一種分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)技術方案

本實用新型專利技術提供了一種分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，至少包括電性連接的次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器、下位機和電源，還包括溫濕度傳感器、GPS模塊、恒溫晶振、存儲模塊、4G模塊和上位機，上位機與下位機通過4G模塊無線連接，溫濕度傳感器和GPS模塊連接下位機的輸入端，存儲模塊與下位機信息交互，下位機為單片機，恒溫晶振和單片機的OSC口電性連接；本系統(tǒng)對次聲波信號的采集更加準確、快速，增加了GPS模塊和溫濕度傳感器，分別為系統(tǒng)提供授時和采集點的溫濕度，提高了系統(tǒng)的監(jiān)測精度和智能化程度，溫濕度傳感器的設置使得下位機系統(tǒng)具有溫度自動補償?shù)墓δ?，當溫度發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以自動實現(xiàn)溫度補償。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本技術涉及一種無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，屬于地球物理勘測

技術介紹
次聲波具有頻率低、波長大、傳輸距離遠、衰減小、穿透力強等特點。次聲波頻率低、波長大的特性，使次聲波衍射能力特別強，很容易繞過高大的建筑物、山嵐等大型障礙物連續(xù)傳播。人類雖然不能直觀地感受到次聲波，但次聲波廣泛地存在于周圍環(huán)境中。長期以來的觀測也表明，自然現(xiàn)象中的雷雨、地震、火山爆發(fā)、風暴、磁暴、隕石墜落、大氣渦流、旋風巨浪等都會向周圍環(huán)境中輻射次聲波。所以，通過監(jiān)測和分析這些次聲波信號，可以定位次聲波源，判斷次聲波產(chǎn)生的原因和傳播規(guī)律，進而來揭示次聲波信號與自然事件的關聯(lián)性，達到監(jiān)測和預防自然災害的目的。由于汶川、玉樹、廬山地震、舟山泥石流等自然災害的發(fā)生給國家的經(jīng)濟和人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失。所以，自然界中次聲波對人類經(jīng)濟和社會發(fā)展的影響，對自然規(guī)律的正確揭示，越來越引起人們的重視。傳統(tǒng)的次聲波監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在精度比較低，智能化程度不夠高，不能滿足野外次聲波實驗研究的需求。所以，研制更高精度，高效便捷的分布式無線數(shù)字化次聲波監(jiān)測系統(tǒng)已是地球物理探測發(fā)展的迫切需求。
技術實現(xiàn)思路
本技術的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，并提供一種分布式無線次聲波信號采集系統(tǒng)，使次聲波信號的采集和傳輸更加準確、快速，解決了單一式有線次聲波檢測系統(tǒng)中工作量大、效率低的問題。實現(xiàn)本技術目的所采用的技術方案為，一種分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，至少包括電性連接的次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器、下位機和電源，還包括溫濕度傳感器、GPS模塊、存儲模塊、4G模塊和上位機，上位機與下位機通過4G模塊無線連接，溫濕度傳感器和GPS模塊連接下位機的輸入端，存儲模塊與下位機信息交互。所述下位機為單片機，下位機上連接有USB接口。所述信號調理電路由程控放大器和低通濾波器構成，次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器和下位機順序連接。所述GPS模塊與單片機的UART1口電性連接。所述溫濕度傳感器與單片機的I/O口電性連接。還包括恒溫晶振，恒溫晶振和單片機的OSC口電性連接。所述4G模塊與單片機的UART2口電性連接，單片機與上位機之間以TCP/IP的協(xié)議數(shù)據(jù)通信。所述電源包括高精度正負電源與基準電源，高精度正負電源為信號調理電路供能，基準電源為模數(shù)轉換器提供基準參考電壓。由上述技術方案可知，本技術提供的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，主體架構包含上位機和與上位機進行無線通信的下位機系統(tǒng)；下位機系統(tǒng)實現(xiàn)次聲波數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和存儲，其中1、下位機，采用單片機，為下位機系統(tǒng)的控制核心，控制模數(shù)轉換器采集次聲波信號并接收模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號，單片機上設置USB接口，便于電腦讀取下位機系統(tǒng)中的信息；2、次聲波數(shù)據(jù)采集與處理單元，由次聲波傳感器、信號調理電路和模數(shù)轉換器順序連接構成，次聲波傳感器高精度采集次聲波信號，將次聲波轉換成電壓信號，信號調理電路由程控放大器和低通濾波器構成，對傳感器采集到的信號進行放大和濾波，對電壓信號進行電壓抬升和抗干擾處理，單片機程序控制程控放大器，改變其放大倍數(shù)；3、存儲模塊，對單片機采集到的數(shù)據(jù)進行存儲，在數(shù)據(jù)傳輸過程中遇到掉包時可從中讀取原始數(shù)據(jù)，提高儀器可靠性；4、4G模塊，用4G無線網(wǎng)絡通信模塊可獲取外網(wǎng)IP地址的寬帶建立網(wǎng)絡通信，將遠端采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C的控制終端；5、GPS模塊，接收GPS衛(wèi)星信號，獲取次聲波數(shù)據(jù)采集點的地理位置信息，并給分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)授時；6、恒溫晶振，使用GPS授時以后，便使用恒溫晶振來進行授時，改善了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中無法使用GPS授時的情況，提高了系統(tǒng)的自適應性；7、溫濕度傳感器，獲取采集點的溫濕度信息，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供參考；8、電源，依據(jù)需求設計了高精度正負電源和基準電源，高精度正負電源為信號調理電路供能，基準電源為模數(shù)轉換器提供基準參考電壓；在上位機和下位機中寫入對應控制程序，整個系統(tǒng)可自動智能化運行。