CN215116260U - 一种基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，包括无源唤醒模块，布设于边坡上，用于接收由滑坡发生时产生的唤醒信号，并将唤醒信号转换为电信号；MEMS监测仪，也布设于边坡上且与所述无源唤醒模块电连接，MEMS监测仪受无源唤醒模块的电信号触发而进行滑坡数据采集；监测平台，与MEMS监测仪之间通信连接，监测平台用于将MEMS监测仪采集的数据进行实时分析和显示。本实用新型对监测仪器进行低功耗设计，使其在正常环境下处于休眠状态，当环境发生变化时，仪器苏醒开始采集数据，以解决工作人员需要频繁地对监测仪器更换电源，导致工作量大、安全隐患大的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于滑坡监测技术领域，具体涉及一种基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统。
背景技术
地质条件复杂、地形地貌多样、滑坡灾害频繁的地质环境会造成严重的生命和财产损失，因此对滑坡进行有效探测和监测预警，迄今仍是亟待突破的重大科技问题。
滑坡野外监测是一个长期的过程，为使监测设备能够长期运行，工作人员需要频繁地对其更换电源，增加了工作量的同时，也增加了安全隐患。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，对监测仪器进行低功耗设计，使其在正常环境下处于休眠状态，当环境发生变化时，仪器苏醒开始采集数据，以解决工作人员需要频繁地对监测仪器更换电源，导致工作量大、安全隐患大的问题。
本实用新型提供了如下的技术方案：
一种基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，包括：
无源唤醒模块，布设于边坡上，用于接收由滑坡发生时产生的唤醒信号，并将唤醒信号转换为电信号；
MEMS监测仪，也布设于边坡上且与所述无源唤醒模块电连接，所述MEMS监测仪受所述无源唤醒模块的电信号触发而进行滑坡数据采集；
监测平台，与所述MEMS监测仪之间通信连接，所述监测平台用于将MEMS监测仪采集的数据进行实时分析和显示。
优选的，所述MEMS监测仪包括电源模块、主控板和MEMS传感器，所述电源模块为所述主控板和MEMS传感器供电，所述主控板与所述MEMS传感器互相电连接；所述MEMS传感器包括MEMS加速度传感器、MEMS位移传感器、MEMS倾角传感器中的一种或者多种。
优选的，所述MEMS加速度传感器、MEMS位移传感器、MEMS倾角传感器均为三轴传感器。
优选的，所述无源唤醒模块包括依次连接的振动检波器、I/V放大器和通断开关，所述振动检波器用于将接收的唤醒信号转换为微电流，所述I/V放大器用于接收所述微电流且将该微电流运算放大，以控制所述通断开关是否导通。
优选的，所述通断开关包括串联于I/V放大器输出端的第一通断开关和第二通断开关，所述第一通断开关用于根据是否接收到I/V放大器的信号而实现导通或者断开；所述第二通断开关用于根据接收到的I/V放大器的信号是否达到阈值而实现导通或者断开；所述MEMS监测仪的唤醒状态被配置为：当所述第二通断开关断开时，所述MEMS监测仪处于休眠状态，当所述第一通断开关与所述第二通断开关均导通时，所述MEMS监测仪处于唤醒状态。
进一步的，所述MEMS传感器具有低功耗模式和加密采集模式，所述MEMS监测仪被配置为：当所述MEMS传感器被唤醒后进入低功耗模式，且主控板将所述MEMS传感器的实时采集数据与参数阈值判断，若实时采集数据超过参数阈值则控制所述MEMS传感器切换为加密采集模式。
优选的，所述监测平台与所述MEMS监测仪之间由LoRa通信设备通信。
本实用新型的有益效果是：
本探测滑坡用无源唤醒系统包括无源唤醒模块、MEMS监测仪和监测平台，MEMS监测仪在正常状态下处于休眠状态，具有低功耗特性。MEMS监测仪受无源唤醒模块的电信号触发而进行滑坡数据采集，并将采集的数据发布至监测平台进行实时分析和显示。本实用新型将MEMS传感技术应用到滑坡监测中，具有体积小、精度高的优势。
