摘 要：近年來，突發(fā)性的山體滑坡、泥石流等自然災害現象不斷發(fā)生，如何高效地預防，是人們需要迫切解決的問題之一。文中利用先進電子技術，提出了一種基于單片機+北斗導航模塊的邊坡位移數據采集系統。系統中，位移傳感器將采集到的數據上發(fā)送給單片機進行處理，然后通過北斗模塊的短報文功能，上傳到監(jiān)控中心，實現了偏遠無人值守地區(qū)邊坡位置的實施監(jiān)控。通過實地模擬測試，系統運行穩(wěn)定，系統誤差在可控范圍內。

關鍵詞：STM32;位移傳感器;北斗導航;數據采集

中圖分類號：U121

1 緒論

隨著人們生活水平的提高，電子技術的發(fā)展，使得單片機技術的應用越來越廣，另一方面，近幾年來，隨著突發(fā)性的自然災害的不斷發(fā)生，如何將電子技術應用到預防和治理災害中來，是目前研究的主要課題之一，對于那些偏遠的網絡不發(fā)達地區(qū)的監(jiān)控顯得尤為重要，目前的監(jiān)測體系大多采用人工收集方式，這樣存在著數據采集不及時，浪費大量人力資源的弊端，文中采用了單片機和北斗導航等模塊設計了遠程監(jiān)控系統，可以獲取實時動態(tài)監(jiān)測數據，即可以解決偏遠地區(qū)的通信障礙問題，又節(jié)省了大量的人力，大大提高了信息采集的實時性和可靠性。

2 系統設計

2.1 系統的總體方案

基于STM32的邊坡位移數據監(jiān)控系統主要由數據采集、數據通信、數據監(jiān)控三大模塊組成，系統的總體框圖如下圖所示：

數據采集模塊位于現場，由其中的單片機控制位置傳感器實時采集邊坡的位移信息，數據通信模塊，考慮到偏遠地區(qū)的網絡不發(fā)達，數據通信模塊采用了北斗導航模塊的短報文功能，將采集到的數據以短報文的形式發(fā)送給數據監(jiān)控端，數據監(jiān)控模塊利用C#語言編寫，實時顯示位置信息，有效預防山體滑坡等自然災害現象。

2.2 數據采集模塊

數據采集模塊主要由單片機STM32F103RCT6作為控制芯片，控制位移傳感器陣列采集位移數據，系統采用太陽能供電，電源部分由太陽能電池板和電源管理模塊組成，數據采集模塊的框圖如圖2所示。

2.2.1 STM32F103RCT6主控芯片

STM32F103RCT6是一種嵌入式-微控制器的集成電路（IC），芯體尺寸是32位，速度可達72MHz，程序存儲器類型是FLASH，容量為256KB，，RAM容量是48K，電壓-電源（Vcc/Vdd）是2V～3.6V，共有3個USART和2個UART串口，51個通用IO口，2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、2個DMA控制器（共12個通道）、3個SPI、2個IIC，完全符合系統中的功能要求。

2.2.2 位移傳感器

位移傳感器采用MPS-S系列傳感器，這類傳感器也可以被稱為拉線尺、拉繩尺或者拉線編碼器等，集成了直線位移傳感器的結構，集合了角度傳感器和直線位移傳感器的有點，是一款結構緊湊，測量精度高、測量行程長、便于安裝的傳感器，行程程選擇空間從50-1300mm不等，具有模擬電流信號：4-20MA，模擬電壓信號0-5V、0-10V和脈沖信號P：A、B、Z相數字輸出。

2.2.3 供電模塊

由于偏遠地區(qū)經濟不發(fā)達，電力系統不完善，另一方面從環(huán)保節(jié)源的角度出發(fā)，設計中采用了太陽能蓄電池供電方式，為數據采集、數據通信模塊供電，即環(huán)保又節(jié)能。

2.3 數據通信模塊

數據通信模塊采用的是集北斗一代、北斗二代和GPS一體的FB3511，可以、使用方便，兼容接收RDSS、RNSS/GPS衛(wèi)星導航信號，FB3511采用一體模塊設計，具有體積小、功耗低，使用簡便實現機動載體的實時高精度定位、測速等功能。

FB3511與STM32F103RCT6的主要接口有RDSS、RNSS、SIM卡、電源等幾部分，這幾個接口的主要定義：

（1）北斗一代RDSS串行接口：接口支持短報文的收發(fā)，默認的輸出的TTL電平是3.3V，串口的波特率為115200bps。

（2）北斗二代RNSS串行接口：默認輸出電平同RDSS，也是3.3V的TTL電平，串口的波特率為9600bps。

（3）SIM卡接口：此款北斗模塊自帶了SIM卡槽，可將SIM卡非常方便的插入。

（4）電源接口：FB511具有12V和5V兩種直流電源引腳，數量總共為9個，并有7個接地的引腳，系統中將采用的12V的直流電源，利用了5個引腳并聯。

STM32F103RCT6的兩個串口UART0、UATR1分別接FB3511模塊的RDSS和RNSS接口，連接電路如圖3所示，接口電路如圖4所示，主控芯片STM32F103RCT6通過對兩個串口的設置，可實時讀取監(jiān)測點的精確的定位信息，并且經FB3511的短報文方式上傳到監(jiān)控端。

3 測試

最后，系統在龍頭河進行了模擬測試，將上位機和下位機同時進行測試，結果表明，系統測試穩(wěn)定，采集的數據的誤差在可控的范圍內，系統具有良好的預測邊坡位置的功能。測試中部分數據如圖6所示：

4 結論

基于單片機和北斗衛(wèi)星導航模塊設計開發(fā)了一套監(jiān)測偏遠地區(qū)的邊坡位移數據監(jiān)控系統，采用了太陽能蓄電池方式供電，有效預防了威脅人民生命和財產安全，影響正常的生產和生活的山體滑坡等自然災害的產生，又起到了環(huán)境保護的功能，具有經濟高效的特點，將會在公路工程建設和維護中發(fā)揮越來越重要的作用。

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基金項目：廊坊市科技局項目（2018011018）

作者簡介：戴永成（1974-），男，實驗師，2011年碩士畢業(yè)于河北工業(yè)大學電子與通信工程專業(yè)，現主要從事計算機通信與控制方面教學、科研工作。