CN203588448U - 一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，由多个滑坡面破裂声远程数据采集单元和一个无线单片机控制单元组成；滑坡面破裂声远程数据采集单元与无线单片机控制单元无线连接；滑坡面破裂声远程数据采集单元硬件电路相同；每个滑坡面破裂声远程数据采集单元由一个无线单片机控制模块和多个滑坡面破裂声数据转换模块组成；多个滑坡面破裂声数据转换模块十字交叉排列连接。本实用新型硬件电路简单、成本低廉和安装方便、采集数据可靠性高、抗干扰能力极强，特别适合于需要对监测区域滑坡面破裂源进行实时监测的场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及滑坡面破裂声监测的无线传感器网络技术领域，具体是一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置。
背景技术
无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象，有着广阔的应用前景。它也是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域，已经被认为是将对21世纪产生最大影响的技术之一。声发射和微震动都是自然界中随时发生的自然现象，是物体或材料内部迅速释放能量而产生瞬态弹性波的一种物理现象，尽管无法考证人们何时首次听到声发射，但逐如折断树技、岩石破碎和折断骨头等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发射信号。
滑坡、崩塌和泥石流是地质灾害的主要类型。据已有资料统计，湖北三峡库区宜昌一江津间长江干流各县规模较大的滑坡、崩塌体有1153处，变形体299处，总共约1500处。峡库区库岸全长5300公里，水库蓄水后，水位将普遍提高几十米甚至近百米，库水位周年波动30m(175m～145m)，岸坡的稳定性也将受到巨大影响，初步调查表明不稳定库岸约500公里。由于三峡工程举世瞩目，三峡库区地质灾害十分典型，目前对地质灾害进行准确的时间预报仍是世界性的难题，因此，库区地质灾害监测预警系统的建立和运行，具有重大的示范作用。
目前监测滑坡面破裂声信息，是在一个地方一个传感器节点上配置一个滑坡面破裂声检测传感器装置，将传感器节点设备放置到地下井，在滑坡体附近采用有线连接的方式将传感器节点设备所采集的滑坡面破裂声数据发送到数据接收设备上，由于在滑坡体附近区域内打井、部署通信电缆或光缆造价高，工程施工很多不便；并且，当滑坡面破裂声检测传感器出现故障时，无法采集到有故障节点的地温滑坡面破裂声数据，造成滑坡面破裂声监测设备的可靠性低。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，该装置硬件电路简单、可靠性高、功耗低、成本低廉、安装方便。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，其特征是：由多个滑坡面破裂声远程数据采集单元和一个无线单片机控制单元组成，滑坡面破裂声远程数据采集单元与无线单片机控制单元无线连接。
所述的滑坡面破裂声远程数据采集单元由一个无线单片机控制模块和多个滑坡面破裂声数据转换模块组成，滑坡面破裂声数据转换模块与无线单片机控制模块连接。
所述的多个滑坡面破裂声数据转换模块横向和纵向组合排列，横向纵向排列的滑坡面破裂声数据转换模块的输出引脚分别与无线单片机控制模块的相应引脚连接。
优选地，滑坡面破裂声数据转换模块由PXR001低频岩体监测声发射传感器、AD8421BRZ、UAF42AU组成，无线单片机控制模块采用CC2530无线单片机芯片。
进一步地，所述的滑坡面破裂声数据转换模块设有4个，横向排列有2个，纵向排列有2个。
采用上述方案的无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，其有益效果是：
1、采用了无线单片机，无需在滑坡体附近区域内部署通信电缆或光缆，即可将滑坡面破裂声监测装置采集的滑坡面破裂声数据发送到数据接收设备上，减小了工程造价，减小了施工量、可以避免不必要的人员伤亡；
2、采用无线单片机作为控制核心，将数据的采集和无线传输由一块单片芯片完成，使得硬件电路更加简单，极大地节省了系统成本；