本实用新型无源唤醒模块的通断开关包括分别与I/V放大器连接的第一通断开关和第二通断开关，第一通断开关用于根据是否接收到I/V放大器的信号而实现导通或者断开，即只要振动检波器监测到振动，第一通断开关就导通了，但是这个振动值较小时，就没必要唤醒MEMS监测仪。第二通断开关用于根据接收到的I/V放大器的信号是否达到阈值而实现导通或者断开，即，当振动值达到阈值后，第二通断开关也导通，此时总电路才是通的，MEMS监测仪被唤醒。此外，通过设置第二通断开关，可以在MEMS监测仪被唤醒一段时间后手动断开该通断开关而停止采集数据，实现灵活控制。
本实用新型的MEMS监测仪有低功耗模式和加密采集模式，根据MEMS传感器采集的数据与阈值进行判断，若采集的数据发生异常则自动加密采集，反之则在低功耗状态下工作一段时间再次进入休眠状态，进一步降低了功耗。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型的模块框图；
图2是本实用新型的各模块内部连接示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，一种基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，包括无源唤醒模块10、MEMS监测仪20和监测平台30。
无源唤醒模块10布设于野外边坡上，用于接收由滑坡发生时产生的唤醒信号，并将唤醒信号转换为电信号。MEMS监测仪20也布设于边坡上且与无源唤醒模块10电连接，MEMS监测仪20受无源唤醒模块10的电信号触发而进行滑坡数据采集。
其中，无源唤醒模块10是由内置的振动检波器驱动开关实现无源唤醒功能。无源唤醒模块包括依次连接的振动检波器11、I/V放大器12和通断开关，振动检波器11可将接收的振动唤醒信号转换为微安级别的微电流，I/V放大器12接收该微电流且将微电流进行运算放大，转化为0～12V的电压，发送给通断开关，通断开关基于接收到的微电流执行导通或者断开动作，若通断开关均导通则唤醒MEMS监测仪20。
其中，通断开关包括串联于I/V放大器输出端的第一通断开关13和第二通断开关14，第一通断开关13根据是否接收到I/V放大器12的信号而实现导通或者断开，即：只要振动检波器11监测到振动，第一通断开关13就导通了，但是这个振动值较小时，没必要唤醒MEMS监测仪20。第二通断开关14根据接收到的I/V放大器12的信号是否达到信号阈值而实现导通或者断开，即，当振动值达到阈值后，第二通断开关14也导通，此时总电路才是通的，MEMS监测仪被唤醒。相应地，MEMS监测仪20具有休眠状态和唤醒状态：当第二通断开关14断开时，MEMS监测仪20处于休眠状态，当第一通断开关13与第二通断开关14均导通时，MEMS监测仪20处于唤醒状态。
此外，还包括与第二通断开关连接的远程开关50，通过设置第二通断开关14，可以在MEMS监测仪20被唤醒一段时间后由远程开关50断开该通断开关而停止采集数据，实现灵活控制。
MEMS监测仪20包括电源模块、主控板和MEMS传感器，电源模块为主控板和MEMS传感器供电，主控板与MEMS传感器互相电连接。
主控板包括通信接口、主控芯片、存储模块，存储模块内存储相关参数的阈值和采集到的数据。主控芯片可选择STM32H743IIT6芯片，存储模块包括SD卡和W25Q64存储芯片。电源模块包含3类供电，分别为12V、5V和3.3V。MEMS监测仪搭载6个通信口，分别是2个RS232串口，1个RS232/TTL/RS485口、1个RS232/TTL口、1个USB和1个网口，也可以选用其他形式组合的通信接口。
MEMS传感器20选用MEMS加速度传感器、MEMS位移传感器、MEMS倾角传感器中的一种或者多种，选用多种MEMS传感器时它们分别连接到监测平台。MEMS加速度传感器、MEMS位移传感器、MEMS倾角传感器均为三轴传感器，分别用来监测滑坡发展过程中加速度、位移和倾角的方向和大小。
监测平台30与MEMS监测仪20之间通信连接，监测平台30用于将MEMS监测仪采集的数据进行实时分析、显示或预警，显示方式可以用以单参量、时域性的形式展示，展示平台可选桌面客户端系统和云平台WEB系统。监测平台30与MEMS监测仪20之间由LoRa通信设备通信。LoRa实现无网络覆盖范围的无线通信，通信设备采用的一种可选型号为F8L10T。
