进行探讨；然后对模拟教学法的主要特征具体包括模拟教学法与传统教学法的比较和模拟教学法的主要特点；最后通过之前的理论奠基后进行一次模拟教学法的案例设计其中包括案例简介案例构思实施范例和教学反思几个模块组成具体的实施范例流程图如图显示2预期成果研究的预期效果系统一切分析最终都是通过手机发送预警信息，在系统信息发布时，当15级预警信号都没有生成，则系统可能出现了错误，这时候会发错错误预警等级，通过实验测试得到远程发送的几种实时的数据以及预警信息。研究系统的环境终端节点，雨量终端节点的数据采集程序的设计流程，并对部分采集子程序做了了仔细的分析。对协调器节点与路由节点、终端节点的组网流程、网络数据的发送与接收、网关设计等做了仔细的研究，并在各节点中的数据非易失性存储设计做了研究。通过对系统进行测试证明，系统中的各个节点完成组网通信，并实现了对监测点数据的多次采集，终端节点数据传输到协调器网关中，并加入到预警模型中，做出了等级的判断以后，将判断结果远程发布到指定的用户手机中，协调器网关中所收集的数据通过监测界面显示，得到了预警结果，并对多次的数据进行了动态曲线显示，直观的看出节点中的监测数据的趋势变化。通过教学案例的研究以及设计实现新型教学法的教学目标。进行评价制定计划资料收集编写教案授课模拟说明意图学生组合任务完成的阶段安排及时间安排周次设计（论文）任务及要求1熟悉课题，查阅相关文献资料，搜集资料，掌握系统设计的关键技术2确定关键技术实现方法，提出系统的解决方案和基本架构，完成开题报告34系统分析设计；功能模块划分57各功能模块设计与实现、调试812样品采集与数据库的建立1314系统集成、调试，软件演示；确定毕业论文框架1516论文撰写17毕业答辩参考文献1贾洪彪，马淑芝泥石流的预警预报与防治J地质勘探安全,2000,42从威青，潘懋，泥石流灾害多元信息耦合预警系统建设及其应用J北京大学学报自然科学版，2006，13栾桂冬等编著传感器及其应用M西安西安电子科技大学出版社，20084徐淑华编单片微型机原理及应用M哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，20105吕凤翥编C语言基础教程M北京清华大学出版社，20096康华光主编电子技术基础（第五版）M北京高等教育出版社，200867张剑平MSP430系列单片机及其应用M北京清华大学出版社M，201168王玉田,刘瑾光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究J传感技术学报，2010年第10期9李华MCS51系列单片机实用接口技术M北京北京航空航天大学出版社，201010李永生,杨莉玲半导体气敏元件的选择性研究M北京北京大学出版社，200911孟宪元可编程ASIC集成数字系统M北京电子工业出版社，201012徐惠民，安德宁单片微型计算机原理接口与应用M（第1版）北京北京邮电