地震災(zāi)害多點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章緒論1.1研究目的及意義目前我國(guó)針對(duì)于地震數(shù)據(jù)解讀和模型監(jiān)測(cè)方面還存在許多不足之處,這也對(duì)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作的準(zhǔn)確性和及時(shí)性帶來(lái)了較大的影響。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，當(dāng)前在地震研究工作開展過程中積累了大量的數(shù)據(jù)并開發(fā)出了相關(guān)的數(shù)據(jù)分析軟件，以便于為地震預(yù)測(cè)提供相應(yīng)的幫助。通過將大數(shù)據(jù)技術(shù)在地震工作中進(jìn)行應(yīng)用針對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘,積極尋找到地震與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系,積極推進(jìn)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)方式的創(chuàng)新,全面提高地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作的質(zhì)量和水平。近年來(lái)地震災(zāi)害發(fā)生較為頻繁,其對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了較大的威脅,針對(duì)于這種情況,需要地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的有效性和及時(shí)性,以此來(lái)降低地震帶來(lái)的損失和傷害。在當(dāng)前地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作開展過程中通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù),構(gòu)建更為完善和全面的地震監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù),為地震分析和研究工作的開展提供有效的信息支持,進(jìn)一步提高地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的科學(xué)性,為地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作的開展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)在這個(gè)領(lǐng)域做了諸多努力。2018年張侃侃,曾佑聰,石瑞格等三人在《河道流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》一書中寫道我國(guó)目前僅有“首都圈”的二市一省(北京、天津及河北)在“九五”期間建立了初步的地震應(yīng)急指揮框架，其他地區(qū)特別是沿海地區(qū)、西部地區(qū)，地震應(yīng)急工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足需要REF_Ref1630\w\h[6]?！笆濉币?guī)劃中的“中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”建設(shè)總投資近23億元，這項(xiàng)規(guī)劃實(shí)際從2003年正式實(shí)施，2008年4月11日通過驗(yàn)收。根據(jù)這一計(jì)劃，我國(guó)將對(duì)包括北京、上海、成都在內(nèi)的25個(gè)城市及其周邊開展活躍斷層探測(cè)工作，以確定其潛在的危險(xiǎn)及危害程度REF_Ref1660\w\h[3]。如果該工程的整套系統(tǒng)得以正式投入運(yùn)行，我國(guó)的地震工作將得到全面提升。但是，寄希望這一項(xiàng)目解決所有問題似乎也不現(xiàn)實(shí)。將地震威脅減到最低，是一個(gè)無(wú)比復(fù)雜的系統(tǒng)工程，比如，即使建立了地震預(yù)警系統(tǒng)，信息如何通報(bào)、民眾能否及時(shí)獲得并有能力及時(shí)準(zhǔn)確作出反應(yīng)，這都不是一個(gè)機(jī)構(gòu)或組織所可以決定。2020年韓永艷,司亞康兩人在《一種河道生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置》文章中提到已經(jīng)通過驗(yàn)收的數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)將保證全國(guó)各省、區(qū)、市和市縣的地震信息網(wǎng)絡(luò)連通，24h地震信息共享;在烈度4度以上的地震發(fā)生后，我國(guó)地震局將有能力在10min內(nèi)向政府和社會(huì)報(bào)告震動(dòng)強(qiáng)度和地震烈度分布REF_Ref1728\w\h[4]。但是，這顯然還不能進(jìn)行有效的地震預(yù)警，因?yàn)榈卣痤A(yù)警指的是在有害地震波還未到達(dá)地表前，于很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出警報(bào)。