3、一个传感器节点上配置多个滑坡面破裂声数据转换模块，当其中的一个滑坡面破裂声数据转换模块发生故障时，其它滑坡面破裂声数据转换模块能够将该采集该节点的破裂声数据，使得滑坡面破裂声监测装置仍然能够正常工作，提高了滑坡面破裂声监测装置的可靠性；
4、多个滑坡面破裂声数据转换模块分别横向和纵向排列组合，横向纵向排列的滑坡面破裂声数据转换模块与无线单片机控制模块相应引脚连接，充分利用了CC2530单片机内部IO中断资源，节约系统硬件电路空间，整个硬件单元体积小巧，使得单元硬件电路设计最小化；
5、一个无线单片机控制模块可同时接收来自多个滑坡面破裂声远程数据采集单元所采集的滑坡面破裂声信息，克服传统方式单传感器单节点的局限性。
6、本实用新型的整体硬件电路简单、成本低廉、便于制造实施，特别是在监测区域需要大规模地部署无线传感器网络节点的场合，降低工程成本经济、便于工程实施。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的实施例中4个滑坡面破裂声数据转换模块横向和纵向排列示意图。
图3是本实用新型的无线单片机控制模块的连接电路图。
图4是本实用新型的滑坡面破裂声数据转换模块的连接电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，其特征是：由多个滑坡面破裂声远程数据采集单元和一个无线单片机控制单元组成，滑坡面破裂声远程数据采集单元与无线单片机控制单元无线连接。滑坡面破裂声远程数据采集单元硬件电路完全相同，且各个滑坡面破裂声远程数据采集单元与无线单片机控制单元无线连接。每个滑坡面破裂声远程数据采集单元电路中包含一个无线单片机控制模块和两个或以上滑坡面破裂声数据转换模块。
如图2所示，多个滑坡面破裂声数据转换模块1分别横向和纵向排列组合，横向纵向排列的滑坡面破裂声数据转换模块1的输出引脚分别与无线单片机控制模块的相应引脚连接。本实施例中，每个滑坡面破裂声远程数据采集单元采用一个无线单片机控制模块和4个滑坡面破裂声数据转换模块1构成，其中，4个滑坡面破裂声数据转换模块1十字交叉排列。所述无线单片机控制模块主要采用无线单片机CC2530芯片构成。
图2示出了本实施例中滑坡面破裂声远程数据采集单元中4个滑坡面破裂声数据转换模块1实物安装示意，由于监测滑坡体破裂源的滑坡面破裂声数据转换模块1被埋设在地底下的测试井中，施工工程造价高，为了提高监测数据可靠性，控制控制单元将一次采集的4个滑坡面破裂声数据求取其均值，将滑坡面破裂声数据的均值作为一次观测过程数据发送给无线单片机控制模块。
图3为本实用新型中无线单片机控制模块连接电路图。无线单片机控制模块的核心部件采用CC2530，是基于IEEE802.15.4协议和ZigBee协议应用的片上系统芯片，结合了一个完全集成的高性能的RF收发器与一个增强工业标准的8051微处理器。无线单片机控制模块的具体连接如下：
无线单片机控制模块的核心U101是CC2530，其32引脚(P2_4)接晶振Y1的2引脚，并通过电容C107接地；其33引脚(P2_3)接晶振Y1的1引脚，并通过电容C108接地；其22引脚(XOSC_Q1)接晶振Y2的2引脚，并通过电容C109接地；其23引脚(XOSC_Q2)接晶振Y2的1引脚，并通过电容C110接地；其引脚15(P0_4)、14(P0_5)、13(P0_6)、12(P0_7)分别接4个滑坡面破裂声数据转换模块的输出INPUT_1、INPUT_2、INPUT_3、INPUT_4，用来接收处理来自滑坡面破裂声数据转换模块的破裂声数据。
图4示出了滑坡面破裂声数据转换模块的连接电路图，PXR001低频岩体监测声发射传感器将滑坡面破裂声数据转换为微弱的电荷信号，然后经过UAF42AU(U201)特殊设计的90kHz前置低通滤波电路滤除杂波，再经由AD8421BRZ(U202)组成的主放大电路放大，然后再次经过UAF42AU(U203)特殊设计的90kHz后置低通滤波电路滤除杂波，最终送入CC2530单片机的IO口AD输入引脚P0_4。CC2530单片机A／D单元采样破裂声数据进行适当压缩处理后上传给无线单片机控制模块。
根据上述的具体实施例，描述滑坡面破裂声数据转换模块具体的引脚连接关系为：
