基于ZigBee技术的山洪泥石流灾害预警系统的研究与设计

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泥石流是一种破坏性极强的山地灾害,具有突发性强和难于防御等特点,目前泥石流灾害缺乏有效的治理手段,预测和预报也非常困难,因此建立一套可靠的、智能化监测预警系统,可以降低灾害损失,具有非常深远的现实意义。针对现有系统布线复杂和维护不方便等缺点,本课题基于ZigBee无线传感器技术,结合武警水电部队第三总队关于泥石流应急抢险方面的预警的要求,着重对山洪泥石流监测和预警进行了研究和设计。本文采用ZigBee无线传感器技术对网络节点进行了构建,在对泥石流形成条件和运动特征分析的基础上,对监测传感器进行了选型设计:利用Android平板平台进行上位机开发。系统构建了底层为若干传感器节点,中间层为数据汇聚节点,上层以Android移动客户端为上位机的多层网络结构,实现对泥石流发生情况的自动监测和预警。硬件设计上,节点的微控制器采用低功耗的CC2530无线传感器芯片,并结合射频芯片CC2591提高了传输距离和数据收发可靠性;硬件扩展了脉冲信号、4-20mA信号、RS-485信号检测接口,可同时采集多个监测参数,实现对雨量、泥位、振动和位移的现场数据的实时监测。软件设计上,无线网络基于ZigBee2007/Pro协议栈开发,实现无线传感器网络的通信功能,并对CC2530芯片和射频芯片CC2591的工作方式进行了低功耗设计,最大限度降低系统的能耗;客户端软件基于Android系统开发,实现监测数据的显示和存储功能,并实时分析监测数据的变化趋势。预警方面,研究了单一预警方法和多个监测手段协同预警方法,并对预警的级别进行了划分,便于灾害预警工作的展开和人员的调配。本文最后对系统进行了测试,系统实现了网络的组建和节点的入网功能,传输距离和系统功耗基本能够满足应用的需求;功能测试表明系统能够实现数据的准确采集、传输、监测和预警功能,上位机可实现数据存储、趋势分析等功能。
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