目前，仍在實(shí)施中的美國(guó)國(guó)家地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)ANSs(AdvancedNationalSeismicSystem)計(jì)劃中就包含了地震預(yù)警系統(tǒng)，日本的地震預(yù)警系統(tǒng)也非常好，但要在我國(guó)全面建立這一體系難度比較大，因?yàn)檫@不僅要求我們對(duì)地震的震中、震級(jí)、烈度的確定要及時(shí)、準(zhǔn)確,還要求我們的監(jiān)測(cè)、通訊等儀器能長(zhǎng)期、穩(wěn)定地工作REF_Ref1787\w\h[5]。國(guó)外關(guān)于此的研究多如過江之鯽，探討的廣度和深度都比國(guó)內(nèi)更進(jìn)一步。1868年，美國(guó)的庫(kù)珀(Cooper）在《Indusriverwaterlevelmonitoringusingsatelliteradaraltimetry》一書中最先提出建立地震早期預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)想。1985年，西頓(Heaton)在《Asystematicreviewofnon-pharmacologicaltherapiesforsleepproblemsinlaterlife》一文中提出了電腦現(xiàn)代化后的地震警報(bào)系統(tǒng)REF_Ref1813\w\h[19]。20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字化強(qiáng)震觀測(cè)技術(shù)日趨成熟，日本、墨西哥等國(guó)紛紛開始建立地震預(yù)警系統(tǒng)。經(jīng)過多年的探索和研究，地震的中、長(zhǎng)期預(yù)測(cè)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但作用相對(duì)比較重大的短、臨預(yù)測(cè)進(jìn)展不大REF_Ref1862\w\h[18]。1980年代以后，國(guó)際上對(duì)地震前兆的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到探索大地震前的暫態(tài)滑移前兆,但至今未見重大突破。地震預(yù)報(bào)仍然是概率性事件，目前的最大成功率不超過20%。1.3主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是一種基于STM32單片機(jī)技術(shù)的地震災(zāi)害多點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中的震動(dòng)傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)多處區(qū)域的震動(dòng)情況，渾濁度傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)井水狀況。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理,判斷區(qū)域發(fā)生地震的可能性，利用上位機(jī)接收下位機(jī)的示警信號(hào)，從而及時(shí)的進(jìn)行防范。進(jìn)行系統(tǒng)的需求分析，可以根據(jù)用戶需要的功能進(jìn)行判斷，對(duì)其功能是否合理進(jìn)行判斷，對(duì)需要的技術(shù)進(jìn)行滿足。為了使得系統(tǒng)具有完整性，所以需要在其系統(tǒng)的需求分析中。完善其運(yùn)行，對(duì)其存在的問題進(jìn)行完整分析。上位機(jī)：1.接收下位機(jī)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，并周期性記錄；2.可查看歷史記錄情況；3.數(shù)據(jù)異常時(shí)，彈窗警告，對(duì)觀察人員做出示警。設(shè)備：1.設(shè)備具有多個(gè)震動(dòng)傳感器（設(shè)定2個(gè)），監(jiān)測(cè)多處震動(dòng)情況；2.設(shè)備具有多個(gè)渾濁度傳感器（設(shè)定2個(gè)），監(jiān)測(cè)多處井水狀況；3.設(shè)備具有多個(gè)超聲波測(cè)距傳感器和雨滴傳感器，監(jiān)測(cè)在未下雨的情況下，井水是否突然升高；4.若多個(gè)震動(dòng)傳感器異常，或井水突然渾濁，或井水在未下雨時(shí)突然升高，上位機(jī)示警，彈窗警告；第2章總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是一種基于STM32單片機(jī)技術(shù)的地震災(zāi)害多點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件部分采用單片機(jī)STM32F103c8t6、震動(dòng)傳感器模塊、上位機(jī)模塊、下位機(jī)模塊、渾濁度傳感器模塊、報(bào)警模塊、雨滴傳感器、超聲波測(cè)距傳感器；軟件采用KEIL5軟件平臺(tái)和C編程語(yǔ)言完成下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)以及QT平臺(tái)和利用C語(yǔ)言和MYSQL完成地震災(zāi)害多點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)；其中的震動(dòng)傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)多處區(qū)域的震動(dòng)情況，渾濁度傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)井水狀況。