基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，包括電源模塊、分布式傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、GPS模塊、微控制器、顯示、報(bào)警模塊和GPRS模塊，分布式傳感器與信號(hào)調(diào)理模塊連接，信號(hào)調(diào)理模塊及GPS模塊分別與微控制器連接，微控制器分別與顯示、報(bào)警模塊連接，并且微控制器還通過GPRS模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行雙向通信，微控制器獲取傳感器及GPS定位信息，然后送至GPRS模塊封裝，最后通過GPRS骨干網(wǎng)接入Internet網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，同時(shí)微控制器還通過GPRS模塊接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)指令。通過采用上述結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了山洪地質(zhì)災(zāi)害多參數(shù)的自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)，從而有效提升山洪地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)裝置，特別是涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)地貌類型復(fù)雜多樣，且以山地高原為主，由于地處東亞季風(fēng)區(qū)，暴雨頻發(fā)，地質(zhì)地貌環(huán)境復(fù)雜，加之人類活動(dòng)劇烈，導(dǎo)致我國(guó)山洪地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻繁，是世界上山洪地災(zāi)災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。全國(guó)僅大大小小的滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害危險(xiǎn)點(diǎn)就有百萬處以上，每年還會(huì)出現(xiàn)幾萬至十幾萬處新的危險(xiǎn)點(diǎn)。近十年來，地質(zhì)災(zāi)害每年造成人員傷亡數(shù)以千計(jì)，經(jīng)濟(jì)損失逾百億元，嚴(yán)重影響了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
[0003]為了及時(shí)獲取臨災(zāi)信息，有效避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，我國(guó)采取了多種措施，如建立群測(cè)群防體系、開展汛期巡查、排查災(zāi)害隱患點(diǎn)、對(duì)重大災(zāi)害隱患點(diǎn)實(shí)行監(jiān)測(cè)等措施。但目前，這些措施大多還主要靠人工進(jìn)行觀測(cè)、人工報(bào)汛，且監(jiān)測(cè)技術(shù)也相對(duì)落后、設(shè)備較差，存在數(shù)據(jù)采集和傳輸不及時(shí)、信息覆蓋面不足、自動(dòng)化程度低等缺陷，難以捕捉到災(zāi)害來臨前和發(fā)生時(shí)的多源信息，已無法滿足和適應(yīng)監(jiān)測(cè)工程的需要。因此，如何建立一套行之有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)手段，能及時(shí)有效地將來源各異、數(shù)據(jù)格式不同、所描述對(duì)象和內(nèi)容也差別較大的信息組織起來，實(shí)施多參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，是山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的實(shí)際需要和發(fā)展趨勢(shì)。
[0004]物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，其定義是通過傳感器、射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)相連接，在人與物以及物與物之間進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能的一種新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，有利于提升山洪地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，對(duì)有效預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害、極大程度地降低人民生命和財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，能夠穩(wěn)定地對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸，以實(shí)現(xiàn)山洪地質(zhì)災(zāi)害多參數(shù)自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)，從而有效提升山洪地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，對(duì)預(yù)防山洪地質(zhì)災(zāi)害、降低人民生命和財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，包括電源模塊，還包括分布式傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、GPS模塊、微控制器、顯不模塊、報(bào)警模塊和GPRS模塊,分布式傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理模塊及GPS模塊的輸出端分別與微控制器的輸入端連接，微控制器的輸出端分別與顯示模塊和報(bào)警模塊的輸入端連接，并且微控制器還通過GPRS模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行雙向通信；分布式傳感器包括雨量傳感器、水位計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、傾斜計(jì)和伸縮計(jì)，用于獲取降雨量、地下水位、地下孔隙水壓力及坡體或山體移位信息，并且所述雨量傳感器、水位計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、傾斜計(jì)和伸縮計(jì)分別分散分布在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；GPS模塊用于獲取各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置信息，包括各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、地面高度和海拔信息；微控制器分別獲取并處理通過分布式傳感器所采集的降雨量、地下水位、地下孔隙水壓力及坡體或山體移位信息、以及通過GPS模塊所定位的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置信息，然后將處理后的傳感器數(shù)據(jù)和定位信息送至GPRS模塊打包封裝成TCP/IP數(shù)據(jù)包，最后通過GPRS骨干網(wǎng)接入Internet網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；同時(shí)，所述微控制器還通過GPRS模塊接收來自遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)指令，該數(shù)據(jù)指令包括更改數(shù)據(jù)包傳輸頻率指令、設(shè)置監(jiān)控中心手機(jī)號(hào)指令、設(shè)置傳感器預(yù)警值指令和啟動(dòng)報(bào)警指令。
[0007]上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其中微控制器為STC12C5A60S2單片機(jī)，所述信號(hào)調(diào)理模塊的數(shù)量為8組，并且每組信號(hào)調(diào)理模塊的結(jié)構(gòu)均完全相同；對(duì)于其中的一組信號(hào)調(diào)理模塊，其包括傳感器接口 J3、排針Pl以及電流環(huán)接收器RCV420芯片U2，其中傳感器接口 J3的3引腳與所述分布式傳感器的信號(hào)輸出端連接、并同時(shí)分別與排針Pl的2引腳及4引腳連接，排針Pl的3引腳及I引腳分別接至電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的I引腳及3引腳，用于所述分布式傳感器的信號(hào)輸出的極性選擇；電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的14引腳接至傳感器接口 J3的4引腳，且傳感器接口 J3的4引腳還同時(shí)接至STC12C5A60S2單片機(jī)的Pl.0引腳。
[0008]上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其中在電源模塊中，電源開關(guān)K21的一端接至12V單電源，電源開關(guān)K21的另一端接至二極管D21的陽極，二極管D21的陰極分別同時(shí)與二極管D22的陰極、電阻R25的一端、電容C21的一端、電容C22的一端以及LM2576芯片U22的I引腳連接，二極管D22的陽極、電容C21的另一端、電容C22的另一端以及LM2576芯片U22的3引腳和5引腳均接地，電阻R25的另一端與發(fā)光二極管LED2的陽極連接，發(fā)光二極管LED2的陰極接地；LM2576芯片U22的4引腳同時(shí)接至電阻R21和電阻R23的一端，電阻R21的另一端接地，LM2576芯片U22的2引腳同時(shí)接至二極管D23的陰極和電感L21的一端，電感L21的另一端同時(shí)與電阻R23的另一端、電容C23的一端、電容C26的一端以及L7805穩(wěn)壓芯片U23的I引腳連接，L7805穩(wěn)壓芯片U23的3引腳同時(shí)與電容C24的一端、電容C27的一端以及MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的I引腳、2引腳連接，二極管D23的陽極、電容C23的另一端、電容C26的另一端、L7805穩(wěn)壓芯片U23的4引腳、電容C24的另一端、電容C27的另一端均接地，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的4引腳同時(shí)與電容C25的一端、電容C28的一端、及電阻R24的一端連接，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的5引腳同時(shí)與電阻R24的另一端和電阻R22的一端連接，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的3引腳、電容C25的另一端、電容C28的另一端、電阻R22的另一端均接地。
