基于LPC2103的地质灾害自动化无线监测系统的设计

摘要

我国是一个地质灾害多发的国家，山体滑坡对桥梁、水利、建筑等工程的危害巨大，对其进行监测预警有十分重要的意义。我们采取了多种监测方式方法对滑坡进行监测预警，其中包括岩土内部压力、测斜技术、含水量和滑动姿态加速度等大量监测手段。这些监测手段的监测特点非常适合岩土层山体滑坡内压力、含水量、深部位移等多参数的预警监测与研究，因此开展滑坡多参数监测技术的应用研究是十分必要的。
　　 目前，现有的光纤推力、含水量以及其他监测方法还处于初级的人工监测阶段，需要野外工作人员定时定期去现场监测，这样耗费大量的人力物力，并且不能达到实时监测的目的，也不能对地质灾害的发生作出迅速及时的判断和对策。现阶段已经有利用GPRS透明传输、电台传输等手段进行数据传输，但是由于其受信号强弱影响大、通讯距离短以及性能不稳定等缺点，难以满足未来的监测实时性、可靠性、准确性的需求。本设计主要由数据采集器(即光纤推力监测仪、含水量监测仪和滑动姿态加速度监测仪等其它地灾监测仪器)、ARM7的嵌入式芯片LPC2103、E2PROM存储器、SMS短消息发送模块、SMS短消息接收模块和野外供电模块构成。本设计利用LPC2103对工控机进行定时开启关闭功能，将地质灾害监测仪器(即光纤推力仪、含水量传感器等其他监测仪器)所采集的监测数据经A/D转化、拆分、打包，通过GSM模块将短信发至监控服务器，最后在监控中心服务器的数据库中将数据连接起来进行分析，完成自动采集数据并传输的功能。
　　 经过多次软、硬件结合的调试改进过程和长期、大量的野外试验，本次设计实现了自动化无线传输系统的全部功能，数据传输稳定并且能够进行长时间的野外自动监测，并实现了定时开关机及设定监测频率等功能，真正实现了自动化无线监测的无人值守化、自动化、实时化等特点，并且可以极为方便的移植至其它监测系统中，具有比较广泛的实际用途。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景及国内外发展情况

1.2嵌入式系统发展状况

1.3主要研究内容

第2章 地质灾害监测原理介绍

2.1光纤推力地质灾害监测

2.2岩土层含水量监测仪

2.3滑坡体姿态、加速度监测仪器

2.4光纤光栅地质灾害监测仪

第3章 系统总体方案设计

3.1系统总体框图

3.2系统硬件规划

3.3系统软件规划

第4章 硬件设计

4.1系统硬件设计整体结构

4.2嵌入式芯片和GSM短消息模块选型

4.2.1嵌入式芯片选型

4.2.2 GSM短消息模块选型

4.3外围电路设计

4.3.1电源电路

4.3.2复位电路

4.3.3系统时钟、晶振电路

4.3.4 FLASH存储器接口电路

4.3.5串行接口电路

4.3.6 ⅡC总线接口电路

4.3.7 A／D采集板电路

4.3.8继电器电路

4.3.9 GSM短消息模块接口电路

4.3.10野外供电模块电路

第5章 GSM通讯功能设计

5.1 GSM通讯功能设计要求

5.2 GSM无线监测系统与短消息模块的物理接口

5.2.1 GSM无线监测系统中短消息模块的物理管脚分布

5.2.2 GSM短消息通信模块的物理管脚定义说明

5.2.3 RS-232串口连接和电流方向

5.2.4 GSM短消息模块RS-232串口的缺省设置

5.3短消息模块和LPC2103间的逻辑通信接口和信息交互

5.4本设计和中心控制站之间用于通信的短消息格式定义

5.4.1远程配置短消息格式定义

5.4.2数据报告短消息格式定义

第6章 软件设计

6.1系统功能要求

6.2 main()函数代码

6.3程序主循环while(1)函数代码

6.4一些重要的子函数代码

6.4.1 RTC(实时钟)中断函数

6.4.2 Timer0,Timer1定时器中断函数

6.4.3 GSM短消息模块处理函数

6.4.4串口UART0、串口UART1接收中断处理函数

6.4.5 A／D采集函数

第7章 系统调试与室内外实验

7.1 调试框图

7.2.ARM调试设置及操作

7.2.1建立ADS1.2的IDE

7.2.2建立新工程

7.2.3添加程序

7.2.4设置Debug目标参数

7.2.5运行ADS1.2编译器

7.2.6 FLASH程序下载

7.3 室内外实验

7.3.1室内实验遇到的问题和解决方法

7.3.2 GSM无线传输系统应用于光纤推力仪器野外实验

7.3.3 GSM无线传输系统应用于光纤光栅野外实验

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士研究生期间发表的论文