CN107783194A - 一种地质灾害监测无线地磁传感器设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地质灾害监测无线地磁传感器设备，包括供电单元1、地磁传感器单元2、无线网络传输单元3。该设备的系统架构设计决定了它是一款低功耗，低成本的无线传感器设备，一种独特的安装辅件及安装方式的设计决定了它能够稳定可靠的监测地质导致的地表位移。对于广泛潜在危险地区的在线监控，具有很高的实用价值。

Description

一种地质灾害监测无线地磁传感器设备

技术领域

本发明涉及地质灾害在线监测，特别涉及地质灾害监测无线地磁传感器设备。

背景技术

我国自然地理、地质构造、气候条件复杂,地质灾害分布广、发生频繁，是世界上地质灾害严重的国家之一。其中，山体滑坡、泥石流等灾害所占比例非常高，分布面非常广泛。因此在线监测地表位移显得非常必要。而现有技术中的山体滑坡等位移监测传感器都比较昂贵，而且功耗很高，在野外安装对供电要求也比较苛刻，不利于广泛使用。

基于上述情况，设计一款方便施工安装，成本低廉的传感器设备显得十分必要。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术不足，本发明提供一种地质灾害监测无线地磁传感器设备，为提供一款方便施工安装，成本低廉可以广泛使用的地质灾害监测无线地磁传感器设备。

本发明的一个方面，提供一种地质灾害监测无线地磁传感器设备，包含供电单元、地磁传感器单元、无线网络传输单元；

所述供电单元与其他各单元相连接，用于给设备供电，选用一次性电池；

所述地磁传感器单元包含单轴或者多轴磁场传感器，用于检测环境磁场强度；

所述无线网络传输单元与地磁传感器单元连接，用于与上位机进行无线通信。

在一些实施方式中，其安装附件包含辅助铁棒，该铁棒放置在无线地磁传感器附近，起着构造基准磁场的作用。

在一些实施方式中，安装方式为：辅助铁棒垂直钉入地面，其顶端离地面约无线地磁传感器设备的高度加1至2cm，无线地磁传感器放置在铁棒之上，然后用水泥或者沙石或者胶水等固定，使无线地磁传感器掩埋在地面之下。

在一些实施方式中，通过地磁传感器单元周期性测量环境磁场强度，当磁场强度变化超过设定阈值时，通过无线网络传输单元发射出预警信号，同时周期性发送心跳信号，心跳信号包含设备ID及测量到的磁场强度值。

在一些实施方式中，无线网络传输单元包含BLE蓝牙MCU，其可作为MESH网络中的一个节点，能够连接MESH网络中的中继器或者网关，并进行数据传输。

在一些实施方式中，所述无线网络传输单元采用扩频技术，以提高通信质量。

在一些实施方式中，所述无线网络传输单元包含SubGHz无线通信模块和BLE蓝牙MCU，其中SubGHz无线通信模块与BLE蓝牙MCU连接，BLE蓝牙MCU与地磁传感器单元连接。

在一些实施方式中，所述SubGHz无线通信模块包含一颗低功耗MCU，该MCU与BLE蓝牙MCU进行数据的相互备份校验，并相互监测，以提高系统可靠性。

本发明的另一个方面，还提供一种地质灾害监测系统，其中，该地质灾害预警系统包括上述的地质灾害监测无线地磁传感器设备。

与现有技术相比，其有益效果在于：本发明的系统架构决定了整个系统的功耗非常低（一定条件下，7200mAH电池可工作5-8年）；无线传输方式决定了系统安装容易；辅助铁棒构建基准地磁场的设计极大的提高了监测相对位移的灵敏度和可靠性；该设备的低成本导致该系统可以进行广泛安装，对潜在危险地区进行大面积监测。

附图说明

图1本发明的系统构成框图

图2本发明实施实例安装示意图

图3本发明实施实例结构图

在图1中：供电单元 1、电池11、地磁传感器单元 2、无线网络传输单元 3、BLE蓝牙MCU31、SubGHz无线通信模块32、低功耗MCU 321。

在图3中：供电单元 1、电池11、地磁传感器单元 2、无线网络传输单元 3、BLE蓝牙MCU 31、SubGHz无线通信模块32、低功耗MCU 321、HMC5883三轴MEMS加速度传感器 21、CC2540低功耗蓝牙MCU芯片 31、STM8系列低功耗MCU芯片321。

