CN107798827A - 基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法 - Google Patents

基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法，包括多个数据采集模块，数据采集模块均通过ZigBee模块与主控电路连接，主控电路通过GSM通信模块与云平台连接，主控电路由第二单片机组成，本发明基于物联网模式下的山体滑坡预警监测系统，解决了现有山体滑坡监测系统价格高、采集点少且数据传输效率低、数据无法联网以及无法针对民用的问题。

Description

基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法
技术领域
本发明属于检测设备技术领域，具体涉及一种基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法。
背景技术
随着经济和科技的发展,人类对于山体资源的开采日益加剧,越来越多的工程破坏了山体本身自有的结构,导致近年来滑坡、垮塌等地质灾害越来越多，并有愈演愈烈的趋势。因此，山体滑坡检测预警系统的研究与设计就变得十分有应用价值和现实意义。目前的山体滑坡检测预警系统主要针对的是政府单位，价格高昂导致无法大范围大面积的铺设数据监测点。采集数据的传输方式老旧，效率低速度慢，数据的开放性也低，并不是每一个都可以看到。现如今物联网模式已经深入各行各业，而这种山体监测、环境监测等项目更加适合基于物联网下。
目前,在国内使用的山体滑坡监测预警系统，无法满足大范围、广设点的民用需求，且监测系统并非基于物联网模式下，开放性低，导致山体监测的数据不能第一时间到达人民群众手中。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于物联网的山体滑坡预警监测系统，解决了现有山体滑坡监测系统数据采集少、传输效率低的问题。
本发明的另一目的是提供一种基于物联网的山体滑坡预警监测方法，可以实现多地采集数据，并通过联网将将采集数据传输并显示。
本发明所采用的技术方案是，一种基于物联网的山体滑坡预警监测系统，包括多个数据采集模块，每个数据采集模块均通过ZigBee模块与主控电路连接，主控电路通过GSM通信模块与云平台连接，主控电路由第二单片机组成。
本发明的特点还在于：
数据采集模块包括第一单片机，第一单片机分别与倾角传感器、土壤湿度传感器、空气温湿度传感器、ZigBee模块、电源模块和电源管理模块无线连接。
电源模块包括依次连接的太阳能板、电源充电模块和稳压电路，电源充电模块上还连接有电池电源，电池电源也与稳压电路连接，稳压电路与第一单片机连接。
倾角传感器、土壤湿度传感均设置在第一电路板上，第一单片机、空气温湿度传感器、ZigBee模块、电池电源、电源充电模块、稳压电路和电源管理模块均设置在第二电路板上，第一电路板和第二电路板分别设置在密闭容器内，第一电路板和第二电路板穿过密闭容器连接。
第一单片机的型号为MSP430G2553，倾角传感器的型号为ADXL345，电源管理模块的型号为TP4056。
ZigBee模型型号为CC520，第二单片机型号为STM32F103RET6,GSM通信模块的型号为GSM808。
云平台为为中国移动Onenet物联网平台。
本发明所采用的另一技术方案是，一种基于物联网的山体滑坡预警监测方法，该方法依赖于基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其结构为：包括多个数据采集模块，每个数据采集模块通过ZigBee模块与主控电路连接，主控电路通过GSM通信模块与云平台连接，主控电路由第二单片机组成。
数据采集模块包括第一单片机，第一单片机分别与倾角传感器、土壤湿度传感器、空气温湿度传感器、ZigBee模块、电源模块和电源管理模块无线连接。
电源模块包括依次连接的太阳能板、电源充电模块和稳压电路，电源充电模块上还连接有电池电源，电池电源也与稳压电路连接，稳压电路与第一单片机连接。