后置90kHz低通滤波电路主要由UAF42AU(U201)组成，UAF42AU(U201)的13引脚通过电阻R201与PXR001低频岩体监测声发射传感器的输出连接，获取来自PXR001低频岩体监测声发射传感器的微弱电荷信号，UAF42AU(U201)的10引脚与11引脚分别通过电容C202与电容C201接地，8引脚与16引脚间接电阻R205，9引脚与14引脚间接电阻R204，13引脚与14引脚间接电阻R202，4引脚通过电阻R203接地，1引脚通过电阻R206与主放大电路中AD8421BRZ(U202)的4引脚相连，其中电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206的阻值分别为50K欧姆、5.49K欧姆、31.6K欧姆、562欧姆、562欧姆、5K欧姆；
主放大电路主要由AD8421BRZ(U202)组成，AD8421BRZ(U202)的4引脚通过电阻R206与前置90kHz低通滤波电路中UAF42AU(U201)的1引脚相连，并通过电容C204接地，AD8421BRZ(U202)的1引脚通过电容C203接地，2引脚与3引脚间接电阻R207，7引脚(LP_OUT)通过电阻R208与后置90kHz低通滤波电路中UAF42AU(U203)的13引脚相连；
后置90kHz低通滤波电路主要由UAF42AU(U203)组成，UAF42AU(U203)的13引脚通过电阻R208与主放大电路中AD8421BRZ(U202)的输出7引(LP_OUT)相连，AD8421BRZ(U203)的输出1引脚(INPUT_1)与无线单片机控制模块中CC2530的输入引脚P0_4相连，AD8421BRZ(U203)的其他引脚连接与AD8421BRZ(U201)的连接完全相同。
其他各个滑坡面破裂声数据转换模块的连接方法基本相同，不同之处仅在于它们的输出分别连接无线单片机控制部分不同的IO引脚，分别为CC2530的P0_4、P0_5、P0_6、P0_7引脚。
Claims (5)
1.一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，其特征是：由多个滑坡面破裂声远程数据采集单元和一个无线单片机控制单元组成，滑坡面破裂声远程数据采集单元与无线单片机控制单元无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，其特征是：所述的滑坡面破裂声远程数据采集单元由一个无线单片机控制模块和多个滑坡面破裂声数据转换模块组成，滑坡面破裂声数据转换模块与无线单片机控制模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，其特征是：滑坡面破裂声数据转换模块由PXR001低频岩体监测声发射传感器、AD8421BRZ、UAF42AU组成，无线单片机控制模块采用CC2530无线单片机芯片。
4.根据权利要求2所述的一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，其特征是：所述的滑坡面破裂声数据转换模块设有4个，横向排列有2个，纵向排列有2个。
5.根据权利要求3所述的一种无线监测滑坡面破裂声的传感器网络节点装置，其特征是：无线单片机控制模块的CC2530，其32引脚(P2_4)接晶振Y1的2引脚，并通过电容C107接地；其33引脚(P2_3)接晶振Y1的1引脚，并通过电容C108接地；其22引脚(XOSC_Q1)接晶振Y2的2引脚，并通过电容C109接地；其23引脚(XOSC_Q2)接晶振Y2的1引脚，并通过电容C110接地；其引脚15(P0_4)、14(P0_5)、13(P0_6)、12(P0_7)分别接滑坡面破裂声数据转换模块的输出INPUT_1、INPUT_2、INPUT_3、INPUT_4。
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| CN105513283A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-04-20 | 东南大学 | 基于传感器优化布置的山体滑坡线早期形态的确定方法 |
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