关于基于STM32的泥石流远程监测系统的设计.doc
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1、关于基于STM32的泥石流远程监测系统的设计引言泥石流灾害是我国地质灾害中威胁较为严重的灾害之一,严重威胁人民的生命财产安全,制约我国经济社会的可持续发展1。以往的泥石流监测手段一般是在野外环境下建立初步的简易监测点,主要通过人工手段来记录现场发生的具体情况,技术含量较低,预警预报准确率不高,而且易受到环境条件影响,在遇到暴风暴雨时监测预警工作极难开展。因此,本文利用微处理器STM32F107VCT6及低噪声双通道模数转换芯片AD7706共同构建低功耗泥石流远程监测系统,对泥石流灾害现场多监测参数实现不间断实时数据采集,有效提高数据采集速度和采集精度,降低系统功耗,极大提升泥石流远程监测系统的
2、稳定性,便于在野外恶劣环境下实现泥石流远程动态实时监测2。1 系统总体结构设计该监测系统主要由低功耗微处理器STM32F107VCT6、电源模块、数据采集模块(泥位和流速采集模块)、A/D转换模块、数据存储模块、数据传输模块和地质灾害监测预警云服务器组成。STM32F107VCT6作为主中央处理器,控制协调具体的数据采集、存储、传输与命令控制;A/D转换电路可以采集泥位、流速监测数据;通过GPRS/北斗卫星多模通信方式将监测数据有效传送至地质灾害监测预警云服务器;云服务器可实时查询现场监测数据,可根据历史数据进行相应的数据分析及预警模型,并判断泥石流运动趋势及时发出预警预报信号;数据存储模块负
3、责将采集数据实时保存到SD卡中3。系统总体结构框图如图1所示。2 系统硬件电路设计2.1 微处理器简介STM32F107VCT6是ARM Cortex-M3内核,是一款低成本高性能的RISC微处理器,集成各种高性能工业互联型标准接口,主要包括10个定时器、AD模数转换、DA数模转化、无线网络接口、外接2 Kbit的IIC接口及SPI模式的MicroSD存储接口;具有612个时钟周期,可实现快速嵌套中断,具有MPU保护设定访问规则,且软件具有完美的兼容性,可以适应多种物联应用。2.2 数据采集电路利用STM32F107VCT6定时器中断的方式采集现场降雨量,利用电磁波雷达采集泥石流泥位数据,采用
4、多普勒雷达采集泥石流流速数据,将泥位和流速传感器输出的电压信号输入到AD转换电路进行模数转换。系统采用的AD转换芯片是AD7706,AD7706是一款高性能、16位-型模数转换器,分辨率较高,功耗低,能够满足宽动态范围以及较低的抗混叠要求。AD7706具有三通道准差分模拟输入,简化了硬件电路设计,可以支持单极性、双极性信号输入和自校准、系统校准,它的非线性度达到0.003%,工作电压支持3.3 V和5 V供电模式。本系统采用与微处理器相同的3.3 V供电模式,AD7706与单片机通过SPI进行通信,片选信号串行时钟输入SCLK、串行数据输入DIN、串行数据输出DOUT、状态信号分别与STM32
5、F107VCT6的PA4、PA5、PA6、PA7及PA8相连4。其接口电路如图2所示。2.3 电源电路设计泥石流远程监测系统大多工作在野外环境,需要为系统提供可靠稳定的电源供应。系统的电源电路有12 V、5 V、3.3 V 3种,12 V电源由太阳能供电系统构成,主要包括单晶硅太阳能电池板和锂电池,用于为泥位传感器、流速传感器、数据传输模块提供电源;LP3878电源模块提供稳定的5 V输出,用于为数据采集电路供电5。5 V电源电路原理图如图3所示。微处理器的供电电源为3.3 V,由蓄电池提供12 V电源经降压电路转换为3.3 V,考虑到系统低功耗设计,3.3 V电源电路采用功耗非常低的降压模块
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