山体滑坡监测及预警系统设计

1、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 11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。 111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(mpu6050)、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

2、度快8倍12倍。内部集成max810专用复位电路，2路pwm，8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mpu6050，mpu60x0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)

3、，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

4、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。 112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ublox公司生产的neo6m0001。

5、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。 113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9v23w的太阳能板，6v4a的蓄电池，以及ams111750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67v，经过ams111750电源稳压模块后在ou

6、t+端输出5v电压，可以为单片机、gprs模块、gps模块供电12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es626、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6v12v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

7、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。 13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、位移数据存储、显示，判断数据是否达到预警门限值，如果达到门限值时就会发送一条指令给预警平台，预警平台将会启动报警装置。本设计的上位机软件是借助于网络调试助手这款软件。它支持udp，tcp协议，集成tcp服务器和客户端;可以自动发送校验位，支持多种校验格式;支持间隔发送，

8、循环发送，批处理发送等功能。图7为监控终端接收到的放大256倍的线、角加速度数据。其中a后面的3个数据分别表示x、y、z轴的线加速度，单位为gn(重力加速度)，g后面的3个数据分别表示x、y、z三轴旋转方向的角加速度，单位为/s。图8为监控终端收到的gps位移数据。例如图8中第1行数据，设为a点“h:366n:325249e:1194821t:33”，它表示该滑坡采集地处于高度366，北纬325249，东经1194821的位置。t为北京时间的秒，前后t相减就得到了采集间隔时间t=21s。如果数据变为b点，处于高度52，北纬325251，东经1194819的位置。那么a、b两处距离将通过下面方法进行计算。 2结论 本设计对山体位移、加速度信息进行监测，确保了预警的准确性;预警平台的设计大大方便了预警的播报;采用gprs无线网络传输数据保证了