本實用新型涉及一種無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，屬于地球物理勘測技術領域。

背景技術：

次聲波具有頻率低、波長大、傳輸距離遠、衰減小、穿透力強等特點。次聲波頻率低、波長大的特性，使次聲波衍射能力特別強，很容易繞過高大的建筑物、山嵐等大型障礙物連續(xù)傳播。人類雖然不能直觀地感受到次聲波，但次聲波廣泛地存在于周圍環(huán)境中。長期以來的觀測也表明，自然現(xiàn)象中的雷雨、地震、火山爆發(fā)、風暴、磁暴、隕石墜落、大氣渦流、旋風巨浪等都會向周圍環(huán)境中輻射次聲波。所以，通過監(jiān)測和分析這些次聲波信號，可以定位次聲波源，判斷次聲波產生的原因和傳播規(guī)律，進而來揭示次聲波信號與自然事件的關聯(lián)性，達到監(jiān)測和預防自然災害的目的。由于汶川、玉樹、廬山地震、舟山泥石流等自然災害的發(fā)生給國家的經濟和人民的生命財產造成了巨大的損失。所以，自然界中次聲波對人類經濟和社會發(fā)展的影響，對自然規(guī)律的正確揭示，越來越引起人們的重視。

傳統(tǒng)的次聲波監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在精度比較低，智能化程度不夠高，不能滿足野外次聲波實驗研究的需求。所以，研制更高精度，高效便捷的分布式無線數(shù)字化次聲波監(jiān)測系統(tǒng)已是地球物理探測發(fā)展的迫切需求。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，并提供一種分布式無線次聲波信號采集系統(tǒng)，使次聲波信號的采集和傳輸更加準確、快速，解決了單一式有線次聲波檢測系統(tǒng)中工作量大、效率低的問題。

實現(xiàn)本實用新型目的所采用的技術方案為，一種分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，至少包括電性連接的次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器、下位機和電源，還包括溫濕度傳感器、GPS模塊、存儲模塊、4G模塊和上位機，上位機與下位機通過4G模塊無線連接，溫濕度傳感器和GPS模塊連接下位機的輸入端，存儲模塊與下位機信息交互。

所述下位機為單片機，下位機上連接有USB接口。

所述信號調理電路由程控放大器和低通濾波器構成，次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器和下位機順序連接。

所述GPS模塊與單片機的UART1口電性連接。

所述溫濕度傳感器與單片機的I/O口電性連接。

還包括恒溫晶振，恒溫晶振和單片機的OSC口電性連接。

所述4G模塊與單片機的UART2口電性連接，單片機與上位機之間以TCP/IP的協(xié)議數(shù)據通信。

所述電源包括高精度正負電源與基準電源，高精度正負電源為信號調理電路供能，基準電源為模數(shù)轉換器提供基準參考電壓。

由上述技術方案可知，本實用新型提供的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，主體架構包含上位機和與上位機進行無線通信的下位機系統(tǒng)；下位機系統(tǒng)實現(xiàn)次聲波數(shù)據采集、數(shù)據處理和存儲，其中1、下位機，采用單片機，為下位機系統(tǒng)的控制核心，控制模數(shù)轉換器采集次聲波信號并接收模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號，單片機上設置USB接口，便于電腦讀取下位機系統(tǒng)中的信息；2、次聲波數(shù)據采集與處理單元，由次聲波傳感器、信號調理電路和模數(shù)轉換器順序連接構成，次聲波傳感器高精度采集次聲波信號，將次聲波轉換成電壓信號，信號調理電路由程控放大器和低通濾波器構成，對傳感器采集到的信號進行放大和濾波，對電壓信號進行電壓抬升和抗干擾處理，單片機程序控制程控放大器，改變其放大倍數(shù)；3、存儲模塊，對單片機采集到的數(shù)據進行存儲，在數(shù)據傳輸過程中遇到掉包時可從中讀取原始數(shù)據，提高儀器可靠性；4、4G模塊，用4G無線網絡通信模塊可獲取外網IP地址的寬帶建立網絡通信，將遠端采集的數(shù)據傳輸?shù)缴衔粰C的控制終端；5、GPS模塊，接收GPS衛(wèi)星信號，獲取次聲波數(shù)據采集點的地理位置信息，并給分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)授時；6、恒溫晶振，使用GPS授時以后，便使用恒溫晶振來進行授時，改善了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中無法使用GPS授時的情況，提高了系統(tǒng)的自適應性；7、溫濕度傳感器，獲取采集點的溫濕度信息，為后續(xù)數(shù)據處理提供參考；8、電源，依據需求設計了高精度正負電源和基準電源，高精度正負電源為信號調理電路供能，基準電源為模數(shù)轉換器提供基準參考電壓；在上位機和下位機中寫入對應控制程序，整個系統(tǒng)可自動智能化運行。