[0009]上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，還包括了用于對(duì)所述電流環(huán)接收器RCV420芯片U2進(jìn)行供電的雙電源供電電路，在該雙電源供電電路中，電源開關(guān)Kl的一端與12V單電源連接，電源開關(guān)Kl的另一端接至二極管Dl的陽極，二極管Dl的陰極同時(shí)分別與二極管D2的陰極、電阻Rl的一端、電容C2的一端以及電感LI的一端連接，二極管D2的陽極、電容C2的另一端均接地，電阻Rl的另一端與發(fā)光二級(jí)管LEDl的陽極連接，發(fā)光二級(jí)管LEDl的陰極接地，電感LI的另一端接至電源模塊A1212S芯片Ul的I引腳，電源模塊A1212S芯片Ul的2引腳接地，電源模塊A1212S芯片Ul的4引腳經(jīng)電感L3接至電容C3的一端，電源模塊A1212S芯片Ul的6引腳經(jīng)電感L2接至電容Cl的一端，電容C3的另一端和電容Cl的另一端均同時(shí)與電源模塊A1212S芯片Ul的5引腳以及電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的2引腳、5引腳和13引腳連接。
[0010]上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其中的遠(yuǎn)程通信方式還包括SMS短信息，所述SMS短信息用于更改發(fā)送頻率參數(shù)和服務(wù)器IP地址參數(shù)；并且，在服務(wù)器IP地址需要改動(dòng)時(shí)，通過手機(jī)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)以短信方式發(fā)送到該裝置進(jìn)行更改并建立新的網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)，該裝置在遇到網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤時(shí)也會(huì)向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心手機(jī)發(fā)送短信息來進(jìn)行提醒。
[0011]上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其中的GPS模塊為NE0-6M模組，GPRS模塊為MC55模塊。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明針對(duì)小流域山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包含了分布式傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、GPS模塊、微控制器、顯示模塊、報(bào)警模塊和GPRS模塊等結(jié)構(gòu)，其中數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送使用了 GPRS接入Internet的方式，適合監(jiān)測(cè)點(diǎn)比較分散、環(huán)境比較惡劣、人工檢測(cè)不方便的地區(qū)，從而為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息傳輸，尤其是偏僻地區(qū)、災(zāi)害易發(fā)區(qū)的信息傳輸，帶來了極大的便利，使這些地區(qū)的數(shù)據(jù)采集不再困難，真正發(fā)揮了山洪災(zāi)害防治非工程措施的重要作用；
2、本發(fā)明性能穩(wěn)定，能夠有效保證數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)通信成本也比較低，并且在節(jié)省大量成本的同時(shí)還增加了傳感器通道，引出了部分功能接口，方便其他功能應(yīng)用的擴(kuò)展。因此，本發(fā)明的應(yīng)用還可以推廣到水文監(jiān)測(cè)、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)等自動(dòng)化采集控制領(lǐng)域；
3、本發(fā)明的遠(yuǎn)程通信通過進(jìn)一步采用GPRS聯(lián)網(wǎng)和SMS短信息相結(jié)合的方式，GPRS聯(lián)網(wǎng)保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線傳輸，SMS短信息用于更改發(fā)送頻率、服務(wù)器IP地址等重要參數(shù)，如當(dāng)服務(wù)器IP地址需改動(dòng)時(shí)可通過短信方式更改并建立新的網(wǎng)絡(luò)連接，不需要再到監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)更改，從而大大方便了后期的維護(hù)工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0014]圖1是基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置的總體結(jié)構(gòu)示意框圖；
圖2是本發(fā)明的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖；
圖3為本發(fā)明的串口通訊電路圖；
圖4為本發(fā)明的液晶顯示與報(bào)警電路圖；
