基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及山體監(jiān)測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，我國的一些地方或者區(qū)域受天災(zāi)或者人為的影響，頻頻對人民群眾的生命財產(chǎn)造成威脅和損害，例如地處我國西南部的四川、廣西、貴州、云南等地受地貌條件影響而頻繁發(fā)生的山體滑坡和泥石流災(zāi)害，給人民群眾的生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。另外，隨著我國經(jīng)濟實力的不斷提升，我國高鐵通車?yán)锍桃呀?jīng)成為世界第一，但是我國的地貌條件決定了許多高鐵包括一些普通鐵路需要建在茫茫山區(qū)，而在這些山區(qū)穿行的高鐵和普通鐵路上的列車所面臨的主要威脅就是前方山體突然發(fā)生滑坡產(chǎn)生的墜落物將前方鐵路阻斷，特別是高鐵，因為速度快使得處警反應(yīng)時間極短，極易因此而發(fā)生事故。目前我國高鐵包括普通鐵路平時對于類似滑坡這類隱患的檢測仍然依靠巡道工的巡檢，漏檢的概率非常大，效率極低。而在高速運行的列車上利用駕車司機對前方的目視來檢測此類滑坡并采取制動措施則因為要求的反應(yīng)速度大大超過人的生理極限而變得極度困難。
[0003]目前雖有部分技術(shù)提出了針對山體滑城、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警設(shè)備，都存在以下冋題和不足:
[0004]1、預(yù)警設(shè)備采用傳統(tǒng)的GPRS、衛(wèi)星通訊等傳輸技術(shù)，導(dǎo)致設(shè)備本身耗電量極大，無法滿足預(yù)警設(shè)備長年待機的需要，即使有技術(shù)提出可以進行太陽能充電，但若在某些山區(qū)的特殊區(qū)域，長年照曬不到太陽則無法使用；并且太陽能電池轉(zhuǎn)化率太低，應(yīng)用到相關(guān)設(shè)備中數(shù)量要求較多，無形中增加了使用成本；
[0005]2、預(yù)警設(shè)備的預(yù)警監(jiān)測多采用設(shè)備位移方式進行監(jiān)測，而此時山體滑坡已經(jīng)發(fā)生，山體滑坡前期的傾斜征兆無法監(jiān)測，預(yù)警效果差；
[0006]3、預(yù)警設(shè)備采用傳統(tǒng)的控制中心集中管理模式，控制中心長年需安排人員值守，人工成本較大，實時交互性差；
[0007]4、預(yù)警設(shè)備結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，導(dǎo)致預(yù)警設(shè)備的成形產(chǎn)品在現(xiàn)場以整套預(yù)警工作站的形式存在，成本過高，無法進行大范圍推廣。
[0008]如何開發(fā)出一種能夠滿足實際需要的山體滑坡監(jiān)測設(shè)備已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中山體滑坡預(yù)警設(shè)備無法滿足實際需要的缺陷，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置及其控制方法來解決上述問題。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置，包括通信芯片、物聯(lián)網(wǎng)基站和移動終端，通信芯片上接有發(fā)射天線，通信芯片通過發(fā)射天線與物聯(lián)網(wǎng)基站進行無線通信，物聯(lián)網(wǎng)基站通過移動通信基站與移動終端進行無線通信，還包括MCU和三軸加速度傾角傳感器，所述的三軸加速度傾角傳感器的數(shù)據(jù)輸出端與MCU的數(shù)據(jù)輸入端相連，所述的通信芯片接在MCU的串口上。
[0012]所述的MCU的型號為STM32L，三軸加速度傾角傳感器的型號為ADIS16209，通信芯片的型號為SCNPC0003010。
[0013]所述的三軸加速度傾角傳感器的D1l端和D102端與MCU的D1l端和D102端相連，通信芯片的PA9端和PAlO端與MCU的PA9端和PAlO端相連，通信芯片的TX端接有發(fā)射天線。
[0014]所述的MCU的PC7端通過電阻R3和PNP三級管Ql接入通信芯片的VBAT端和VMCU端。