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理,判斷區(qū)域發(fā)生地震的可能性，利用上位機(jī)接收下位機(jī)的示警信號(hào)，從而及時(shí)的進(jìn)行防范。圖2-1總體系統(tǒng)框圖2.2功能需求分析2.2.1單片機(jī)選擇主控制芯片選擇STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是由意法半導(dǎo)體集團(tuán)基于STM32系列ARMCortex-M內(nèi)核開發(fā)的一款具有64KB的程序存儲(chǔ)器的32位微控制器。其工作時(shí)需要2V~3.6V的電壓和-40℃~85℃環(huán)境溫度。STM32系列單片機(jī)是一款高性能，功能強(qiáng)大的系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)常被用于要求低成本、高性能和低功耗的嵌入式應(yīng)用程序，其在功耗和集成方面也展現(xiàn)出良好的性能。由于其便捷的工具和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)并且結(jié)合了強(qiáng)大的功能性，在業(yè)界很受歡迎。本實(shí)驗(yàn)采用的最小系統(tǒng)如下圖。圖2-2STM32fl03c8t6最小系統(tǒng)原理圖2.2.2震動(dòng)模塊器件選型SW-420采用LM393比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，工作電壓3.3V~5V，輸出形式：輸出數(shù)字量開關(guān)0和1，尺寸3.2cmx1.4cm，產(chǎn)品用途：各種震動(dòng)觸發(fā)作用，比如防盜報(bào)警等，產(chǎn)品不震動(dòng)時(shí)開關(guān)閉合輸出低電平，震動(dòng)時(shí)輸出高電平；采用的是一個(gè)LM393電壓比較器，LM393在（沒有負(fù)反饋的時(shí)候）當(dāng)正輸入端電壓大于負(fù)輸入端的時(shí)候，輸出高電平，即VCC，當(dāng)負(fù)輸入端的電壓大于正輸入端的電壓的時(shí)候輸出為低電平，即0V，所以LM393輸出為0或1的數(shù)字信號(hào)。因?yàn)閭鞲衅魇浅ｉ]的，所以在沒有震動(dòng)時(shí)LM393反相輸入端電壓大于正輸入端，此時(shí)輸出為低電平，當(dāng)有震動(dòng)時(shí)，傳感器斷開，正向輸入端電壓大于反相輸入端，此時(shí)輸出為高電平。整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉而且精準(zhǔn)度較高且可調(diào)。圖2-3SW-420震動(dòng)傳感器2.2.3超聲波模塊器件選型HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。實(shí)用程度大眾化，測(cè)量精準(zhǔn)?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給最少10us的高電平信呈。(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2；圖2-4超聲波HC-SR042.2.4濁度監(jiān)測(cè)模塊器件選型TWS-30濁度傳感器模塊將傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理。改款模塊具有模擬量和數(shù)字量輸出接口。模擬量可通過單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理，以獲知當(dāng)前水的污濁度。數(shù)字量可通過模塊上的電位器調(diào)節(jié)觸發(fā)閾值，當(dāng)濁度達(dá)到設(shè)置好的閾值后，D1?指示燈會(huì)被點(diǎn)亮，傳感器模塊輸出由高電平變成低電平，單片機(jī)通過監(jiān)測(cè)電平的變化，判斷水的濁度是否超標(biāo)，從而預(yù)警或者聯(lián)動(dòng)其他設(shè)備。該模塊價(jià)格低廉、使用方便、測(cè)量精度高。圖2-5TWS-30濁度傳感器2.2.5雨滴監(jiān)測(cè)模塊器件選型雨滴傳感器YD-A1可用于探測(cè)是否下雨。傳感器采用高品質(zhì)的FR-O4雙面材料，面積超大(5.0×4.0cm)，其表面采用鍍鎳處理，具有對(duì)抗氧化、高導(dǎo)電性、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)。工作電壓:3.3~5V，尺寸:3.2cm×1.4cm·使用寬電壓LM393比較器。GND:電源負(fù)極接口，可外接電源負(fù)極或地線(GND)。DO:數(shù)字信號(hào)輸出接口(0和1)，可外接單片機(jī)的GPIO。AO:模擬信號(hào)輸出接口，可外接單片的ADC采樣通道。+:與雨滴檢測(cè)片連接。-:與雨滴檢測(cè)片連接。圖2-6雨滴傳感器第3章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是一種基于STM32單片機(jī)技術(shù)的地震災(zāi)害多點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中的震動(dòng)傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)多處區(qū)域的震動(dòng)情況，渾濁度傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)井水狀況。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理,判斷區(qū)域發(fā)生地震的可能性，利用上位機(jī)接收下位機(jī)的示警信號(hào)，從而及時(shí)的進(jìn)行防范。實(shí)現(xiàn)的功能如下，上位機(jī)：1.接收下位機(jī)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，并周期性記錄；2.可查看歷史記錄情況；3.數(shù)據(jù)異常時(shí)，彈窗警告，對(duì)觀察人員做出示警。設(shè)備：1.設(shè)備具有多個(gè)震動(dòng)傳感器（設(shè)定2個(gè)），監(jiān)測(cè)多處震動(dòng)情況；2.設(shè)備具有多個(gè)渾濁度傳感器（設(shè)定2個(gè)），監(jiān)測(cè)多處井水狀況；3.設(shè)備具有多個(gè)超聲波測(cè)距傳感器和雨滴傳感器，監(jiān)測(cè)在未下雨的情況下，井水是否突然升高；4.若多個(gè)震動(dòng)傳感器異常，或井水突然渾濁，或井水在未下雨時(shí)突然升高，上位機(jī)示警，彈窗警告；總體原理圖如下所示：圖3-1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1超聲波傳感器模塊設(shè)計(jì)HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給最少10us的高電平信呈。(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲；波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2；只需要提供一個(gè)10uS以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。由此通過發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2；建議測(cè)量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。圖3-2超聲波傳感器原理圖3.2.2濁度傳感器模塊設(shè)計(jì)水的渾濁度是指水中含有的泥沙，粘土，有機(jī)物，浮游生物和微生物等懸浮物質(zhì)，造成的渾濁程度。工業(yè)級(jí)的濁度傳感器或濁度儀價(jià)格昂貴，在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中成本太高不適合選用；因此我們選取了一款在家用電器洗衣機(jī)、洗碗機(jī)上廣泛應(yīng)用的渾濁度傳感器，這款濁度傳感器利用光學(xué)原理，通過溶液中的透光率和散射率來(lái)綜合判斷濁度情況。傳感器內(nèi)部是一個(gè)紅外線對(duì)管，當(dāng)光線穿過一定量的水時(shí)，光線的透過量取決于該水的污濁程度，水越污濁，透過的光就越少。光接收端把透過的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電流大小，透過的光多，電流大，反之透過的光少，電流小。濁度傳感器模塊將傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理。改款模塊具有模擬量和數(shù)字量輸出接口。模擬量可通過單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理，以獲知當(dāng)前水的污濁度。數(shù)字量可通過模塊上的電位器調(diào)節(jié)觸發(fā)閾值，當(dāng)濁度達(dá)到設(shè)置好的閾值后，D1指示燈會(huì)被點(diǎn)亮，傳感器模塊輸出由高電平變成低電平，單片機(jī)通過監(jiān)測(cè)電平的變化，判斷水的濁度是否超標(biāo)，從而預(yù)警或者聯(lián)動(dòng)其他設(shè)備。該模塊價(jià)格低廉、使用方便、測(cè)量精度高可以用于洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等產(chǎn)品的水污濁程度的測(cè)量；也可以用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，環(huán)境污水采集等需要濁度檢測(cè)控制的場(chǎng)合。濁度傳感器模塊的組成如下圖所示。該模塊通過3PinXH-2.54接頭與濁度傳感器進(jìn)行連接。調(diào)節(jié)10K藍(lán)色電位器的旋鈕可以對(duì)數(shù)字量輸出觸發(fā)閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖3-3濁度傳感器模組原理圖3.2.3雨滴傳感器模塊設(shè)計(jì)雨滴感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可以通過暴露在電路板上的平行線路和液體的接觸來(lái)測(cè)量是否有雨滴以及雨滴量大小。傳感器的DO引腳用來(lái)指示是否檢測(cè)到雨滴，如果檢測(cè)到至少一滴雨滴DO就輸出高電平，反之一直保持低電平。傳感器的AO引腳輸出模擬電壓信號(hào)，用來(lái)指示檢測(cè)的雨滴數(shù)量大小。這里我們只檢測(cè)AO輸出的電壓模擬量信號(hào)，因?yàn)樵撾妷盒盘?hào)不僅可以反映有無(wú)雨滴，還可以看出雨量的大小。