圖5為本發(fā)明的接口電路圖；
圖6為本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理模塊電路圖；
圖7為本發(fā)明的電源模塊電路圖；
圖8為本發(fā)明的單片機(jī)控制程序流程圖。
[0015]圖中:電源模塊I,分布式傳感器2,信號(hào)調(diào)理模塊3, GPS模塊4,微控制器5,顯不模塊6，報(bào)警模塊7，GPRS模塊8。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例一:如圖1至圖6所示，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，包括電源模塊I，還包括分布式傳感器2、信號(hào)調(diào)理模塊3、GPS模塊4、微控制器5、顯不模塊6、報(bào)警模塊7和GPRS模塊8，分布式傳感器2的輸出端與信號(hào)調(diào)理模塊3的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理模塊3及GPS模塊4的輸出端分別與微控制器5的輸入端連接,微控制器5的輸出端分別與顯示模塊6和報(bào)警模塊7的輸入端連接，并且微控制器5還通過GPRS模塊8與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行雙向通信；分布式傳感器2包括雨量傳感器、水位計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、傾斜計(jì)和伸縮計(jì)，用于獲取降雨量、地下水位、地下孔隙水壓力及坡體或山體移位信息，并且所述雨量傳感器、水位計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、傾斜計(jì)和伸縮計(jì)分別分散分布在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；GPS模塊4用于獲取各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置信息，包括各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、地面高度和海拔信息；微控制器5分別獲取并處理通過分布式傳感器2所采集的降雨量、地下水位、地下孔隙水壓力及坡體或山體移位信息、以及通過GPS模塊4所定位的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置信息，然后將處理后的傳感器數(shù)據(jù)和定位信息送至GPRS模塊8打包封裝成TCP/IP數(shù)據(jù)包，最后通過GPRS骨干網(wǎng)接入Internet網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；同時(shí)，所述微控制器5還通過GPRS模塊8接收來自遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)指令，該數(shù)據(jù)指令包括更改數(shù)據(jù)包傳輸頻率指令、設(shè)置監(jiān)控中心手機(jī)號(hào)指令、設(shè)置傳感器預(yù)警值指令和啟動(dòng)報(bào)警指令。
[0017]上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其中微控制器5為STC12C5A60S2單片機(jī)，所述信號(hào)調(diào)理模塊3的數(shù)量為8組，并且每組信號(hào)調(diào)理模塊的結(jié)構(gòu)均完全相同。由于該裝置中所使用的傳感器多數(shù)都是輸出4-20mA電流信號(hào)，必須轉(zhuǎn)換為0-5V電壓信號(hào)才能輸入單片機(jī)，所以信號(hào)調(diào)理模塊3設(shè)計(jì)為4-20mA轉(zhuǎn)0-5V。信號(hào)調(diào)理模塊3可選用電流環(huán)接收器RCV420作為主芯片，RCV420是美國(guó)RURR-BR0WN公司生產(chǎn)的精密電流環(huán)接收器芯片，用于將4-20mA輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5V輸出信號(hào)，其總轉(zhuǎn)換精度為0.1 %，共模抑制比CMR達(dá)86dB，共模輸入范圍達(dá)±40V，較之由分立器件設(shè)計(jì)的印制板電路，RCV420具有更低的開發(fā)成本、制造成本和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)費(fèi)用，非常適用于在集成電路與便攜設(shè)備中實(shí)現(xiàn)工業(yè)微弱環(huán)電流的信號(hào)轉(zhuǎn)換。對(duì)于其中的一組信號(hào)調(diào)理模塊3，其包括傳感器接口 J3、排針Pl以及電流環(huán)接收器RCV420芯片U2，其中傳感器接口 J3的3引腳與所述分布式傳感器2的信號(hào)輸出端連接、并同時(shí)分別與排針Pl的2引腳及4引腳連接，排針Pl的3引腳及I引腳分別接至電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的I引腳及3引腳，用于所述分布式傳感器2的信號(hào)輸出的極性選擇；電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的14引腳接至傳感器接口 J3的4引腳，且傳感器接口 J3的4引腳還同時(shí)接至STC12C5A60S2單片機(jī)的Pl.0引腳。