倾角传感器、土壤湿度传感均设置在第一电路板上，第一单片机、空气温湿度传感器、ZigBee模块、电池电源、电源充电模块、稳压电路和电源管理模块均设置在第二电路板上，第一电路板和第二电路板分别设置在密闭容器内，第一电路板和第二电路板穿过密闭容器连接。
第一单片机的型号为MSP430G2553，倾角传感器的型号为ADXL345，电源管理模块的型号为TP4056。
ZigBee模型型号为CC520，第二单片机型号为STM32F103RET6,GSM通信模块的型号为GSM808。
云平台为为中国移动Onenet物联网平台。
具体按照以下方法实施：
步骤1，将装有第一电路板的密闭容器用蜡密封，埋入土壤下方1m-1.5m位置；
步骤2，将装有第二电路板的密闭容器置于土壤表层，并置于装第一电路板的密闭容器上方；
步骤3，将太阳能板置于日光充足的地方，将太阳能板与电源充电模块连接。
本发明的有益效果是：本发明本发明本发明基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法，提供了一套基于物联网模式下的山体滑坡预警监测系统，解决了现有山体滑坡检测系统价格高、采集点少且数据传输效率低、数据无法联网以及无法针对民用的问题；本系统基于ZigBee通信技术，可以大范围大面积的铺设土壤数据采集点，整套系统的数据均为无线传输，所以相比于其他有线山体监测系统，更适合野外铺设，同时该系统基于物联网模式下，数据通过GSM通信系统上传到互联网云端，实现数据的显示。
附图说明
图1是本发明基于物联网的山体滑坡预警监测系统结构示意图；
图2是本发明基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法中数据采集模块的结构示意图。
图中，1.数据采集模块，2.ZigBee模块，3.主控电路，4.GSM通信模块，5.云平台，6.第一单片机，7.倾角传感器，8.土壤湿度传感器，9.空气温湿度传感器，10.电源模块，11.电源管理模块，12.第一电路板，13.电池电源，14.稳压电路，15.第二电路板，16.电源充电模块，17.太阳能板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法，如图1所示，包括多个数据采集模块1，如图2所示，数据采集模块1包括第一单片机6，第一单片机6分别与倾角传感器7、壤湿度传感器8、空气温湿度传感器9、ZigBee模块2、电源模块10和电源管理模块11无线连接；电源模块10包括依次连接的太阳能板17、电源充电模块16和稳压电路14，电源充电模块16上还连接有电池电源13，电池电源13也与所述稳压电路14连接，稳压电路14与第一单片机6连接；其中，倾角传感器7、土壤湿度传感8均设置在第一电路板12上，第一单片机6、空气温湿度传感器9、ZigBee模块2、电池电源13、电源充电模块16、稳压电路14和电源管理模块11均设置在第二电路板15上，第一电路板12和第二电路板15分别设置在密闭容器内，第一电路板12和第二电路板15穿过密闭容器用排线连接；数据采集模块1通过ZigBee模块2与主控电路3连接，主控电路3通过GSM通信模块4与云平台5连接，主控电路3由第二单片机组成。
其中，第一单片机6的型号为MSP430G2553，倾角传感器7型号为ADXL345，倾角传感器7可以检测山体的倾角，用来分析山体发生危险的程度，同时可以通过倾角的改变来判断山体是否发生运动，从而及时发出预警；ZigBee模块2型号为CC5230，ZigBee模块置于第二电路板15内并在监控区域内大范围铺设，因其拥有自组网功能，可以在数平方公里内互相传递数据；稳压电路14的芯片为LM1117-5，稳压电路14可以将太阳能板17和电池电源13的输出电压稳定在3.3V，为各种传感器和第一单片机6供电；电源管理模块11的型号为TP4056，电源管理模块11的主要作用是用来检测电源电量；第二单片机的型号为STM32F103RET6，GSM通信模块4的型号为GSM808，云平台5为为中国移动Onenet物联网平台。