對(duì)于DO接口則使用起來(lái)更簡(jiǎn)單，也可以用Core提供的GPIO庫(kù)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3-4雨滴傳感器原理圖3.2.4HC-05藍(lán)牙通信模塊設(shè)計(jì)TXD：發(fā)送端，一般表示為自己的發(fā)送端，正常通信必須接另一個(gè)設(shè)備的RXD。RXD：接收端，一般表示為自己的接收端，正常通信必須接另一個(gè)設(shè)備的TXD。正常通信時(shí)候本身的TXD永遠(yuǎn)接設(shè)備的RXD！自收自發(fā)：正常通信時(shí)RXD接其他設(shè)備的TXD，因此如果要接收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)顧名思義，也就是自己接收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，即自身的TXD直接連接到RXD，用來(lái)測(cè)試本身的發(fā)送和接收是否正常，是最快最簡(jiǎn)單的測(cè)試方法，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)首先做該測(cè)試確定是否產(chǎn)品故障。也稱回環(huán)測(cè)試。TTL電平：通常數(shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制，規(guī)定+5V等價(jià)于邏輯"1",0V等價(jià)于邏輯"0",稱作TTL信號(hào)系統(tǒng)，是正邏輯。RS232電平：采用-12V到-3V，等價(jià)于邏輯"0"，+3V到+12V的邏輯電平，等價(jià)于邏輯"1"，是負(fù)邏輯的。1、核心模塊使用HC-05從模塊，引出接口包括VCC,GND,TXD,RXD,KEY引腳、藍(lán)牙連接狀態(tài)引出腳（STATE），未連接輸出低，連接后輸出高。2、led指示藍(lán)牙連接狀態(tài)，快閃表示沒有藍(lán)牙連接，慢閃表示進(jìn)入AT模式，雙閃表示藍(lán)牙已連接并打開了端口。3、底板設(shè)置防反接二極管，帶3.3VLDO，輸入電壓3.6~6V，未配對(duì)時(shí)電流約30mA，配對(duì)后約10mA，輸入電壓禁止超過7V！4、接口電平3.3V，可以直接連接各種單片機(jī)（51，AVR，PIC，ARM，MSP430等），5V單片機(jī)也可直接連接，無(wú)需MAX232也不能經(jīng)過MAX232！5、空曠地有效距離10米(功率等級(jí)為CLASS2)，超過10米也是可能的，但不對(duì)此距離的連接質(zhì)量做保證。6、配對(duì)以后當(dāng)全雙工串口使用，無(wú)需了解任何藍(lán)牙協(xié)議，支持8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、可設(shè)置奇偶校驗(yàn)的通信格式，這也是最常用的通信格式，不支持其他格式。7、可以通過拉高34腳進(jìn)入AT命令模式設(shè)置參數(shù)和查詢信息。8、體積小巧（3.57cm*1.52cm），工廠貼片生產(chǎn)，保證貼片質(zhì)量。并套透明熱縮管，防塵美觀，且有一定的防靜電能力。9、可通過AT命令切換為主機(jī)或者從機(jī)模式，可通過AT命令連接指定設(shè)備。10、支持從4800bps~1382400bps間的標(biāo)準(zhǔn)波特率。原理圖如下圖。圖3-5HC-05藍(lán)牙通信原理圖3.2.5OLED顯示模塊設(shè)計(jì)OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管（OrganicLight-EmittingDiode），又稱為有機(jī)電激光顯示（OrganicElectroluminesenceDisplay,OLED）。因?yàn)榫邆漭p薄、省電等特性，因此從2003年開始，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，而對(duì)于同屬數(shù)碼類產(chǎn)品的DC與手機(jī)，此前只是在一些展會(huì)上展示過采用OLED屏幕的工程樣品。自2007年后，壽命得到很大提高，具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢(shì)。GND：電源地VCC：2.2V~5.5VSCL（D0）：CLK時(shí)鐘（高電平2.2V~5.5V）SDA(D1)：MOSI數(shù)據(jù)（高電平2.2V~5.5V）RST：復(fù)位（高電平2.2V~5.5V）D/C：數(shù)據(jù)/命令（高電平2.2V~5.5V）兼容3.3V和5V控制芯片的I/O電平（無(wú)需任何設(shè)置，直接兼容）板子管腳依次為G(地)，3.3V/5V（電源），SCL(CLK時(shí)鐘)，SDA（MISO數(shù)據(jù)），RES（復(fù)位），DC（數(shù)據(jù)/命令）單片機(jī)采用3.3V/5V電壓的接線模式。圖3-6OLED顯示原理圖3.2.6蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)蜂鳴器是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)的器件，常用來(lái)產(chǎn)生設(shè)備的按鍵音、報(bào)警音等提示信號(hào)蜂鳴器按驅(qū)動(dòng)方式可分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器。