CN114708703A - 一种基于物联网的滑坡监测智能预警系统 - Google Patents

一种基于物联网的滑坡监测智能预警系统 Download PDF

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杨继华
张玉波
李凤
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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的滑坡监测智能预警系统，包括预警系统终端机，所述预警系统终端机包括线加速度角加速度采集传输模块、位移采集传输模块和电源模块，所述线加速度角加速度采集传输模块和所述位移采集传输模块分别和所述电源模块连接；预警平台，所述预警平台包括单片机、无线传输模块C、报警装置和手机；监控系统控制站，所述监控系统控制站用于将所述预警系统终端机传送过来的加速度、位移数据进行存储、显示判断数据是否达到预警门限值，如果达到预警门限值时就会发送一条指令给所述预警平台，所述预警平台将会启动所述报警装置。本发明能够及时、可靠地对滑坡灾害的发生进行预警，有效地解决了有线传输及人工播报方式的缺陷。

Description

一种基于物联网的滑坡监测智能预警系统
技术领域
本发明涉及地质灾害预警技术领域，具体为一种基于物联网的滑 坡监测智能预警系统。
背景技术
山体滑坡是指山体斜坡上某一部分岩土在重力(包括岩土本身重 力及地下水的动静压力)作用下，沿着一定的软弱结构面(带)产生 剪切位移而整体地向斜坡下方移动的作用和现象。俗称“走山”、“垮 山”、“地滑”、“土溜”等。是常见地质灾害之一。传统山体滑坡监测预警系统存在使用有线传输、人工播报的弊端，对滑坡的预警能 力不足，不能智能播报，可靠性不足等缺陷。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于物联网的滑坡监测智能预 警系统，能够及时、可靠地对滑坡灾害的发生进行预警，有效地解决 了有线传输及人工播报方式的缺陷。
根据本发明的一个目的，本发明提供一种基于物联网的滑坡监测 智能预警系统，包括：
预警系统终端机，所述预警系统终端机包括线加速度角加速度采 集传输模块、位移采集传输模块和电源模块，所述线加速度角加速度 采集传输模块和所述位移采集传输模块分别和所述电源模块连接；
预警平台，所述预警平台包括单片机、无线传输模块C、报警装 置和手机；
监控系统控制站，所述监控系统控制站用于将所述预警系统终端 机传送过来的加速度、位移数据进行存储、显示判断数据是否达到预 警门限值，如果达到预警门限值时就会发送一条指令给所述预警平 台，所述预警平台将会启动所述报警装置。
进一步地，所述线加速度角加速度采集传输模块包括主控制模块 A、三轴加速度陀螺仪模块和无线传输模块A，所述三轴加速度陀螺 仪模块和所述无线传输模块A分别与所述主控制模块A连接。
进一步地，所述主控制模块A采用的主控制芯片为 STC12C5A60S2。
进一步地，所述三轴加速度陀螺仪模块采用的芯片为MPU-6050。
进一步地，所述无线传输模块A采用GPRS通信模块SIM300。
进一步地，所述位移采集传输模块包括主控制模块B、全球定位 系统GPS模块和无线传输模块B，所述全球定位系统GPS模块和无线 传输模块B分别和所述主控制模块B连接。
进一步地，所述主控制模块B为STC12C5A60S2，所述无线传输 模块B为GPRS通信模块。
进一步地，所述主控制模块A和所述主控制模块B分别与所述电 源模块连接。
进一步地，所述无线传输模块C为GPRS通信模块SIM300。
进一步地，所述报警装置为报警器ES–626。
本发明的有益效果是：
本发明采用三轴加数度陀螺仪采集山体细微晃动的线、角加速度 数据，GPS全球定位系统对山体滑坡位移进行实时监测，这样保证了 山体滑坡数据的准确性。将数据经过单片机处理，并在LCD液晶屏上 显示处理过的数据，通过GPRS通信网络将数据传送到监测系统控制 站，及时与系统门限值相比较，如果达到门限值时就会发送一条指令 给预警平台，报警器就会启动且相关人员会收到一条预警短信。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例线、角加速度采集传输模块连接框图；
图3为本发明实施例位移采集传输模块连接框图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明保护的范围。
实施例1
如图1、图2和图3所示，
一种基于物联网的滑坡监测智能预警系统，包括：
预警系统终端机，预警系统终端机包括线加速度角加速度采集传 输模块、位移采集传输模块和电源模块，线加速度角加速度采集传输 模块和位移采集传输模块分别和电源模块连接；
其中，线加速度角加速度采集传输模块包括主控制模块A、三轴 加速度陀螺仪模块和无线传输模块A，三轴加速度陀螺仪模块和无线 传输模块A分别与主控制模块A连接。主控制模块A采用的主控制芯 片为STC12C5A60S2。三轴加速度陀螺仪模块采用的芯片为MPU-6050。无线传输模块A采用GPRS通信模块SIM300。
主控制芯片STC12C5A60S2。它是高速、低功耗、超强抗干扰的 新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快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)。
三轴加数度陀螺仪模块采用的芯片是MPU-6050，MPU-60X0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)，加速度计可测范围为±2， ±4，±8，±16gn(重力加速度)。
无线传输模块A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。