[0015]還包括電源，電源的型號為AME8855，所述的通信芯片、三軸加速度傾角傳感器和MCU均與電源相連。
[0016]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置，所述通信芯片的Β00Τ0端通過電阻Rl2接地。
[0017]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0018]系統(tǒng)初始化，三軸加速度傾角傳感器和MCU清除保存在自身內(nèi)存中的傾斜角度初始值數(shù)據(jù)；
[0019]初始值的刷新，三軸加速度傾角傳感器以短時間周期T定時采集當(dāng)前機體傾斜角度α，三軸加速度傾角傳感器和MCU將傾斜角度α定義為最新初始值；
[0020]裝置整體待機狀態(tài)，MCU處于睡眠狀態(tài)，三軸加速度傾角傳感器實時監(jiān)測當(dāng)前的傾斜角度α和外加速度力β ；
[0021]裝置定時巡檢，MCU以長時間周期Q為單位，MCU在長時間周期Q內(nèi)控制電源分別給三軸加速度傾角傳感器、MCU和通信芯片上電，MCU發(fā)送巡檢信息且通過通信芯片發(fā)送至移動終端；
[0022]預(yù)警狀態(tài)的判斷，MCU根據(jù)三軸加速度傾角傳感器的實時監(jiān)測結(jié)果判斷當(dāng)前裝置的運行狀態(tài)。
[0023]所述的預(yù)警狀態(tài)的判斷包括以下步驟:
[0024]三軸加速度傾角傳感器實時采集傾斜角度α和外加速度力β，并傳送給MCU;
[0025]MCU根據(jù)預(yù)警判斷準(zhǔn)則判斷當(dāng)前是否需要進行報警，預(yù)警判斷準(zhǔn)則如下:
[0026]若傾斜角度α < Α，其中A為傾斜角度閾值，則裝置處于待機狀態(tài)；
[0027]若外加速度力β < B，其中B為外加速度閾值，則裝置處于待機狀態(tài)；
[0028]若在第一個短時間周期T內(nèi)傾斜角度α > Α，且在第二個短時間周期T內(nèi)傾斜角度α > A，則裝置處于報警狀態(tài)，MCU控制電源給通信芯片上電，MCU控制通信芯片向移動終端發(fā)送報警信息；
[0029]若外加速度力β > B，則裝置處于報警狀態(tài)，MCU控制電源給通信芯片上電，MCU控制通信芯片給移動終端發(fā)送報警信息。
[0030]還包括低電壓報警，包括以下步驟:
[0031 ] MCU監(jiān)測電源內(nèi)的電池電壓V，并與電壓閾值W進行判斷；
[0032]若電池電壓V < W，其中W為電壓閾值，則MCU控制電源給通信芯片上電；
[0033]MCU控制通信芯片發(fā)送低電壓報警信息給移動終端。
[0034]有益效果
[0035]本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置及其控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠在山體滑坡災(zāi)害發(fā)生的瞬間，迅速將報警信息發(fā)送給指定的物聯(lián)網(wǎng)基站，從而將報警信息發(fā)送給指定的移動終端，便于相關(guān)人員及時撤離、避讓，或給高速行駛的火車提供寶貴的緊急制動時間以避免事故發(fā)生。本發(fā)明實現(xiàn)無人值守監(jiān)測預(yù)警；高危山坡現(xiàn)場無需安排電力供應(yīng)；整個裝置耗電量極低，6年一個周期內(nèi)無需更換電池；整個裝置全部實現(xiàn)無線互聯(lián)，無需在荒山野嶺架設(shè)埋線，施工方便快捷，成本低廉。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0037]圖2為本發(fā)明中三軸加速度傾角傳感器的線路原理圖；
[0038]圖3為本發(fā)明中MCU的的線路原理圖；
[0039]圖4為本發(fā)明中通信芯片的線路原理圖；
[0040]圖5為本發(fā)明中發(fā)射天線的線路原理圖；
[0041]圖6為本發(fā)明中電源芯片的線路原理圖；
[0042]圖7為本發(fā)明中控制方法的方法流程圖；
[0043]其中，1-三軸加速度傾角傳感器、2-MCU、3_通信芯片、4_發(fā)射天線、5_物聯(lián)網(wǎng)基站、6-移動終端、7-電源、8-移動通信基站。
【具體實施方式】