有源蜂鳴器：內(nèi)部自帶振蕩源，將正負(fù)極接上直流電壓即可持續(xù)發(fā)聲，頻率固定；無(wú)源蜂鳴器：內(nèi)部不帶振蕩源，需要控制器提供振蕩脈沖才可發(fā)聲，調(diào)整提供振蕩脈沖的頻率，可發(fā)出不同頻率的聲音蜂鳴器有正負(fù)極，頂部印有+號(hào)的為正極，若蜂鳴器引腳沒剪，則長(zhǎng)的為正極，單片機(jī)引腳不能直接蜂鳴器，加NPN型三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的引腳驅(qū)動(dòng)能力有限，蜂鳴器的功率比較大，所以需要通過三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，R1為限流電阻，單片機(jī)引腳如果給高電平，則三極管導(dǎo)通，VCC便給蜂鳴器供電，如果給低電平，則三極管斷開，PNP型三極管同理，只不過是單片機(jī)引腳輸出低電平導(dǎo)通，輸出高電平斷開。蜂鳴器模組原理圖如下圖。圖3-7蜂鳴器模組原理圖3.2.7震動(dòng)傳感器模塊設(shè)計(jì)震動(dòng)傳感器也稱測(cè)震器或測(cè)震儀。它的作用是把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械振動(dòng)量（位移、速度或加速度）準(zhǔn)確無(wú)誤地接受下來(lái)，并將此機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電流或電壓）輸出或顯示出來(lái)。從能量觀點(diǎn)來(lái)看，震動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)了將機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換，實(shí)質(zhì)上，可以把它看作一個(gè)換能器。震動(dòng)傳感器的重要性表現(xiàn)在它接收和轉(zhuǎn)換機(jī)械量的過程中，所能達(dá)到的可靠程度，這將決定著后續(xù)分析結(jié)果的正確性，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)的分析，實(shí)際上是毫無(wú)意義的，甚至是有害的。現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試采用的傳感器一般有非接觸式電渦流傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和復(fù)合傳感器（由一個(gè)非接觸傳感器和一個(gè)慣性傳感器組成）四種。每一種傳感器都有它們固有的頻響特性，這些特性決定了其工作范圍。如果采用的傳感器在超出其線性頻響區(qū)域工作時(shí)，測(cè)量得到的讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大偏差。震動(dòng)傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)是否有震動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常震動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)信號(hào)給上位機(jī)進(jìn)行OLED屏報(bào)警顯示。圖3-8震動(dòng)傳感器模組原理圖

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖當(dāng)全部系統(tǒng)軟件通電后，下位機(jī)系統(tǒng)開始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，當(dāng)檢測(cè)到有振動(dòng)災(zāi)害信號(hào)，渾濁度災(zāi)害信號(hào)亦或者水位異常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)都會(huì)通過下位機(jī)傳達(dá)到上位機(jī)，然后進(jìn)行OLED屏顯示危險(xiǎn)彈窗。系統(tǒng)整體流程表如下圖所示。圖4-1整體流程圖4.2超聲波傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)以下時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè)10uS以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。由此通過發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2；建議測(cè)量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。圖4-2超聲波傳感器時(shí)序圖4.3OLED顯示模塊軟件的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中需要顯示當(dāng)前環(huán)境的實(shí)時(shí)信息。系統(tǒng)使用液晶顯示數(shù)據(jù),STM32單片機(jī)初始化完成后顯示屏?xí)詣?dòng)進(jìn)行初始化，隨后顯示出來(lái)，出現(xiàn)危險(xiǎn)信號(hào)會(huì)直接顯示彈窗。如圖為顯示模塊流程圖。