【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 毕业设计缩写稿

泥石流灾害远程监测系统的设计与实现信工111班李旭伟指导教师杨帆（陕西科技大学职业教育师范学院陕西西安710021）摘要近年来，关于地质灾害的报道屡见不鲜。这些灾害报道反映了实时监测预警系统建设的滞后，迫切需要建立我国地质灾害高易发区的滑坡、泥石流的智能监测预警系统，通过快速感知地质灾害的前兆信息，快速预警和实施应急避险，本文将以对滑坡泥石流地质灾害形成原理为依托，将综合应用无线通信技术、嵌入式技术、传感器技术等来实现对地质灾害监测防御点进行远程的监测和预警做出研究。文章将主要对基于ZIGBEE和GSM通信技术的地质灾害预警系统的建立做一个阐述，以及对系统中的基于TI公司的CC2431芯片硬件节点制作，软件程序的编写等做一个详细的介绍。关键词地质灾害，无线通信，CC2431，预警，ZIGBEE，GSMLANDSLIDEREMOTEMONITORINGSYSTEMDEVELOPMENTANDTHECASEOFTHESIMULATIONMETHODOFTEACHINGDESIGNABSTRACTINRECENTYEARS,THEREPORTSONTHEGEOLOGICALDISASTERSARENOTUNCOMMONTHESEDISASTERREPORTSREFLECTTHEREALTIMEMONITORINGANDWARNINGSYSTEMCONSTRUCTIONLAG,THEREISANURGENTNEEDTOESTABLISHTHEGEOLOGICALDISASTERSINHIGHPRONEAREASOFLANDSLIDESANDDEBRISFLOWSINTELLIGENTDETECTIONWARNINGSYSTEMINCHINA,THEARTICLEWILLDOAELABORATEONTHEESTABLISHMENTOFGEOLOGICALDISASTERWARNINGSYSTEMWHICHISBASEDONZIGBEEANDGSMCOMMUNICATIONTECHNOLOGY,ASWELLASADETAILEDDESCRIPTIONOFTHESYSTEMHARDWARENODEPRODUCTIONBASEDONTISCC2431CHIPANDSOFTWAREPROGRAMTHESTUDYMAINLYHASTHEFOLLOWINGCONTENTKEYWORDSGEOLOGICAL，DISASTERS,WIRELESSCOMMUNICATION,CC2431,EARLYWARNING,ZIGBEE，GSM1绪论11课题的背景的和意义每到了一年的雨季，地质结构不稳定的地区的地质灾害的发生频率总是居高不下，给这些地区的经济发展和人民的生命财产造成巨大的损失。各级政府部门总是希望通过加大对地质灾害的监控和预警力度，可又因为这些地区的地形地貌复杂，监测技术水平又十分有限，造成对地质灾害的预警监测显得力不从心基于这种状况，地质灾害的预警预报就成为社会进步和地区可持续发展的必然要求，是对人类防灾减灾科学技术的一种推动。12国内外研究现状及发展趋势13论文的主要研究内容其主要研究内容1地质灾害前兆信号传感或信号获取技术。2设计体积小巧、便于部署安装的无线传感器网络环境信息采集终端。3自主设计降雨量智能监测终端。4研究适合本项目应用的无线传感器网络通信协议，。5信息分析处理技术。6研究上位机试验监控界面设计。7对地质灾害预警模型初步研究。14论文的组织结构本论文介绍了基于ZIGBEE/GSM的地质灾害预警系统研究，其主要的研究内容如下第一章绪论部分主要是对课题的选题依据及意义。第二章首先对地质灾害形成机理做出分析。第三章针对硬件的设计特点，主要描述ZIGBEE/GSM通信协议栈软件的设计、环境终端和雨量终端的数据采集程序的设计、无线协调器网关节点的软件设计，第四章灾害预警模型进行初步研究和对系统试验监控界面的设计做了详细的阐述。第五章，结合模拟教学法对此毕业设计的某一项设计进行一次教学案例设计。2系统方案设计21地质灾害形成与功能需求分析研究211泥石流灾害形成分析地表岩体破碎、错落、滑坡等不良地质发育，为泥石流发生提供了大量的固体物质。人类活动也影响固体物的形成，如滥伐森林，开山采矿等。触发条件通常是由于降雨引起的。由于连续降雨、急速降雨等原因，造成岩体中的含水量过饱和，破坏了碎岩体的稳定性，在雨量继续冲刷的情况下，过量雨水和碎岩体就形成了泥石流。结合到地形地貌、岩体成分等能量条件和物质条件就造成了泥石流的形成。212滑坡灾害形成分析滑坡的形成于泥石流形成的条件有很多相似的条件。在滑坡形成的过程中有着强烈的地形条件要求。