[0044]為使對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進一步的了解與認(rèn)識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下:
[0045]如圖1所示，本發(fā)明所述的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置，包括通信芯片3、物聯(lián)網(wǎng)基站5和移動終端6。移動終端6為現(xiàn)在廣泛使用的移動通信設(shè)備，如手機、平板電腦等。物聯(lián)網(wǎng)基站5為應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中繼站，通過物聯(lián)網(wǎng)基站5可以實現(xiàn)與移動通信基站8的連接。通信芯片3上接有發(fā)射天線4，通信芯片3通過發(fā)射天線4與物聯(lián)網(wǎng)基站5進行無線通信，通信芯片3通過發(fā)射天線4將信號發(fā)出至物聯(lián)網(wǎng)基站5。物聯(lián)網(wǎng)基站5按物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)再通過移動通信基站8進行通信，從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)基站5與移動終端6進行無線通信。還包括MCU2和三軸加速度傾角傳感器1，三軸加速度傾角傳感器I用于測量傾斜角度和加速度力，MCU2用于裝置的整體控制和判斷。三軸加速度傾角傳感器I的數(shù)據(jù)輸出端與MCU2的數(shù)據(jù)輸入端相連，三軸加速度傾角傳感器I將采集到的傾斜角度和加速度力傳送給MCU2。通信芯片3接在MCU2的串口上，MCU2再根據(jù)傾斜角度和加速度力的閾值對比判斷當(dāng)前是否需要進行報警，從而選擇是否觸發(fā)通信芯片3發(fā)送報警信息給移動終端6o
[0046]在實際應(yīng)用中，通信芯片3、MCU2、三軸加速度傾角傳感器I和發(fā)射天線4全部被集中安裝于一個機盒內(nèi)。機盒的三分之二部分被掩埋在需要監(jiān)測的山體石土內(nèi)，機盒的三分之一部分即發(fā)射天線4露出山體石土外，保證發(fā)射天線的增益。當(dāng)山體滑坡發(fā)生時，機盒將會因土石流動而發(fā)生傾斜或者被異物撞擊而受加速度力，此時三軸加速度傾角傳感器I立即將傾斜角度數(shù)據(jù)或者相關(guān)加速度力數(shù)據(jù)傳送給MCU2，MCU2在接收到這些數(shù)據(jù)后進行判斷，如果傾斜角度或者加速度力大于預(yù)先設(shè)置的閾值，MCU2進入報警模式。在這個報警模式下，通信芯片3進入發(fā)射狀態(tài)，MCU2將內(nèi)存的報警信息送入通信芯片3通過發(fā)射天線4將報警信息發(fā)送給指定的物聯(lián)網(wǎng)基站5，并通過這個基站和其接入的移動運營商網(wǎng)絡(luò)，將報警信息發(fā)送給指定的移動終端6，從而完成了預(yù)警功能。
[0047]如圖2所示，三軸加速度傾角傳感器I可以選用ADIS16209，其為ADI公司的低功耗三軸微機電系統(tǒng)傳感器，它所監(jiān)測的最小傾斜角度可以達(dá)到0.025°，監(jiān)測的最小加速度力可以達(dá)到0.244mg。為了避免過于靈敏而造成虛警，設(shè)置的最小監(jiān)測角度閾值可以為3°，監(jiān)測的最小加速度力閾值可以為500g。如圖3所示，MCU2的型號可以選用STM32L，即ST公司的32位低功耗MCU芯片STM32L。如圖4所示，通信芯片3的型號可以為無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研宄院的通訊模塊SCNPC0003010，其本身自帶DAC數(shù)/模輸出、ADC模/數(shù)輸入、UART串口、SPI四線串行總線、I2C接口、USB接口、FLASH存儲、RAM內(nèi)存和一個FSK調(diào)頻發(fā)射機。調(diào)頻發(fā)射機的頻率為142MHz?1050MHz之間可以定制。如圖5所示，在發(fā)射天線4中，天線座SMA采用的是內(nèi)螺紋+孔座的RP-SMA，天線ANT采用的是鞭狀天線，工作頻段為470MHz?480MHz，天線增益OdBm。實際測試表明，可以滿足在半徑8