[0018]上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，由于所選電流環(huán)接收器RCV420芯片U2需要雙電源供電，而系統(tǒng)所用電源往往為單電源(如+12V單電源)，為此可進(jìn)一步選用工業(yè)級(jí)隔離電源模塊A1212S模塊芯片U1，該模塊芯片體積小、性能穩(wěn)定、可靠性高，能較好的將12V電源轉(zhuǎn)換為正負(fù)12V電源供RCV420芯片U2工作。因此，作為優(yōu)選，該裝置還包括了用于對(duì)所述電流環(huán)接收器RCV420芯片U2進(jìn)行供電的雙電源供電電路，在該雙電源供電電路中，電源開關(guān)Kl的一端與12V單電源連接，電源開關(guān)Kl的另一端接至二極管Dl的陽極，二極管Dl的陰極同時(shí)分別與二極管D2的陰極、電阻Rl的一端、電容C2的一端以及電感LI的一端連接，二極管D2的陽極、電容C2的另一端均接地，電阻Rl的另一端與發(fā)光二級(jí)管LEDl的陽極連接，發(fā)光二級(jí)管LEDl的陰極接地，電感LI的另一端接至電源模塊A1212S芯片Ul的I引腳，電源模塊A1212S芯片Ul的2引腳接地，電源模塊A1212S芯片Ul的4引腳經(jīng)電感L3接至電容C3的一端，電源模塊A1212S芯片Ul的6引腳經(jīng)電感L2接至電容Cl的一端，電容C3的另一端和電容Cl的另一端均同時(shí)與電源模塊A1212S芯片Ul的5引腳以及電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的2引腳、5引腳和13引腳連接，而最終轉(zhuǎn)換得出的正負(fù)12V電源同時(shí)供多個(gè)RCV420芯片U2工作。
[0019]進(jìn)一步地，如圖3所示的串口通訊電路，其中主控芯片是MAX232芯片，J35是RS232接口，TXD和RXD對(duì)應(yīng)單片機(jī)串口管腳，TXDl和RXDl用于連接GPRS模塊8進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。并且其中的P311是雙排四插針，主要用于功能選擇，默認(rèn)情況下其I管腳和2管腳之間、7管腳和8管腳之間分別用跳線帽相連，當(dāng)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序下載時(shí)，將上述跳線帽取下，并分別將3管腳和4管腳、5管腳和6管腳相連。
[0020]如圖4所示的液晶顯示與報(bào)警電路，液晶顯示部分包括IXD1602和IXD12864兩種液晶接口(二選一)，通過單片機(jī)的PO 口和P2 口進(jìn)行控制，其中Wl和W2用于調(diào)節(jié)液晶屏亮度，排阻RPl與單片機(jī)PO 口相連，起上拉電阻作用，報(bào)警電路部分由P410、R47、Q41和LSl組成，主要用蜂鳴器做簡(jiǎn)單報(bào)警，用于系統(tǒng)調(diào)試，使用時(shí)用跳線帽將P410排針的I管腳、2管腳相連。
[0021]如圖5所示的接口電路，主要是用雙排針將單片機(jī)的多個(gè)I/O 口引出，可用于功能擴(kuò)展，其中RXD2和TXD2用于連接GPS定位模塊，J52、J53、J54、J56四個(gè)接口用于連接單片機(jī)的Pl 口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，一共有8個(gè)通道(A1-A8)，需要用幾個(gè)通道就用跳線帽在P59排針上進(jìn)行選擇連接。
[0022]實(shí)施例二:在實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，如圖7所示，對(duì)于上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其中在電源模塊I中，電源開關(guān)K21的一端接至12V單電源，電源開關(guān)K21的另一端接至二極管D21的陽極，二極管D21的陰極分別同時(shí)與二極管D22的陰極、電阻R25的一端、電容C21的一端、電容C22的一端以及LM2576芯片U22的I引腳連接，二極管D22的陽極、電容C21的另一端、電容C22的另一端以及LM2576芯片U22的3引腳和5引腳均接地，電阻R25的另一端與發(fā)光二極管LED2的陽極連接，發(fā)光二極管LED2的陰極接地；LM2576芯片U22的4引腳同時(shí)接至電阻R21和電阻R23的一端，電阻R21的另一端接地，LM2576芯片U22的2引腳同時(shí)接至二極管D23的陰極和電感L21的一端，電感L21的另一端同時(shí)與電阻R23的另一端、電容C23的一端、電容C26的一端以及L7805穩(wěn)壓芯片U23的I引腳連接，L7805穩(wěn)壓芯片U23的3引腳同時(shí)與電容C24的一端、電容C27的一端以及MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的I引腳、2引腳連接，二極管D23的陽極、電容C23的另一端、電容C26的另一端、L7805穩(wěn)壓芯片U23的4引腳、電容C24的另一端、電容C27的另一端均接地，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的4引腳同時(shí)與電容C25的一端、電容C28的一端、及電阻R24的一端連接，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的5引腳同時(shí)與電阻R24的另一端和電阻R22的一端連接，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的3引腳、電容C25的另一端、電容C28的另一端、電阻R22的另一端均接地。在實(shí)際工作中，12V電源輸入，K21為電源開關(guān)，二極管D21、D22對(duì)電源起保護(hù)作用，LED2為電源指示燈，首先經(jīng)LM2576芯片U22后輸出電壓約為9V (Voutl=L 23* (I+R23/R21)),然后再輸入L7805穩(wěn)壓芯片U23后得到5V電壓，再通過MIC29302穩(wěn)壓芯片U21得到約 4.2V 電壓(Vout2=1.23* (1+R24/R22))。并且，其中的 C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27、C28、D23對(duì)芯片起保護(hù)作用，P21、P22、P23分別引出GND、+5V和+4.2V，便于其他功能模塊使用。