具体实施方式

为了更好的阐述本发明，以下将结合附图和一个具体实例对本发明进行详细说明。

实施实例，如图3所示，该设备，包含供电单元1、地磁传感器单元2、无线网络传输单元3。供电电源1包含电池11构成，给整个设备供电。电池11选用7200mAH一次性电池。地磁传感器单元2中的磁场传感器可以选用HMC5883集成磁场传感器21。无线网络传输单元3包含SubGHz无线通信模块32和BLE蓝牙MCU 31。蓝牙MCU单元31可以选用CC2540低功耗蓝牙MCU芯片。SubGHz无线通信模块，可以选择LORA系列无线扩频芯片加上一颗STM8系列低功耗MCU芯片321完成和蓝牙MCU芯片31之间的通信及相互备份检测的功能。

如图3所示，供电单元1与其他各单元相连接，为各单元供电。蓝牙MCU单元31通过IIC接口和HMC5883集成磁场传感器21连接。蓝牙MCU单元31通过串口及GPIO和SubGHz无线通信模块32的内置STM8系列低功耗MCU芯片321连接，其中蓝牙MCU芯片 CC2540的一GPIO控制STM8的RESET管脚，同时SubGHz无线通信模块32的内置STM8系列低功耗MCU芯片321 的一个GPIO控制了蓝牙MCU芯片 CC2540的RESET管脚。实现方式：双MCU定时进行数据交换，当任一MCU死机，不能够进行正常的数据交换时，正常MCU可以通过GPIO对死机MCU进行复位。这样可以提高系统可靠性。

如图2所示，该设备的安装附件包含辅助铁棒。该铁棒长约2米（可根据地表滑动层的厚度调整），直径1cm，底部为圆锥状。将铁棒垂直打入地面，深入地质稳定层，没入地面下10cm，将地质灾害监测无线地磁传感器设备放置在其上，然后用沙石、水泥固定掩埋，使其上覆盖1-2cm水泥。施工完成，撤离现场，地磁场处于稳定状态，这时地磁传感器监测到的数据保持稳定。当地表层有少量位移时，由于铁棒埋入稳定层，传感器在地表，这样，铁棒和传感器发送相对位移，因为铁棒有汇聚磁力线的作用，因此，传感器的监测值会发生变化，根据该变化，可以判断位移的发生。

该实施实例的功耗非常低，使用7200mAH的一次性电池可以使用5年以上，

而且安装非常方便，埋入地表非常隐蔽，不易被破坏，有很高的实用价值。

本领域技术人员应能理解上述芯片或者器件选型及应用场景仅为举例，其他现有的或今后可能出现的芯片或者器件如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此，其他应用场景下，应用了本发明，也应该在本发明的保护范围内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (9)

1.一种地质灾害监测无线地磁传感器设备，其特征在于，包含供电单元（1）、地磁传感器单元（2）、无线网络传输单元（3）；

所述供电单元（1）与其他各单元相连接，用于给设备供电，选用一次性电池；

所述地磁传感器单元（2）包含单轴或者多轴磁场传感器（21），用于检测环境磁场强度；

所述无线网络传输单元（3）与地磁传感器单元（2）连接，用于与上位机进行无线通信。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其安装附件包含辅助铁棒，该铁棒放置在无线地磁传感器附近，起着构造基准磁场的作用。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，安装方式为：辅助铁棒垂直钉入地面，其顶端离地面约无线地磁传感器设备的高度加1至2cm，无线地磁传感器放置在铁棒之上，然后用水泥或者沙石或者胶水等固定，使无线地磁传感器掩埋在地面之下。

4.如权利要求1至3中任何一项所述的设备，其特征在于，通过地磁传感器单元（2）周期性测量环境磁场强度，当磁场强度变化超过设定阈值时，通过无线网络传输单元（3）发射出预警信号；周期性发送心跳信号，心跳信号包含设备ID及测量到的磁场强度值。

5.如权利要求1至4中任何一项所述的设备，其特征在于，无线网络传输单元（3）包含BLE蓝牙MCU（31），其可作为MESH网络中的一个节点，能够连接MESH网络中的中继器或者网关，并进行数据传输。

6.如权利要求1至5中任何一项所述的设备，其特征在于，所述无线网络传输单元（3）采用扩频技术，以提高通信质量。

7.如权利要求1至6中任何一项所述的设备，其特征在于，所述无线网络传输单元（3）包含SubGHz无线通信模块（32）和BLE蓝牙MCU（31），其中SubGHz无线通信模块与BLE蓝牙MCU（31）连接，BLE蓝牙MCU（31）与地磁传感器单元（2）连接。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述SubGHz无线通信模块包含一颗低功耗MCU （321），该MCU（321）与BLE蓝牙MCU（31）连接，可以进行数据的相互备份校验，并相互监测，以提高系统可靠性。

9.一种地质灾害监测系统，其中，该地质灾害预警系统包括如权利要求 1 至8中任一项所述的地质灾害监测无线地磁传感器设备。