泥石流災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)信工111班李旭偉指導(dǎo)教師楊帆（陜西科技大學(xué)職業(yè)教育師范學(xué)院陜西西安710021）摘要近年來，關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害的報道屢見不鮮。這些災(zāi)害報道反映了實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的滯后，迫切需要建立我國地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)的滑坡、泥石流的智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，通過快速感知地質(zhì)災(zāi)害的前兆信息，快速預(yù)警和實施應(yīng)急避險，本文將以對滑坡泥石流地質(zhì)災(zāi)害形成原理為依托，將綜合應(yīng)用無線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等來實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測防御點進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測和預(yù)警做出研究。文章將主要對基于ZIGBEE和GSM通信技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的建立做一個闡述，以及對系統(tǒng)中的基于TI公司的CC2431芯片硬件節(jié)點制作，軟件程序的編寫等做一個詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞地質(zhì)災(zāi)害，無線通信，CC2431，預(yù)警，ZIGBEE，GSMLANDSLIDEREMOTEMONITORINGSYSTEMDEVELOPMENTANDTHECASEOFTHESIMULATIONMETHODOFTEACHINGDESIGNABSTRACTINRECENTYEARS,THEREPORTSONTHEGEOLOGICALDISASTERSARENOTUNCOMMONTHESEDISASTERREPORTSREFLECTTHEREALTIMEMONITORINGANDWARNINGSYSTEMCONSTRUCTIONLAG,THEREISANURGENTNEEDTOESTABLISHTHEGEOLOGICALDISASTERSINHIGHPRONEAREASOFLANDSLIDESANDDEBRISFLOWSINTELLIGENTDETECTIONWARNINGSYSTEMINCHINA,THEARTICLEWILLDOAELABORATEONTHEESTABLISHMENTOFGEOLOGICALDISASTERWARNINGSYSTEMWHICHISBASEDONZIGBEEANDGSMCOMMUNICATIONTECHNOLOGY,ASWELLASADETAILEDDESCRIPTIONOFTHESYSTEMHARDWARENODEPRODUCTIONBASEDONTISCC2431CHIPANDSOFTWAREPROGRAMTHESTUDYMAINLYHASTHEFOLLOWINGCONTENTKEYWORDSGEOLOGICAL，DISASTERS,WIRELESSCOMMUNICATION,CC2431,EARLYWARNING,ZIGBEE，GSM1緒論11課題的背景的和意義每到了一年的雨季，地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率總是居高不下，給這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和人民的生命財產(chǎn)造成巨大的損失。各級政府部門總是希望通過加大對地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)控和預(yù)警力度，可又因為這些地區(qū)的地形地貌復(fù)雜，監(jiān)測技術(shù)水平又十分有限，造成對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警監(jiān)測顯得力不從心基于這種狀況，地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報就成為社會進(jìn)步和地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，是對人類防災(zāi)減災(zāi)科學(xué)技術(shù)的一種推動。12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢13論文的主要研究內(nèi)容其主要研究內(nèi)容1地質(zhì)災(zāi)害前兆信號傳感或信號獲取技術(shù)。2設(shè)計體積小巧、便于部署安裝的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息采集終端。3自主設(shè)計降雨量智能監(jiān)測終端。