圖4-31602顯示子程序流程圖4.4濁度傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)濁度傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)水的渾濁度，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常渾濁度時(shí)，會(huì)發(fā)送信號(hào)給上位機(jī)進(jìn)行OLED屏報(bào)警顯示。流程圖如下。圖4-4濁度檢測(cè)流程圖4.5震動(dòng)傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)振動(dòng)傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)是否有振動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常震動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)信號(hào)給上位機(jī)進(jìn)行OLED屏報(bào)警顯示。實(shí)現(xiàn)其功能的流程圖如下。圖4-5震動(dòng)模塊流程圖4.6水位監(jiān)測(cè)的軟件設(shè)計(jì)水位監(jiān)測(cè)模塊主要通過監(jiān)測(cè)是否在沒有下雨的情況下，水位有大幅變動(dòng)，這很有可能是災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)訊號(hào)，會(huì)將該信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行OLED屏報(bào)警顯示。實(shí)現(xiàn)其功能的流程圖如下。圖4-6水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程圖第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖圖5-1系統(tǒng)完整實(shí)物圖5.2震動(dòng)監(jiān)測(cè)模式測(cè)試對(duì)振動(dòng)傳感器進(jìn)行振動(dòng)刺激，手機(jī)和顯示屏?xí)邮盏秸駝?dòng)信號(hào)及其具體數(shù)值，當(dāng)振動(dòng)越劇烈時(shí)，數(shù)值越大。如圖5-2所示。圖5-2震動(dòng)信號(hào)顯示5.3濁度監(jiān)測(cè)測(cè)試將濁度傳感器放在臟水中，進(jìn)行模擬測(cè)試，濁度顯示數(shù)值迅速升高，很好的驗(yàn)證了濁度傳感器靈敏度以及可行性。如圖5-3所示。圖5-3濁度數(shù)值顯示5.4各數(shù)值監(jiān)測(cè)顯示顯示屏從上往下顯示的是距離1、距離2；濁度1、濁度2；雨水1、雨水2；震動(dòng)1、震動(dòng)2。當(dāng)監(jiān)測(cè)的井水水位上升或者下降時(shí)，數(shù)值跳動(dòng)，濁度傳感器監(jiān)測(cè)雨水渾濁度時(shí)，數(shù)值由零逐漸增加，雨水報(bào)警裝置無(wú)雨時(shí)顯示無(wú)雨，有雨時(shí)顯示有雨，系統(tǒng)報(bào)警。振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)到有震動(dòng)劇烈時(shí)則數(shù)值增加，系統(tǒng)報(bào)警。圖5-4監(jiān)測(cè)數(shù)值顯示

第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是很難很不順手，看似很簡(jiǎn)單的電路，要?jiǎng)邮职阉o設(shè)計(jì)出來(lái)，是很難的一件事，特別是整個(gè)電路圖的設(shè)計(jì)，同時(shí)，通過本次課程設(shè)計(jì)，鞏固了我們學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識(shí)，也使我們把理論與實(shí)踐從真正意義上相結(jié)合起來(lái)?？简?yàn)了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和組織材料的綜合能力，從中可以自己測(cè)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到自己哪方面有欠缺、不足以便于在日后的學(xué)習(xí)中得以改進(jìn)、提高，這也使我明白要對(duì)以前學(xué)過的知識(shí)溫故知新。6.2展望通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還很多，學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。但從中我也學(xué)到了很多知識(shí)，更培養(yǎng)了我獨(dú)立工作與思考的能力，激發(fā)了我的創(chuàng)新意識(shí)。使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)項(xiàng)目還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。經(jīng)過實(shí)際情況證明,這套系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用手機(jī)上位機(jī)模塊的方法很好,從而降低了硬件成本，簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)。