本发明基于物联网的山体滑坡预警监测系统，倾角传感器7、土壤湿度传感器8以及空气温湿度传感器9将采集的数据发送到第二电路板15的MSP430G2553单片机中,MSP430G2553单片机对所有传感器收集到的数据进行简单分析后，与ZigBee通信地址一起打包处理，并运用ZigBee模块2将数据发送到主控电路3中；组成主控电路3的STM32F103RET6单片机可以通过ZigBee模块2接收几十到几百个ZigBee子模块传送的信息，从而实现对数百个数据采集点的数据接收；主控电路3将不同数据采集点发来的数据进行拆包，分析数据的准确性和灾情发生的危险系数，然后将各个数据与通信协议结合，形成网络报文放置在数组缓存中，网络报文主要由必要的通信协议、设备的ID、数据流、以及数据ID几部分构成，整个报文以数组的方式通过STM32F103RET6单片机的USART串口发送到GSM通信模块4，GSM通信模块4通过连接附近的通信基站，就可以将数据发送到互联网云平台5中，物联网云平台5是基于中国移动Onenet云平台，数据通过GSM通信模块4上传到互联网云平台数据库后，可以通过手机APP或者是网页Web显示；具体方法是，在设备管理界面输入网络报文的设备号，即可以定位到具体的主控电路中。随后在数据流选项中，通过数据流ID可以选择需要的数据流。在应用编写界面，运用图形化应用编写方式对山体滑坡检测预警系统的程序进行编写，匹配相应的数据流，即可完成数据流的应用显示。
本发明基于物联网的山体滑坡预警监测方法，该方法依赖于基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其结构为：包括多个数据采集模块1，数据采集模块1包括第一单片机6，第一单片机6分别与倾角传感器7、土壤湿度传感器8、空气温湿度传感器9、ZigBee模块2、电源模块10和电源管理模块11无线连接；数据采集模块1通过ZigBee模块2与主控电路3连接，主控电路3通过GSM通信模块4与云平台5连接，主控电路3由第二单片机组成；电源模块10包括依次连接的太阳能板17、电源充电模块18和稳压电路14，电源充电模块16上还连接有电池电源13，电池电源13也与所述稳压电路14连接，稳压电路14与第一单片机6连接；倾角传感器7、土壤湿度传感8均设置在第一电路板12上，第一单片机6、空气温湿度传感器9、ZigBee模块2、电池电源13、电源充电模块16、稳压电路14和电源管理模块11均设置在第二电路板15上，第一电路板12和第二电路板15分别设置在密闭容器内，第一电路板12和第二电路板15穿过密闭容器连接。
第一单片机6的型号为MSP430G2553，倾角传感器7的型号为ADXL345，电源管理模块11的型号为TP4056。
ZigBee模型型号为CC520，第二单片机型号为STM32F103RET6,GSM通信模块4的型号为GSM808。
云平台5为为中国移动Onenet物联网平台。
具体按照以下方法实施：
步骤1，将装有第一电路板12的密闭容器用蜡密封，埋入土壤下方1m-1.5m位置；
步骤2，将装有第二电路板15的密闭容器置于土壤表层，并置于装第一电路板12的密闭容器上方；
步骤3，将太阳能板17置于日光充足的地方，将太阳能板17与电源充电模块16连接。
通过上述方式，本发明本发明基于物联网的山体滑坡预警监测系统及其监测方法，提供了一套基于物联网模式下的山体滑坡预警监测系统，解决了现有山体滑坡检测系统价格高、采集点少且数据传输效率低、数据无法联网以及无法针对民用的问题；本系统用太阳能电板17和电池电源13同时供电，实现24小时不间断采集数据；同时基于ZigBee通信技术，本系统可以大范围大面积的铺设土壤数据采集点，整套系统的数据均为无线传输，所以相比于其他有线山体监测系统，更适合野外铺设，同时该系统基于物联网模式下，数据通过GSM通信模块4上传到互联网云平台，实现数据的显示。

Claims (8)

1.基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其特征在于，包括多个数据采集模块(1)，每个所述数据采集模块(1)均通过ZigBee模块(2)与主控电路(3)连接，所述主控电路(3)通过GSM通信模块(4)与云平台(5)连接，所述主控电路(3)由第二单片机组成。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其特征在于，所述数据采集模块(1)包括第一单片机(6)，所述第一单片机(6)分别与倾角传感器(7)、土壤湿度传感器(8)、空气温湿度传感器(9)、ZigBee模块(2)、电源模块(10)和电源管理模块(11)无线连接。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其特征在于，所述电源模块(10)包括依次连接的太阳能板(17)、电源充电模块(16)和稳压电路(14)，所述电源充电模块(16)上还连接有电池电源(13)，所述电池电源(13)也与所述稳压电路(14)连接，所述稳压电路(14)与所述第一单片机(6)连接。