4研究適合本項目應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，。5信息分析處理技術(shù)。6研究上位機試驗監(jiān)控界面設(shè)計。7對地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型初步研究。14論文的組織結(jié)構(gòu)本論文介紹了基于ZIGBEE/GSM的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)研究，其主要的研究內(nèi)容如下第一章緒論部分主要是對課題的選題依據(jù)及意義。第二章首先對地質(zhì)災(zāi)害形成機理做出分析。第三章針對硬件的設(shè)計特點，主要描述ZIGBEE/GSM通信協(xié)議棧軟件的設(shè)計、環(huán)境終端和雨量終端的數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計、無線協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)節(jié)點的軟件設(shè)計，第四章災(zāi)害預(yù)警模型進(jìn)行初步研究和對系統(tǒng)試驗監(jiān)控界面的設(shè)計做了詳細(xì)的闡述。第五章，結(jié)合模擬教學(xué)法對此畢業(yè)設(shè)計的某一項設(shè)計進(jìn)行一次教學(xué)案例設(shè)計。2系統(tǒng)方案設(shè)計21地質(zhì)災(zāi)害形成與功能需求分析研究211泥石流災(zāi)害形成分析地表巖體破碎、錯落、滑坡等不良地質(zhì)發(fā)育，為泥石流發(fā)生提供了大量的固體物質(zhì)。人類活動也影響固體物的形成，如濫伐森林，開山采礦等。觸發(fā)條件通常是由于降雨引起的。由于連續(xù)降雨、急速降雨等原因，造成巖體中的含水量過飽和，破壞了碎巖體的穩(wěn)定性，在雨量繼續(xù)沖刷的情況下，過量雨水和碎巖體就形成了泥石流。結(jié)合到地形地貌、巖體成分等能量條件和物質(zhì)條件就造成了泥石流的形成。212滑坡災(zāi)害形成分析滑坡的形成于泥石流形成的條件有很多相似的條件。在滑坡形成的過程中有著強烈的地形條件要求。斜坡是滑坡形成的必要條件，從滑坡的發(fā)生地域分析也可以看出，滑坡通常發(fā)生在丘陵和山地地區(qū)，不具備斜坡的平原盆地也就不會發(fā)生。213功能需求本研究根據(jù)需求，擬對監(jiān)測點的降雨量，斜坡角度，溫度和空氣濕度，滑動位移幾種參數(shù)做出監(jiān)測分析，其中降雨量信息，斜坡角度作為主要監(jiān)測參數(shù)。溫度和濕度參數(shù)主要是用于輔助測量或者對土壤中的含水量監(jiān)測做出參考。22無線通信方案通過這些地理環(huán)境參數(shù)的統(tǒng)計分析做出一個合理的分析，得出發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性預(yù)報，提高對該地段的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的針對性，因此本文將依據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來進(jìn)行研究。23網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方案設(shè)計本系統(tǒng)是基于ZIGBEEGSM通信的體系結(jié)構(gòu)。231ZIGBBEE通信技術(shù)ZIGBEE是一種低速無線個域網(wǎng)（LOWRATEWIRELESSPERSONALNETWORKLRWPAN），其通信標(biāo)準(zhǔn)符合IEEE專門針對低速率的無線個域網(wǎng)而制定的IEEE802154無線通信標(biāo)準(zhǔn)。它擁有三個頻段，其中868MHZ和915MHZ兩個頻段適用于歐美地區(qū)，而24GHZ的頻段卻適用于全球，因此在國內(nèi)市場上ZIGBEE通信市場上大都采用24GHZ的通信頻段。232GSM通信技術(shù)GSM/GPR全稱為全球移動通信系統(tǒng)（GLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATIONS），是一種全球應(yīng)用最為廣泛的移動通信系統(tǒng)，也是第二代（2G）移動通信網(wǎng)絡(luò)。GSM技術(shù)是現(xiàn)行移動通信技術(shù)中最為成熟的通信技術(shù)，其覆蓋網(wǎng)廣，通信信號穩(wěn)定，擁有成熟的通信協(xié)議和機制。通過多年的發(fā)展，其網(wǎng)絡(luò)布局日趨合理，網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用也越來成熟，最大限度提高了網(wǎng)絡(luò)的平均服務(wù)質(zhì)量。233網(wǎng)絡(luò)通信構(gòu)架上位機分析軟件接收到環(huán)境信息以后對多次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對監(jiān)測點的狀態(tài)趨勢進(jìn)行分析，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)警值以后，發(fā)送預(yù)報信息。