[0023]實(shí)施例三:在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，該裝置中的遠(yuǎn)程通信方式還包括SMS短信息，所述SMS短信息用于更改發(fā)送頻率參數(shù)和服務(wù)器IP地址參數(shù)；并且，在服務(wù)器IP地址需要改動(dòng)時(shí)，通過手機(jī)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)以短信方式發(fā)送到該裝置進(jìn)行更改并建立新的網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)，該裝置在遇到網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤時(shí)也會(huì)向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心手機(jī)發(fā)送短信息來進(jìn)行提醒。
[0024]實(shí)施例四:在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，上述基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其中的GPRS模塊8為MC55模塊，GPS模塊4為NE0-6M模組。MC55模塊是市場(chǎng)上尺寸較小的三頻(900，1800和1900 MHz)模塊，能夠在GPRS網(wǎng)絡(luò)中完成語音、數(shù)據(jù)呼叫、網(wǎng)絡(luò)連接、短信息以及傳真的傳送。MC55模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，由AT指令控制并使應(yīng)用程序很容易地接入網(wǎng)絡(luò)。該協(xié)議棧支持在GPRS網(wǎng)絡(luò)中使用Internet中的TCP socket, UDPsocket、FTP、HTTP、SMTP、POP3等服務(wù)，通過TXDl和RXDl與單片機(jī)進(jìn)行指令與數(shù)據(jù)交互。
[0025]NE0-6M模組的定位精度為2.5mCEP,追蹤靈敏度高達(dá)_161dBm，測(cè)量輸出頻率最高可達(dá)5Hz，模組自帶高性能無源陶瓷天線(從而無需再另行配置昂貴的有源天線)，并自帶可充電后備電池，在主電源斷電后還可以維持半小時(shí)左右的GPS數(shù)據(jù)接收保存。模組通過串口 RXD2和TXD2與單片機(jī)連接，串口波特率支持4800、9600、38400、57600等不同速率，兼容5V/3.3V單片機(jī)系統(tǒng)。
[0026]圖8所示為本發(fā)明的單片機(jī)控制程序流程圖。對(duì)于本發(fā)明中的單片機(jī)，其程序設(shè)計(jì)主要采用基于STC單片機(jī)的C語言，并采用模塊化結(jié)構(gòu)編寫硬件驅(qū)動(dòng)程序，主要程序模塊及其功能如下: (1)主程序控制模塊:系統(tǒng)啟動(dòng)后，完成對(duì)單片機(jī)、GPS模塊4和GPRS模塊8、液晶顯示模塊6等硬件的初始化，檢測(cè)MC55模塊狀態(tài)，以及對(duì)傳感器和GPS定位信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和打包封裝等；
(2)A/D轉(zhuǎn)換模塊:傳感器采集的模擬信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊3后輸入給單片機(jī)的Pl 口(最多支持8個(gè)通道)，然后通過單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換功能處理為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；
(3)串口設(shè)置模塊:對(duì)串口波特率、中斷方式等初始化，定義串口發(fā)送、接收子函數(shù)；
(4)液晶顯示程序模塊:包括液晶屏驅(qū)動(dòng)程序和顯示程序，同時(shí)初始化系統(tǒng)顯示界面；
(5)GPRS程序模塊:由于GPRS網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，而MC55模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，對(duì)用戶屏蔽了傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層及數(shù)據(jù)鏈路層，用戶可以直接對(duì)應(yīng)用層進(jìn)行軟件開發(fā)，降低了編程的復(fù)雜度。MC55模塊的軟件部分對(duì)外提供了一個(gè)控制系統(tǒng)操作的AT命令集，模塊接收來自串口的AT命令，解釋并執(zhí)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)無線MODEM的對(duì)應(yīng)功能。模塊根據(jù)AT命令來完成自身初始化、網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)傳輸及短信息服務(wù)等。建立網(wǎng)絡(luò)連接的流程如下:
