一种基于GPRS通信的泥石流次声监测系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于GPRS通信的泥石流次声监测系统，包括：现场子系统以及PC上位机模块；所述现场子系统包括：STM32F407主控模块、GPRS通信模块、状态采集模块、信号采集模块、外部存储模块；以及外部IO模块。该系统能够实时采集超过阈值的次声信号，并自主进行HHT算法分析，将处理后的结果与原始数据文件通过SIM900A模块与GPRS网络上传至中心站FTP服务器，达到了对泥石流次声现场监测与预警的功能，实现了对仪器的远程通信与控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于GPRS通信的泥石流次声监测系统及其方法。
技术介绍
泥石流作为一种常见的山地自然灾害，具有很强的破坏力，我国是一个多山的国家，是世界上泥石流灾情最严重的国家之一。快速准确地对泥石流进行预警，可以保障人民的生命财产安全，具有重要的减灾应用价值。泥石流作为一种粘性流体，其起动机制与其形成、运移等诸过程密切相关。由于在泥石流的运移过程中固源物质颗粒间的摩擦作用，会产生频率低于20Hz的次声，也即可被仪器探测到的次声波。它以空气为介质，所以其传播速度与可闻声一样，比泥石流运动速度快15—20倍左右，因而监测系统能在泥石流到达之前率先捕捉到它的次声信号，为防灾减灾赢得了宝贵的时间因此，次声监测成为一种有效的泥石流预警方法。目前的泥石流次声监测装置大多都是放置在基站内的采集系统，不具备放置在现场定点监测的功能，并且也不具备对信号分析的功能。采集的信号距离现场较远，且工作人员需通过采集系统获取的数据进行算法分析，都大大降低了对泥石流次声报警的实时性。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有应用的不足，提供一种基于GPRS通信的一体化的泥石流次声监测系统，该系统能够实时采集超过阈值的次声信号，并自主进行HHT算法分析，将处理后的结果与原始数据文件通过SIM900A模块与GPRS网络上传至中心站FTP服务器，达到了对泥石流次声现场监测与预警的功能，实现了对仪器的远程通信与控制，实用前景较好。本专利技术的技术解决方案为：一种基于GPRS通信的泥石流次声监测系统，包括：现场子系统以及PC上位机模块；所述现场子系统包括：STM32F407主控模块、GPRS通信模块、状态采集模块、信号采集模块、外部存储模块；以及外部IO模块。所述STM32F407主控模块包括第一串口通信单元，第二串口通信单元，RTC实时时钟，ADC数模转换单元，SPI总线控制单元，I2C总线控制单元，USB OTG控制单元，FSMC控制单元，SDIO控制单元，第一外部中断接口，第二外部中断接口，四路GPIO接口；GPRS模块包括了SIM900A通信串口、SIM900A射频天线和SIM900A Ring接口；其中，SIM900A通信串口与STM32F407主控模块的第二串口通信单元相连，用于对GPRS模块的配置以及和主控模块之间的数据传输；SIM900A射频天线通过GPRS网络连接到PC上位机模块的FTP服务器端口，用于上位机与终端之间的文件传输；SIM900A Ring接口与STM32F407主控模块的第一外部中断接口相连，用于通过GPRS模块的来电唤醒睡眠中的系统；状态采集模块包括了蓄电池电压采集电路，设备温度采集电路和阈值触发采集电路；三者都与STM32F407主控模块的ADC数模转换单元相连；其中，蓄电池电压采集电路用于检测设备的工作电源状态，当低于可设置的门限值时将产生事件警告发送给上位机；设备温度采集电路用于检测设备工作环境的温度，当超过可设置的门限值时将产生事件警告发送给上位机；阈值触发采集电路与信号采集模块的检波比较电路相连，用于采集比较电路输出的电平值，当电平值超过可设置的阈值时表示具有较强的次声信号，此时启动系统的采样任务，获取次声数据；信号采集模块包括了外部模数转换器单元，数字电位器单元，信号采集与滤波电路，检波与比较电路；外部模数转换器单元与STM32F407主控模块的SPI总线控制单元相连，系统通过SPI接口控制外部模数转换器工作，并获取采样转换或的值；同时外部模数转换器单元也与信号采集与滤波电路相连；数字电位器单元与STM32F407主控模块的I2C总线控制单元相连，系统通过I2C接口控制数字电位器，调节电阻值，结合检波比较电路实现阈值可调的功能；信号采集与滤波电路分别于外部模数转换器单元和检波比较电路相连，将采集到信号送给模数转换器和检波比较电路；检波比较电路与信号采集滤波电路，数字电位器单元以及状态采集模块的的阈值触发采集电路相连，结合数字电位器的值，对滤波后的信号做检波与比较操作，将输出的结果传给阈值触发采集电路进行判别；外部存储模块包括了FRAM单元，USB