本系统除了上述无源唤醒方案之外，还增设12V电源40，目的是在边坡未发生振动的情况下，也可人为唤醒MEMS监测仪进行数据采集。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，MEMS传感器20具有低功耗模式和加密采集模式，当MEMS传感器20被第二通断开关14唤醒后进入低功耗模式，且主控板将MEMS传感器的实时采集数据与该项参数对应的阈值进行判断，若实时采集数据超过参数阈值则控制MEMS传感器切换为加密采集模式。一种示例的低功耗模式为：低速采集数据，如1小时采集1次，仅上传数据时保持1分钟的通信心跳。
本系统的工作原理为：
振动检波器11将接收的边坡振动唤醒信号转换为微安级别的微电流，I/V放大器12接收该微电流且将微电流进行运算放大，转化为0～12V的电压，发送给通断开关；
第一通断开关13受到该微电流信号触发为导通，但是总电路暂未导通，直至微电流信号足够大时，触发第二通断开关14导通，此时总电路导通，MEMS监测仪20被唤醒；
MEMS监测仪20自动进入低功耗模式，低速采集数据；
主控板对采集到的数据进行阈值判断，当采集的数据超过对应参数的阈值时，则控制MEMS监测仪20进入加密采集模式；若采集的数据未超过该阈值，则维持低功耗模式N小时后再次进入休眠状态。N的具体数值根据用户的需求设置。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，其特征在于，包括：
无源唤醒模块，布设于边坡上，用于接收由滑坡发生时产生的唤醒信号，并将唤醒信号转换为电信号；
MEMS监测仪，也布设于边坡上且与所述无源唤醒模块电连接，所述MEMS监测仪受所述无源唤醒模块的电信号触发而进行滑坡数据采集；
监测平台，与所述MEMS监测仪之间通信连接，所述监测平台用于将MEMS监测仪采集的数据进行实时分析和显示。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，其特征在于，所述MEMS监测仪包括电源模块、主控板和MEMS传感器，所述电源模块为所述主控板和MEMS传感器供电，所述主控板与所述MEMS传感器互相电连接；所述MEMS传感器为MEMS加速度传感器、MEMS位移传感器、MEMS倾角传感器中的一种或者多种。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，其特征在于，所述MEMS加速度传感器、MEMS位移传感器、MEMS倾角传感器均为三轴传感器。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，其特征在于，所述无源唤醒模块包括依次连接的振动检波器、I/V放大器和通断开关，所述振动检波器用于将接收的唤醒信号转换为微电流，所述I/V放大器用于接收所述微电流且将该微电流运算放大，以控制所述通断开关是否导通。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，其特征在于，所述通断开关包括串联于I/V放大器输出端的第一通断开关和第二通断开关，所述第一通断开关用于根据是否接收到I/V放大器的信号而实现导通或者断开；所述第二通断开关用于根据接收到的I/V放大器的信号是否达到阈值而实现导通或者断开；所述MEMS监测仪被配置为：当所述第二通断开关断开时，所述MEMS监测仪处于休眠状态，当所述第一通断开关与所述第二通断开关均导通时，所述MEMS监测仪处于唤醒状态。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，其特征在于，所述MEMS传感器具有低功耗模式和加密采集模式，所述MEMS监测仪被配置为：当所述MEMS传感器被唤醒后进入低功耗模式，且主控板将所述MEMS传感器的实时采集数据与参数阈值判断，若实时采集数据超过参数阈值则控制所述MEMS传感器切换为加密采集模式。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的探测滑坡用无源唤醒系统，其特征在于，所述监测平台与所述MEMS监测仪之间由LoRa通信设备通信。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114944707A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-08-26 | 苏州欧圣电气股份有限公司 | 无线监测装置与插座的组合及其与插座及吸尘器的组合 |
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