本实施例中，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。
位移采集传输模块包括主控制模块B、全球定位系统GPS模块和 无线传输模块B，全球定位系统GPS模块和无线传输模块B分别和主 控制模块B连接。主控制模块B为STC12C5A60S2，无线传输模块B为 GPRS通信模块。主控制模块A和主控制模块B分别与电源模块连接。
本实施例中，主控制模块B(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u-blox公司生产的NEO-6M-0–001。 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。
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。采用的是9V\2.3W的太阳能板，6V\4A的蓄电 池，以及AMS1117-5.0电源稳压模块。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6.7V，经过AMS1117-5.0电源稳压模块后在 OUT+\-端输出5V电压,可以为单片机、GPRS模块、GPS模块供电。
预警平台，预警平台包括单片机、无线传输模块C、报警装置和 手机；无线传输模块C为GPRS通信模块SIM300。报警装置为报警器 ES–626。
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ES–626、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6V～12V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。通过MCU(STC89C52)对LED1、LED2、继电器进 行控制。在报警前，LED2(绿灯)亮，LED1(红灯)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。
监控系统控制站，监控系统控制站用于将预警系统终端机传送过 来的加速度、位移数据进行存储、显示判断数据是否达到预警门限值， 如果达到预警门限值时就会发送一条指令给所述预警平台，所述预警 平台将会启动报警装置。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，循环发送，批处理发送等功能。
山体在滑坡前期都有一个波动的过程。基于此特点，本发明采用 三轴加数度陀螺仪采集山体细微晃动的线、角加速度数据，GPS全球 定位系统对山体滑坡位移进行实时监测，这样保证了山体滑坡数据的 准确性。将数据经过单片机处理，并在LCD液晶屏上显示处理过的数 据，通过GPRS通信网络将数据传送到监测系统控制站，及时与系统 门限值相比较，如果达到门限值时就会发送一条指令给预警平台，报 警器就会启动且相关人员会收到一条预警短信。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载 的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各 实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，包括：
预警系统终端机，所述预警系统终端机包括线加速度角加速度采集传输模块、位移采集传输模块和电源模块，所述线加速度角加速度采集传输模块和所述位移采集传输模块分别和所述电源模块连接；
预警平台，所述预警平台包括单片机、无线传输模块C、报警装置和手机；
监控系统控制站，所述监控系统控制站用于将所述预警系统终端机传送过来的加速度、位移数据进行存储、显示判断数据是否达到预警门限值，如果达到预警门限值时就会发送一条指令给所述预警平台，所述预警平台将会启动所述报警装置。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述线加速度角加速度采集传输模块包括主控制模块A、三轴加速度陀螺仪模块和无线传输模块A，所述三轴加速度陀螺仪模块和所述无线传输模块A分别与所述主控制模块A连接。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述主控制模块A采用的主控制芯片为STC12C5A60S2。
4.根据权利要求2所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述三轴加速度陀螺仪模块采用的芯片为MPU-6050。
5.根据权利要求2所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述无线传输模块A采用GPRS通信模块SIM300。
6.根据权利要求2所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述位移采集传输模块包括主控制模块B、全球定位系统GPS模块和无线传输模块B，所述全球定位系统GPS模块和无线传输模块B分别和所述主控制模块B连接。
7.根据权利要求3所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述主控制模块B为STC12C5A60S2，所述无线传输模块B为GPRS通信模块。
8.根据权利要求6所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述主控制模块A和所述主控制模块B分别与所述电源模块连接。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述无线传输模块C为GPRS通信模块SIM300。
10.根据权利要求1所述的基于物联网的滑坡监测智能预警系统，其特征在于，所述报警装置为报警器ES–626。
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