OTG接口，SRAM单元，SDIO接口；FRAM单元与STM32F407主控模块的I2C总线控制单元相连，STM32F407主控模块将设备启动的参数配置保存在FRAM中，当检测不到SD卡时，将从FRAM获取启动参数启动系统；USB OTG接口与STM32F407主控模块的USB OTG控制单元相连，系统可利用此接口作为USB Device与PC机进行USB通信，将SD卡中的文件传输到PC机中；SRAM单元与STM32F407主控模块的FSMC控制单元相连，系统通过FSMC接口控制SRAM单元，开辟外部内存空间以用于HHT算法的运算；SDIO接口与STM32F407主控模块的SDIO控制单元相连，系统通过SDIO接口控制外部接入的SD卡，用于存储启动配置文件，日志文件和原始数据文件以及处理结果文件；外部IO模块包括了按键IO接口和四路输入输出接口；按键IO接口与STM32F407主控模块的第二外部中断接口相连，通过外部按键可唤醒处于睡眠状态中的系统；四路输入输出接口STM32F407主控模块的四路GPIO接口相连，与用于系统预留，可通过此接口外扩需要的输入输出设备；PC上位机模块包括了COM口与FTP服务器；其中，COM口与STM32F407主控模块的第一串口通信单元相连，进行命令交互与文件传输；FTP服务器通过GPRS网络与GPRS通信模块相连，用于远程的数据文件传输。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)系统采用了SIM900A作为GPRS通信模块，能够通过GPRS网络，向上位机的FTP服务器建立连接，将系统SD卡内的配置与数据文件上传至服务器，也可从服务器下载需要的文件以完成系统的更新和修改配置。(2)本专利技术结合了UCOSIII操作系统，完成各个模块之间的协调工作。系统被分为通信任务，采集任务，事件任务，状态任务，文件存取任务，数据处理任务，系统任务，空闲任务，按照必要的优先级实现各个任务之间的来回切换调度，从而充分利用了CPU，也提高了系统的执行效率。(3)本专利技术使用了具有M4内核的STM32F407主控模块，并结合了M4内核的FPU，在系统内部实现对次声信号的HHT算法分析。附图说明图1为本专利技术系统的组成框图；图2为本专利技术的一种基于GPRS通信的泥石流次声监测方法。具体实施方式如图1所示，所述STM32F407主控模块1包括第一串口通信单元11，第二串口通信单元12，RTC实时时钟13，ADC数模转换单元14，SPI总线控制单元15，I2C总线控制单元16，USB OTG控制单元17，FSMC控制单元18，SDIO控制单元19，第一外部中断接口110，第二外部中断接口111，四路GPIO接口112；分别于GPRS模块2，状态采集模块3，信号采集模块4，外部存储模块5，外部IO模块6以及PC上位机模块7的各单元相连，结合UCOSIII操作系统协调控制这些模块工作，并且进行数据的传输，完成系统需要的功能；所述GPRS通信模块2用于与所述PC上位机模块7进行文件传输；所述状态采集模块3用于采集工作电源状态和/或工作环境的温度，产生时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPRS通信的泥石流次声监测系统，包括：现场子系统以及PC上位机模块(7)；所述现场子系统包括：STM32F407主控模块(1)、GPRS通信模块(2)、状态采集模块(3)、信号采集模块(4)、外部存储模块(5)；以及外部IO模块(6)；其中，所述STM32F407主控模块(1)用于控制现场子系统中的各模块；所述GPRS通信模块(2)用于与所述PC上位机模块(7)进行文件传输；所述状态采集模块(3)用于采集工作电源状态和/或工作环境的温度，产生时间警告，并经由所述GPRS通信模块(2)发送给所述PC上位机模块(7)；所述状态采集模块(3)进一步用于判断是否启动次声数据的采样任务；所述信号采集模块(4)用于获取次声数据，并将所获取的次声数据存储至所述外部存储模块(5)；所述外部存储模块(5)用于存储次声数据，并在预设条件下将所存储的次声数据经由所述GPRS通信模块(2)发送给所述PC上位机模块(7)；所述外部IO模块(6)，用于扩展输入输出设备。