4.根据权利要求2或3所述的基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其特征在于，所述倾角传感器(7)、土壤湿度传感(8)均设置在第一电路板(12)上，所述第一单片机(6)、空气温湿度传感器(9)、ZigBee模块(2)、电池电源(13)、电源充电模块(16)、稳压电路(14)和电源管理模块(11)均设置在第二电路板(15)上，所述第一电路板(12)和第二电路板(15)分别设置在密闭容器内，所述第一电路板(12)和第二电路板(15)穿过密闭容器连接。
5.根据权利要求2所述的基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其特征在于，所述第一单片机(6)的型号为MSP430G2553，所述倾角传感器(7)的型号为ADXL345，所述电源管理模块(11)的型号为TP4056。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其特征在于，所述ZigBee模块(2)型号为CC5230，所述第二单片机型号为STM32F103RET6，所述GSM通信模块(4)的型号为GSM808。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其特征在于，所述云平台(5)为为中国移动Onenet物联网平台。
8.基于物联网的山体滑坡预警监测方法，其特征在于，该方法依赖于基于物联网的山体滑坡预警监测系统，其结构为：包括多个数据采集模块(1)，每个所述数据采集模块(1)通过ZigBee模块(2)与主控电路(3)连接，所述主控电路(3)通过GSM通信模块(4)与云平台(5)连接，所述主控电路(3)由第二单片机组成；
所述数据采集模块(1)包括第一单片机(6)，所述第一单片机(6)分别与倾角传感器(7)、土壤湿度传感器(8)、空气温湿度传感器(9)、ZigBee模块(2)、电源模块(10)和电源管理模块(11)无线连接；
所述电源模块(10)包括依次连接的太阳能板(17)、电源充电模块(16)和稳压电路(14)，所述电源充电模块(16)上还连接有电池电源(13)，所述电池电源(13)也与所述稳压电路(14)连接，所述稳压电路(14)与所述第一单片机(6)连接；
所述倾角传感器(7)、土壤湿度传感(8)均设置在第一电路板(12)上，所述第一单片机(6)、空气温湿度传感器(9)、ZigBee模块(2)、电池电源(13)、电源充电模块(16)、稳压电路(14)和电源管理模块(11)均设置在第二电路板(15)上，所述第一电路板(12)和第二电路板(15)分别设置在密闭容器内，所述第一电路板(12)和第二电路板(15)穿过密闭容器连接；
所述第一单片机(6)的型号为MSP430G2553，所述倾角传感器(7)的型号为ADXL345，所述电源管理模块(11)的型号为TP4056；
所述ZigBee模块(2)型号为CC5230，所述第二单片机型号为STM32F103RET6，所述GSM通信模块(4)的型号为GSM808；
所述云平台(5)为为中国移动Onenet物联网平台；
具体按照以下方法实施：
步骤1，将装有第一电路板(12)的密闭容器用蜡密封，埋入土壤下方1m-1.5m位置；
步骤2，将装有第二电路板(15)的密闭容器置于土壤表层，并置于装第一电路板(12)的密闭容器上方；
步骤3，将太阳能板(17)置于日光充足的地方，将太阳能板(17)与电源充电模块(16)连接。
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