與現(xiàn)有次聲波監(jiān)測系統(tǒng)相比，本實用新型提供的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)對次聲波信號的采集更加準確、快速，解決了現(xiàn)有單一式有線次聲波檢測系統(tǒng)中工作量大、效率低的問題，增加了GPS模塊和溫濕度傳感器，分別為系統(tǒng)提供授時和采集點的溫濕度，并通過上位機實時控制下位機采集系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的監(jiān)測精度和智能化程度，溫濕度傳感器的設置使得下位機系統(tǒng)具有溫度自動補償?shù)墓δ?，當溫度發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以自動實現(xiàn)溫度補償；設置恒溫晶振，使用GPS授時以后，便使用恒溫晶振來進行授時，改善了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中無法使用GPS授時的情況，提高了系統(tǒng)的自適應性。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)的結構框圖。

圖2為高精度正負電源的電路圖。

圖3為信號調理電路的電路圖。

圖4為基準電源的電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細具體說明，以便本領域的技術人員更好地理解本實用新型。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本實用新型的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。

本實用新型提供的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，其結構如圖1所示，包括上位機和下位機系統(tǒng)，上位機與下位機系統(tǒng)無線通信；

下位機系統(tǒng)包括次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器、GPS模塊、恒溫晶振、溫濕度傳感器、下位機、存儲模塊、4G模塊、面板按鍵和指示燈，次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器和下位機順序連接，其中：

下位機，采用STM32F103VET6單片機，與模數(shù)轉換器相連接，控制模數(shù)轉換器采集次聲波信號并接收模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號，單片機STM32上設置USB接口，可通過USB口和數(shù)據線連接到單片機數(shù)據采集系統(tǒng)，方便上位機或電腦在現(xiàn)場快速地從下位機采集系統(tǒng)中讀取實時次聲波數(shù)據和SD卡中的歷史數(shù)據；

次聲波傳感器，采用電容式INSAS2008型次聲傳感器，該次聲傳感器具有靈敏度高、動態(tài)范圍寬等特點，可以高精度采集次聲波信號，將次聲波轉換成電壓信號；

信號調理電路可以連接四個次聲波傳感器，參見圖3，信號調理主要是由程控放大器和低通濾波器構成，單片機程序控制程控放大器，改變其放大倍數(shù)；

模數(shù)轉換器，其型號為ADS1274，與信號調理電路相連，將采集的次聲波模擬信號轉換成數(shù)字信號并傳輸給單片機STM32；

GPS模塊，與單片機STM32的UART1口相連接，接收GPS衛(wèi)星信號，并給系統(tǒng)授時和提供地理位置信息；

溫濕度傳感器，其型號為AM2303，溫濕度傳感器與單片機STM32的I/O口連接，將溫濕度的數(shù)字化信息傳送給單片機STM32處理；

存儲模塊，采用SD卡，SD卡與單片機STM32的SPI總線連接，通過單片機的控制將采集到的次聲波數(shù)以十六進制數(shù)形式據存儲到SD卡中；

4G模塊，與單片機STM32的UART2口相連接，單片機STM32將次聲波傳感器采集的數(shù)據以TCP/IP的協(xié)議無線傳輸給上位機，同時發(fā)送上位機的控制指令給單片機STM32，實現(xiàn)對整個下位機系統(tǒng)的控制功能；

恒溫晶振，與單片機的OSC口連接，為整個提供系統(tǒng)提供時鐘和授時，實現(xiàn)分布式采集的同步性；

電源，包括高精度正負電源與基準電源，參見圖2和圖4，高精度正負電源為信號調理電路供能，基準電源為ADS1274模數(shù)轉換器提供基準參考電壓；

下位機系統(tǒng)具有零點電位，在沒有接次聲波傳感器時短接信號輸入端，記錄數(shù)據在接入次聲波傳感器后進行零點電位補償；上位機采用LabVIEW進行編寫，實現(xiàn)上位機對下位機遠程控制，主要由參數(shù)配置、網絡鏈接、數(shù)據傳輸和處理三部分構成，可同時控制多個下位機系統(tǒng)，實現(xiàn)工作模式切換，參數(shù)配置，接收和發(fā)送數(shù)據流，顯示、回放和存儲數(shù)據。

盡管已描述了本實用新型的優(yōu)選實施例，但本領域內的普通技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本實用新型范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。