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPRS通信的泥石流次声监测系统，包括：现场子系统以及PC上位机模块(7)；所述现场子系统包括：STM32F407主控模块(1)、GPRS通信模块(2)、状态采集模块(3)、信号采集模块(4)、外部存储模块(5)；以及外部IO模块(6)；其中，所述STM32F407主控模块(1)用于控制现场子系统中的各模块；所述GPRS通信模块(2)用于与所述PC上位机模块(7)进行文件传输；所述状态采集模块(3)用于采集工作电源状态和/或工作环境的温度，产生时间警告，并经由所述GPRS通信模块(2)发送给所述PC上位机模块(7)；所述状态采集模块(3)进一步用于判断是否启动次声数据的采样任务；所述信号采集模块(4)用于获取次声数据，并将所获取的次声数据存储至所述外部存储模块(5)；所述外部存储模块(5)用于存储次声数据，并在预设条件下将所存储的次声数据经由所述GPRS通信模块(2)发送给所述PC上位机模块(7)；所述外部IO模块(6)，用于扩展输入输出设备。2.如权利要求1所述的泥石流次声监测系统，其特征在于：所述STM32F407主控模块(1)包括第一串口通信单元(11)，第二串口通信单元(12)，RTC实时时钟(13)，ADC数模转换单元(14)，SPI总线控制单元(15)，I2C总线控制单元(16)，USB OTG控制单元(17)，FSMC控制单元(18)，SDIO控制单元(19)，第一外部中断接口(110)，第二外部中断接口(111)，四路GPIO接口(112)；所述GPRS模块(2)包括SIM900A通信串口(21)、SIM900A射频天线(22)和SIM900A Ring接口(23)；其中，SIM900A通信串口(21)与STM32F407主控模块(1)的第二串口通信单元(12)相连，用于对GPRS模块(2)的配置以及和所述STM32F407主控模块(1)之间的数据传输；SIM900A射频天线(22)通过GPRS网络连接到PC上位机模块(7)的FTP服务器(72)端口，用于与PC上位机模块(7)进行文件传输；SIM900A Ring接口(23)与STM32F407主控模块(1)的第一外部中断接口(110)相连，用于通过GPRS模块(2)的来电唤醒睡眠中的系统；所述状态采集模块(3)包括蓄电池电压采集电路(31)，设备温度采集电路(32)和阈值触发采集电路(33)；所述蓄电池电压采集电路(31)，所述设备温度采集电路(32)以及所述阈值触发采集电路(33)分别与STM32F407主控模块(1)的ADC数模转换单元(14)相连；其中，蓄电池电压采集电路(31)用于检测工作电源状态，当低于所设置的门限值时将产生事件警告并经由所述GPRS模块(2)发送给PC上位机模块(7)；设备温度采集电路(32)用于检测设备工作环境的温度，当超过所设置的门限值时将产生事件警告并经由所述GPRS模块(2)发送给PC上位机模块(7)；阈值触发采集电路(33)与信号采集模块(4)的检波比较电路(44)相连，用于获得检波比较电路(44)输出的电平值，当电平值超过所设置的阈值时启动采样任务，获取次声数据；所述信号采集模块(4)包括外部模数转换器单元(41)，数字电位器单元(42)，信号采集与滤波电路(43)，检波与比较电路(44)；外部模数转换器单元(41)与STM32F407主控模块(1)的SPI总线控制单元(15)相连，通过SPI接口控制外部模数转换器单元(41)工作，并获取采样转换后的值；同时外部模数转换器单元(41)也与信号采集与滤波电路(43)相连；数字电位器单元(42)与STM32F407主控模块(1)的I2C总线控制单元(16)相连，用于设置检波比较电路(44)的比较阈值；信号采集与滤波电路(43)分别与外部模数转换器单元(41)和检波比较电路(44)相连，将采集到次声数据分别发送给外部模数转换器单元(41)和检波比较电路(44)；检波比较电路(44)与信号采集滤波电路(43)，数字电位器单元(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梅，陈亮，魏高荣，魏嵬，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11