斜坡是滑坡形成的必要条件，从滑坡的发生地域分析也可以看出，滑坡通常发生在丘陵和山地地区，不具备斜坡的平原盆地也就不会发生。213功能需求本研究根据需求，拟对监测点的降雨量，斜坡角度，温度和空气湿度，滑动位移几种参数做出监测分析，其中降雨量信息，斜坡角度作为主要监测参数。温度和湿度参数主要是用于辅助测量或者对土壤中的含水量监测做出参考。22无线通信方案通过这些地理环境参数的统计分析做出一个合理的分析，得出发生地质灾害发生的可能性预报，提高对该地段的地质灾害预报的针对性，因此本文将依据无线传感器网络技术来进行研究。23网络构架方案设计本系统是基于ZIGBEEGSM通信的体系结构。231ZIGBBEE通信技术ZIGBEE是一种低速无线个域网（LOWRATEWIRELESSPERSONALNETWORKLRWPAN），其通信标准符合IEEE专门针对低速率的无线个域网而制定的IEEE802154无线通信标准。它拥有三个频段，其中868MHZ和915MHZ两个频段适用于欧美地区，而24GHZ的频段却适用于全球，因此在国内市场上ZIGBEE通信市场上大都采用24GHZ的通信频段。232GSM通信技术GSM/GPR全称为全球移动通信系统（GLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATIONS），是一种全球应用最为广泛的移动通信系统，也是第二代（2G）移动通信网络。GSM技术是现行移动通信技术中最为成熟的通信技术，其覆盖网广，通信信号稳定，拥有成熟的通信协议和机制。通过多年的发展，其网络布局日趋合理，网络资源的应用也越来成熟，最大限度提高了网络的平均服务质量。233网络通信构架上位机分析软件接收到环境信息以后对多次采集的数据进行分析，对监测点的状态趋势进行分析，当到达预警值以后，发送预报信息。24传感器节点方案设计241节点整体方案选择以MSP430CC2420TC35I作为控制中心的方案。242环境节点设计方案其节点的设计框图如图22所示。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图21环境节点设计框图243雨量节点设计方案本雨量计设计主要采用具有ZIGBEE通信功能的CC2431模块作为主控制器，在实现雨量的智能控制测量的同时还实现对雨量信息的无线传输。（25本章小结针对要监测的降雨量、倾斜角等环境信息，提出了几种节点设计方案，经过比较以后，选取了CC2431MC37I的控制方案。并详细分析了降雨量监测节点和环境信息监测节点的方案组成。3系统软件设计31初始化模块程序设计在TICC2431的硬件的基础上，系统的软件设计平台都是基于IAREW8051集成开发环境的。33组网通信程序设计34灾害预警模型分析与设计本文的研究重点在于前端数据的采集和对区域的实时监测，但也对灾害预警模型进行了研究，预程序设计的流程。35实验监测界面设计监控平台使用的通信手段可以有很多选择，通过这些差值来判断监控节点的变化趋势。在界面设计的软件流程。36本章小结本章主要是整个系统的软件研究做一个详细的介绍。最后介绍VISUALBASIC60软件的数据监控和分析的界面设计思路流程。4系统功能测试41系统分析测试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。通过对系统进行测试证明，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。42系统改进方案在有些方面也还需要进一步的加以提高和完善。（1）与互联网技术相结合，。（2）与GPS技术相结合。（3）加入更多的传感器。（4）可通过对灾害监测网络中的节点进行优化设计。（5）对硬件节点优化其尺寸和布线。43本章小结首先本章对实验的硬件制作流程和注意事项做了介绍，然后结合所做成的实验装置图对环境采集，雨量采集，协调器网关硬件中的各个模块做了详细的介绍，再次对实验所设计的预警监测界面进行了介绍。最后对系统中各个节点的安装调试、组网测试、预警信息判断和发送做了详细的介绍。通过测试验证了采集数据及预警判断较为合理。5模拟教学法51理论基础模拟教学法是一种教学方法，是指在教师指导下，学生模拟扮演某一角色或在教师创设的一种背景中，进行技能训练和调动学生学习积极性的一种典型的互动教学法；使学生主动地参与教学过程，加强师生之间、生生之间的相互合作与交流。52实施步骤1、说明意图2、学生组合3、进行教学内容的选择4、制定学习计划5、进行资料的收集6、编写教学教案7、对授课进行模拟8、教学评价53主要特征模拟教学与现场教学相比，学习环境的有序性、安全性得以提高，避免学生在危险与复杂的环境下进行技能训练。一1、主体性2、应用性3、互动性4、开放性5、创造性