楊鵬程，茆學謙，劉 暢，劉元龍，孫 佳，張 磊

（徐州工程學院 機電工程學院，江蘇 徐州 221018）

山體滑坡是地殼表層運動的一種地質(zhì)現(xiàn)象，是我國山區(qū)最常見的災害之一，它嚴重威脅人民的生命財產(chǎn)安全，影響正常的生產(chǎn)和生活。山體滑坡災害的發(fā)生往往受到包括持續(xù)降雨、地震等在內(nèi)的自然因素以及劈山挖礦、開山建路等人為因素的影響，多種因素的綜合影響導致滑坡災害具有突發(fā)性和難以發(fā)現(xiàn)性[1]。若無法準確預測山體滑坡，突如其來的災害會造成嚴重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失[2]。因此，對山體滑坡的監(jiān)測及預警尤為重要。本文針對山體滑坡災害，設(shè)計了一種用于監(jiān)測山體滑坡災害的原型系統(tǒng)，實驗證明了所設(shè)計系統(tǒng)的可行性和有效性。

1 原型系統(tǒng)總體設(shè)計

所設(shè)計的原型系統(tǒng)由滑坡模擬機械裝置、拉線傳感器、控制系統(tǒng)與監(jiān)測終端四部分組成，如圖1所示。其各部分功能如下：滑坡模擬機械裝置模擬滑坡體相對于基巖的滑動位移；拉線傳感器將位移信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺豢刂葡到y(tǒng)將電信號轉(zhuǎn)換為電子信息利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行發(fā)送，監(jiān)測終端顯示報警信息。

圖1 原型系統(tǒng)總體設(shè)計

2 滑坡模擬機械裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

滑坡模擬機械裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示：其主要由絲杠滑臺、滑坡山體、基巖和拉線傳感器等部分構(gòu)成。裝置以絲杠滑臺模擬滑坡山體基巖的相對位移：基巖固定在裝置底座（機架）上，滑動山體固連在絲杠滑臺上，當絲杠在電機的帶動下旋轉(zhuǎn)時，滑動山體可沿與基巖的接觸面滑動，以此來模擬滑坡運動。電機反轉(zhuǎn)時，滑坡山體可以恢復原狀。拉線傳感器穿過滑坡山體深埋在基巖中，當滑坡山體與基巖有相對位移時，扯動拉線，傳感器即被觸發(fā)，可以發(fā)出信號。

圖2 滑坡模擬機械裝置設(shè)計示意圖

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)主要由主控模塊、無線通訊模塊、電源模塊、傳感器模塊四大模塊構(gòu)成。電路原理圖如圖3所示。

圖3 電路原理圖

3.1.1 主控模塊

主控模塊采用的是STC89C52RC芯片，具有運算速度高、功耗低、工作穩(wěn)定性好的特點，其指令代碼與傳統(tǒng)8051完全兼容。其不同引腳連接有傳感器或其他模塊，是整個系統(tǒng)的控制核心。各引腳連接如圖3所示。

3.1.2 無線通訊模塊

系統(tǒng)采用的GPRS通訊模塊為SIM800C。SIM800C是SIMCOM公司推出的GSM/GPR四頻模塊，支持TCP/P協(xié)議、三頻/四頻/GSM/GPRS，其性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價比相對較高。GPRS模塊的接口信號端TXD、RXD分別與STC89C52RC的RXD、TXD連接，如圖3所示。

3.1.3 傳感器模塊

選用拉線式位移傳感器，傳感器信號輸出端與ADC0809轉(zhuǎn)換模塊的ADIN1引腳相連，實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。ADC0809轉(zhuǎn)換模塊引腳ST、EOC、D3、OE、CLK、ADDCS分別和芯片P1.0 、P1.1 、P1.2 、P1.3 、P1.4 引腳相連，完成位移信息從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電子信號的過程，最后送往芯片進行數(shù)據(jù)處理，連接如圖3所示。

3.1.4 電源模塊

由于滑坡檢測系統(tǒng)安裝在山區(qū)，所處位置較為偏僻，供電相對困難。所以模型設(shè)計采用通過太陽能進行充電的大容量蓄電池來供電，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作。本系統(tǒng)采用6V4A的蓄電池、9V2.3 W的太陽能板以及AMS117-5.0 電源穩(wěn)壓模塊，如圖4所示。通過穩(wěn)壓模塊輸出的5V電壓為單片機和傳感器供電。

圖4 電源模塊原理圖

3.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)工作流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)工作流程圖

4 實驗驗證

根據(jù)上述系統(tǒng)設(shè)計，完成基于拉線式傳感器的山體滑坡原型裝置實物如圖6所示。模型控制部分實物圖如圖7所示。接入電源，進行系統(tǒng)試驗測試，按下開關(guān)，滑動山體在絲杠平臺的帶動下開始位移，如圖8所示。當位移超過預設(shè)值時，系統(tǒng)在單片機控制下經(jīng)通訊模塊將預警信息以手機短信的形式發(fā)送至技術(shù)人員的手機。如圖9所示。

圖6 模型實物圖

圖7 控制部分實物圖

圖8 模型展示圖（發(fā)生位移）

圖9 手機預警信息

5 結(jié)論

本文所設(shè)計的山體滑坡實時監(jiān)測系統(tǒng)是基于拉線傳感器并借助于GPRS通訊實現(xiàn)的，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應用。原型樣機實驗證明了所設(shè)計系統(tǒng)原理的可行性和有效性，可以為后期實地測量山體滑坡系統(tǒng)提供參考。