AT~SICS=0, conType, gprsO //連接模式為0，選擇連接方式為GPRS
AT~SICS=0, user, cm // 設(shè)置用戶名
AT'SICS=0, passwd, gprs // 設(shè)置密碼
AT~SICS=0, apn, cmnet// 選擇接入 APN 為 CMNET
AT~SISS=1, srvType, socket //Internet 服務(wù)選用 Socket
AT'SISS=1, conld, O//Internet 連接模式標(biāo)識(shí)符為 O
AT~SISS=1, address, "socktcp:// 202.196.145.1:7010〃
Il設(shè)置遠(yuǎn)程服務(wù)器IP地址和TCP端口 AT~SIS0=1//打開TCP連接，開始收發(fā)數(shù)據(jù)(6)GPS程序模塊:GPS模塊同外部設(shè)備的通信接口采用UART方式，輸出的定位數(shù)據(jù)采用NMEA-0183協(xié)議，控制協(xié)議為UBX協(xié)議。NMEA-0183是美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式，目前業(yè)已成了 GPS導(dǎo)航設(shè)備統(tǒng)一的RTCM (Radio TechnicalCommission for Maritime services)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。NMEA-0183 協(xié)議米用 ASCII 碼(幀格式)來傳遞GPS定位信息，常用命令如表1所示。由于GPS模塊每秒輸出一次$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC等數(shù)據(jù)，速度慢，因此采用中斷方式接收。程序中通過接收$GPGGA幀語句來獲取經(jīng)度、緯度、海拔高度、大地水準(zhǔn)面高度等信息，其幀格式如下(舉例):
$GPGGA, 023543.00，2308.28715，N, 11322.09875，E, I, 06，1.49，41.6，M, -5.3，M,，*7D其中的“2308.28715, N, 11322.09875，E”和“41.6，M，-5.3，M”便是要獲取的數(shù)據(jù)，解析后結(jié)果為:北緯23° 8.28715,，東經(jīng)113° 22.09875;，海拔41.6M，地面高度5.3M。[0027] 表1 NMEA-0183常用命令表
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，包括電源模塊，其特征在于:還包括分布式傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、GPS模塊、微控制器、顯模塊、報(bào)警模塊和GPRS模塊,分布式傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理模塊及GPS模塊的輸出端分別與微控制器的輸入端連接，微控制器的輸出端分別與顯示模塊和報(bào)警模塊的輸入端連接，并且微控制器還通過GPRS模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行雙向通信； 所述分布式傳感器包括雨量傳感器、水位計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、傾斜計(jì)和伸縮計(jì)，用于獲取降雨量、地下水位、地下孔隙水壓力及坡體或山體移位信息，并且所述雨量傳感器、水位計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、傾斜計(jì)和伸縮計(jì)分別分散分布在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)； 所述GPS模塊用于獲取各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置信息，包括各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、地面高度和海拔信息； 所述微控制器分別獲取并處理通過分布式傳感器所采集的降雨量、地下水位、地下孔隙水壓力及坡體或山體移位信息、以及通過GPS模塊所定位的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置信息，然后將處理后的傳感器數(shù)據(jù)和定位信息送至GPRS模塊打包封裝成TCP/IP數(shù)據(jù)包，最后通過GPRS骨干網(wǎng)接入Internet網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；同時(shí)，所述微控制器還通過GPRS模塊接收來自遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)指令,該數(shù)據(jù)指令包括更改數(shù)據(jù)包傳輸頻率指令、設(shè)置監(jiān)控中心手機(jī)號(hào)指令、設(shè)置傳感器預(yù)警值指令和啟動(dòng)報(bào)警指令。