此系統(tǒng)還需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)，這就需要我們不斷的學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和提高實(shí)踐操作能力，為在以后的工作中打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此系統(tǒng)還需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)的是:1.在選擇核心器件過程中需要慎重考慮，盡量把硬件電路簡(jiǎn)化一點(diǎn)，以便在調(diào)試過程中方便快捷，取得最佳效果。2.由于時(shí)間關(guān)系,兩個(gè)核心傳感器器件(震動(dòng)模塊和濁度監(jiān)測(cè)模塊)在設(shè)計(jì)過程中存在一些問題,在以后的設(shè)計(jì)中需要進(jìn)一步改進(jìn)。

結(jié)論本設(shè)計(jì)是一種基于STM32單片機(jī)技術(shù)的地震災(zāi)害多點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件部分采用單片機(jī)STM32F103c8t6、震動(dòng)傳感器模塊、上位機(jī)模塊、下位機(jī)模塊、渾濁度傳感器模塊、報(bào)警模塊、雨滴傳感器、超聲波測(cè)距傳感器；軟件采用KEIL5軟件平臺(tái)和C編程語(yǔ)言完成下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)以及QT平臺(tái)和利用C語(yǔ)言和MYSQL完成地震災(zāi)害多點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)；其中的震動(dòng)傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)多處區(qū)域的震動(dòng)情況，渾濁度傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)井水狀況。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理,判斷區(qū)域發(fā)生地震的可能性，利用上位機(jī)接收下位機(jī)的示警信號(hào)，從而及時(shí)的進(jìn)行防范。很好的完成了地震災(zāi)害多點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)多區(qū)域?yàn)?zāi)變體信息動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)采集，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)變體的穩(wěn)定狀態(tài)以及變換趨勢(shì)的有效把握，為防災(zāi)減災(zāi)提供有效信息支撐。

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附錄附錄A電路圖附錄B源代碼voidUSART1_Puts(char*str){while(*str){USART1->DR=*str++;while((USART1->SR&0X40)==0);}}voidUSART2_Puts(char*str){while(*str){USART2->DR=*str++;while((USART2->SR&0X40)==0);}}voidUSART3_Puts(char*str){while(*str){USART3->DR=*str++;while((USART3->SR&0X40)==0);}}voidsend(unsignedchara){ USART1->DR=a;while((USART1->SR&0X40)==0); }voidTU_Value_Conversion1(){ TU1=(float)Get_Adc_Average(ADC_Channel_0,10)*3.3/4096; TU1=-865.68*TU1+2861.3f; zhuodu1x[0]=(int)(TU1)/1000+'0';zhuodu1x[1]=(int)(TU1)%1000/100+'0'; zhuodu1x[2]=(int)(TU1)%100/10+'0'; zhuodu1x[3]=(int)(TU1)%10+'0'; zhuodu1x[4]=0;}voidTU_Value_Conversion2(){ TU2=(float)Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10)*3.3/4096; TU2=-865.68*TU2+2861.3f; zhuodu2x[0]=(int)(TU2)/1000+'0';zhuodu2x[1]=(int)(TU2)%1000/100+'0'; zhuodu2x[2]=(int)(TU2)%100/10+'0'; zhuodu2x[3]=(int)(TU2)%10+'0'; zhuodu2x[4]=0; }intmain(void){ u8key;u8str;intt; delay_init(); NVIC_Configuration(); KEY_Init(); LED_Init(); JDQ1=1; JDQ2=1; OLED_Init(); OLED_ColorTurn(0);OLED_DisplayTurn(0);// OLED_Refresh(); 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