24傳感器節(jié)點方案設(shè)計241節(jié)點整體方案選擇以MSP430CC2420TC35I作為控制中心的方案。242環(huán)境節(jié)點設(shè)計方案其節(jié)點的設(shè)計框圖如圖22所示。傾角傳感器超聲波傳感器溫度傳感器濕度傳感器AD數(shù)字接口RF串口射頻裝置GSMMC37I電源電源8051內(nèi)核CC2431圖21環(huán)境節(jié)點設(shè)計框圖243雨量節(jié)點設(shè)計方案本雨量計設(shè)計主要采用具有ZIGBEE通信功能的CC2431模塊作為主控制器，在實現(xiàn)雨量的智能控制測量的同時還實現(xiàn)對雨量信息的無線傳輸。（25本章小結(jié)針對要監(jiān)測的降雨量、傾斜角等環(huán)境信息，提出了幾種節(jié)點設(shè)計方案，經(jīng)過比較以后，選取了CC2431MC37I的控制方案。并詳細(xì)分析了降雨量監(jiān)測節(jié)點和環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點的方案組成。3系統(tǒng)軟件設(shè)計31初始化模塊程序設(shè)計在TICC2431的硬件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的軟件設(shè)計平臺都是基于IAREW8051集成開發(fā)環(huán)境的。33組網(wǎng)通信程序設(shè)計34災(zāi)害預(yù)警模型分析與設(shè)計本文的研究重點在于前端數(shù)據(jù)的采集和對區(qū)域的實時監(jiān)測，但也對災(zāi)害預(yù)警模型進(jìn)行了研究，預(yù)程序設(shè)計的流程。35實驗監(jiān)測界面設(shè)計監(jiān)控平臺使用的通信手段可以有很多選擇，通過這些差值來判斷監(jiān)控節(jié)點的變化趨勢。在界面設(shè)計的軟件流程。36本章小結(jié)本章主要是整個系統(tǒng)的軟件研究做一個詳細(xì)的介紹。最后介紹VISUALBASIC60軟件的數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析的界面設(shè)計思路流程。4系統(tǒng)功能測試41系統(tǒng)分析測試通過實驗測試得到遠(yuǎn)程發(fā)送的幾種實時的數(shù)據(jù)以及預(yù)警信息。通過對系統(tǒng)進(jìn)行測試證明，并對多次的數(shù)據(jù)進(jìn)行了動態(tài)曲線顯示，直觀的看出節(jié)點中的監(jiān)測數(shù)據(jù)的趨勢變化。42系統(tǒng)改進(jìn)方案在有些方面也還需要進(jìn)一步的加以提高和完善。（1）與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，。（2）與GPS技術(shù)相結(jié)合。（3）加入更多的傳感器。（4）可通過對災(zāi)害監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。（5）對硬件節(jié)點優(yōu)化其尺寸和布線。43本章小結(jié)首先本章對實驗的硬件制作流程和注意事項做了介紹，然后結(jié)合所做成的實驗裝置圖對環(huán)境采集，雨量采集，協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)硬件中的各個模塊做了詳細(xì)的介紹，再次對實驗所設(shè)計的預(yù)警監(jiān)測界面進(jìn)行了介紹。最后對系統(tǒng)中各個節(jié)點的安裝調(diào)試、組網(wǎng)測試、預(yù)警信息判斷和發(fā)送做了詳細(xì)的介紹。通過測試驗證了采集數(shù)據(jù)及預(yù)警判斷較為合理。5模擬教學(xué)法51理論基礎(chǔ)模擬教學(xué)法是一種教學(xué)方法，是指在教師指導(dǎo)下，學(xué)生模擬扮演某一角色或在教師創(chuàng)設(shè)的一種背景中，進(jìn)行技能訓(xùn)練和調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的一種典型的互動教學(xué)法；使學(xué)生主動地參與教學(xué)過程，加強師生之間、生生之間的相互合作與交流。52實施步驟1、說明意圖2、學(xué)生組合3、進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的選擇4、制定學(xué)習(xí)計劃5、進(jìn)行資料的收集6、編寫教學(xué)教案7、對授課進(jìn)行模擬8、教學(xué)評價53主要特征模擬教學(xué)與現(xiàn)場教學(xué)相比，學(xué)習(xí)環(huán)境的有序性、安全性得以提高，避免學(xué)生在危險與復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行技能訓(xùn)練。一1、主體性2、應(yīng)用性3、互動性4、開放性5、創(chuàng)造性