2.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述微控制器為STC12C5A60S2單片機(jī)，所述信號(hào)調(diào)理模塊的數(shù)量為8組，并且每組信號(hào)調(diào)理模塊的結(jié)構(gòu)均完全相同；對(duì)于其中的一組信號(hào)調(diào)理模塊，其包括傳感器接口 J3、排針Pl以及電流環(huán)接收器RCV420芯片 U2，其中傳感器接口 J3的3引腳與所述分布式傳感器的信號(hào)輸出端連接、并同時(shí)分別與排針Pl的2引腳及4引腳連接，排針Pl的3引腳及I引腳分別接至電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的I引腳及3引腳，用于所述分布式傳感器的信號(hào)輸出的極性選擇；電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的14引腳接至傳感器接口 J3的4引腳，且傳感器接口J3的4引腳還同時(shí)接至STC12C5A60S2單片機(jī)的Pl.0引腳。
3.如權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:在所述電源模塊中，電源開關(guān)K21的一端接至12V單電源，電源開關(guān)K21的另一端接至二極管D21的陽極，二極管D21的陰極分別同時(shí)與二極管D22的陰極、電阻R25的一端、電容C21的一端、電容C22的一端以及LM2576芯片U22的I引腳連接，二極管D22的陽極、電容C21的另一端、電容C22的另一端以及LM2576芯片U22的3引腳和5引腳均接地，電阻R25的另一端與發(fā)光二極管LED2的陽極連接，發(fā)光二極管LED2的陰極接地；LM2576芯片U22的4引腳同時(shí)接至電阻R21和電阻R23的一端，電阻R21的另一端接地，LM2576芯片U22的2引腳同時(shí)接至二極管D23的陰極和電感L21的一端，電感L21的另一端同時(shí)與電阻R23的另一端、電容C23的一端、電容C26的一端以及L7805穩(wěn)壓芯片U23的I引腳連接，L7805穩(wěn)壓芯片U23的3引腳同時(shí)與電容C24的一端、電容C27的一端以及MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的I引腳、2引腳連接，二極管D23的陽極、電容C23的另一端、電容C26的另一端、L7805穩(wěn)壓芯片U23的4引腳、電容C24的另一端、電容C27的另一端均接地，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的4引腳同時(shí)與電容C25的一端、電容C28的一端、及電阻R24的一端連接，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的5引腳同時(shí)與電阻R24的另一端和電阻R22的一端連接，MIC29302穩(wěn)壓芯片U21的3引腳、電容C25的另一端、電容C28的另一端、電阻R22的另一端均接地。
4.如權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:該裝置還包括了用于對(duì)所述電流環(huán)接收器RCV420芯片U2進(jìn)行供電的雙電源供電電路，在該雙電源供電電路中，電源開關(guān)Kl的一端與12V單電源連接，電源開關(guān)Kl的另一端接至二極管Dl的陽極，二極管Dl的陰極同時(shí)分別與二極管D2的陰極、電阻Rl的一端、電容C2的一端以及電感LI的一端連接，二極管D2的陽極、電容C2的另一端均接地，電阻Rl的另一端與發(fā)光二級(jí)管LEDl的陽極連接，發(fā)光二級(jí)管LEDl的陰極接地，電感LI的另一端接至電源模塊A1212S芯片Ul的I引腳，電源模塊A1212S芯片Ul的2引腳接地，電源模塊A1212S芯片Ul的4引腳經(jīng)電感L3接至電容C3的一端，電源模塊A1212S芯片Ul的6引腳經(jīng)電感L2接至電容Cl的一端，電容C3的另一端和電容Cl的另一端均同時(shí)與電源模塊A1212S芯片Ul的5引腳以及電流環(huán)接收器RCV420芯片U2的2引腳、5引腳和13引腳連接。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:該裝置的遠(yuǎn)程通信方式還包括SMS短信息，所述SMS短信息用于更改發(fā)送頻率參數(shù)和服務(wù)器IP地址參數(shù)；并且，在服務(wù)器IP地址需要改動(dòng)時(shí)，通過手機(jī)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)以短信方式發(fā)送到該裝置進(jìn)行更改并建立新的網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)，該裝置在遇到網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤時(shí)也會(huì)向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心手機(jī)發(fā)送短信息來進(jìn)行提醒。
6. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述GPS模塊為NE0-6M模組，所述GPRS模塊為MC55模塊。
【文檔編號(hào)】G08B25/10GK103914952SQ201410152340
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】劉雪梅, 皇甫中民, 陳夢(mèng), 劉明堂, 孫新娟, 閆雒恒, 劉漢東, 董怡, 孫源 申請(qǐng)人:華北水利水電大學(xué)