與現(xiàn)有次聲波監(jiān)測系統(tǒng)相比，本技術提供的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)對次聲波信號的采集更加準確、快速，解決了現(xiàn)有單一式有線次聲波檢測系統(tǒng)中工作量大、效率低的問題，增加了GPS模塊和溫濕度傳感器，分別為系統(tǒng)提供授時和采集點的溫濕度，并通過上位機實時控制下位機采集系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的監(jiān)測精度和智能化程度，溫濕度傳感器的設置使得下位機系統(tǒng)具有溫度自動補償?shù)墓δ?，當溫度發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以自動實現(xiàn)溫度補償；設置恒溫晶振，使用GPS授時以后，便使用恒溫晶振來進行授時，改善了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中無法使用GPS授時的情況，提高了系統(tǒng)的自適應性。附圖說明圖1為本技術提供的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)的結構框圖。圖2為高精度正負電源的電路圖。圖3為信號調理電路的電路圖。圖4為基準電源的電路圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本技術進行詳細具體說明，以便本領域的技術人員更好地理解本技術。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本技術的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。本技術提供的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，其結構如圖1所示，包括上位機和下位機系統(tǒng)，上位機與下位機系統(tǒng)無線通信；下位機系統(tǒng)包括次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器、GPS模塊、恒溫晶振、溫濕度傳感器、下位機、存儲模塊、4G模塊、面板按鍵和指示燈，次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器和下位機順序連接，其中：下位機，采用STM32F103VET6單片機，與模數(shù)轉換器相連接，控制模數(shù)轉換器采集次聲波信號并接收模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號，單片機STM32上設置USB接口，可通過USB口和數(shù)據(jù)線連接到單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，方便上位機或電腦在現(xiàn)場快速地從下位機采集系統(tǒng)中讀取實時次聲波數(shù)據(jù)和SD卡中的歷史數(shù)據(jù)；次聲波傳感器，采用電容式INSAS2008型次聲傳感器，該次聲傳感器具有靈敏度高、動態(tài)范圍寬等特點，可以高精度采集次聲波信號，將次聲波轉換成電壓信號；信號調理電路可以連接四個次聲波傳感器，參見圖3，信號調理主要是由程控放大器和低通濾波器構成，單片機程序控制程控放大器，改變其放大倍數(shù)；模數(shù)轉換器，其型號為ADS1274，與信號調理電路相連，將采集的次聲波模擬信號轉換成數(shù)字信號并傳輸給單片機STM32；GPS模塊，與單片機STM32的UART1口相連接，接收GPS衛(wèi)星信號，并給系統(tǒng)授時和提供地理位置信息；溫濕度傳感器，其型號為AM2303，溫濕度傳感器與單片機STM32的I/O口連接，將溫濕度的數(shù)字化信息傳送給單片機STM32處理；存儲模塊，采用SD卡，SD卡與單片機STM32的SPI總線連接，通過單片機的控制將采集到的次聲波數(shù)以十六進制數(shù)形式據(jù)存儲到SD卡中；4G模塊，與單片機STM32的UART2口相連接，單片機STM32將次聲波傳感器采集的數(shù)據(jù)以TCP/IP的協(xié)議無線傳輸給上位機，同時發(fā)送上位機的控制指令給單片機STM32，實現(xiàn)對整個下位機系統(tǒng)的控制功能；恒溫晶振，與單片機的OSC口連接，為整個提供系統(tǒng)提供時鐘和授時，實現(xiàn)分布式采集的同步性；電源，包括高精度正負電源與基準電源，參見圖2和圖4，高精度正負電源為信號調理電路供能，基準電源為ADS1274模數(shù)轉換器提供基準參考電壓；下位機本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，至少包括電性連接的次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器、下位機和電源，其特征在于：還包括溫濕度傳感器、GPS模塊、存儲模塊、4G模塊和上位機，上位機與下位機通過4G模塊無線連接，溫濕度傳感器和GPS模塊連接下位機的輸入端，存儲模塊與下位機信息交互。

【技術特征摘要】
1.一種分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，至少包括電性連接的次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器、下位機和電源，其特征在于：還包括溫濕度傳感器、GPS模塊、存儲模塊、4G模塊和上位機，上位機與下位機通過4G模塊無線連接，溫濕度傳感器和GPS模塊連接下位機的輸入端，存儲模塊與下位機信息交互。2.根據(jù)權利要求1所述的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述下位機為單片機，下位機上連接有USB接口。3.根據(jù)權利要求2所述的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號調理電路由程控放大器和低通濾波器構成，次聲波傳感器、信號調理電路、模數(shù)轉換器和下位機順序連接。4.根據(jù)權利要求2所述的分布式無線次聲波監(jiān)測系統(tǒng)，...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：司明，李志華，李美宏，劉定星，
申請(專利權)人：中國地質大學武漢，
類型：新型
國別省市：湖北;42