杨鹏程，茆学谦，刘 畅，刘元龙，孙 佳，张 磊
（徐州工程学院 机电工程学院，江苏 徐州 221018）
山体滑坡是地壳表层运动的一种地质现象，是我国山区最常见的灾害之一，它严重威胁人民的生命财产安全，影响正常的生产和生活。山体滑坡灾害的发生往往受到包括持续降雨、地震等在内的自然因素以及劈山挖矿、开山建路等人为因素的影响，多种因素的综合影响导致滑坡灾害具有突发性和难以发现性[1]。若无法准确预测山体滑坡，突如其来的灾害会造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失[2]。因此，对山体滑坡的监测及预警尤为重要。本文针对山体滑坡灾害，设计了一种用于监测山体滑坡灾害的原型系统，实验证明了所设计系统的可行性和有效性。
1 原型系统总体设计
所设计的原型系统由滑坡模拟机械装置、拉线传感器、控制系统与监测终端四部分组成，如图1所示。其各部分功能如下：滑坡模拟机械装置模拟滑坡体相对于基岩的滑动位移；拉线传感器将位移信号转变为电信号；控制系统将电信号转换为电子信息利用物联网技术进行发送，监测终端显示报警信息。
图1 原型系统总体设计
2 滑坡模拟机械装置结构设计
滑坡模拟机械装置的结构设计如图2所示：其主要由丝杠滑台、滑坡山体、基岩和拉线传感器等部分构成。装置以丝杠滑台模拟滑坡山体基岩的相对位移：基岩固定在装置底座（机架）上，滑动山体固连在丝杠滑台上，当丝杠在电机的带动下旋转时，滑动山体可沿与基岩的接触面滑动，以此来模拟滑坡运动。电机反转时，滑坡山体可以恢复原状。拉线传感器穿过滑坡山体深埋在基岩中，当滑坡山体与基岩有相对位移时，扯动拉线，传感器即被触发，可以发出信号。
图2 滑坡模拟机械装置设计示意图
3 控制系统设计
3.1 硬件设计
控制系统主要由主控模块、无线通讯模块、电源模块、传感器模块四大模块构成。电路原理图如图3所示。
图3 电路原理图
3.1.1 主控模块
主控模块采用的是STC89C52RC芯片，具有运算速度高、功耗低、工作稳定性好的特点，其指令代码与传统8051完全兼容。其不同引脚连接有传感器或其他模块，是整个系统的控制核心。各引脚连接如图3所示。
3.1.2 无线通讯模块
系统采用的GPRS通讯模块为SIM800C。SIM800C是SIMCOM公司推出的GSM/GPR四频模块，支持TCP/P协议、三频/四频/GSM/GPRS，其性能稳定，外观小巧，性价比相对较高。GPRS模块的接口信号端TXD、RXD分别与STC89C52RC的RXD、TXD连接，如图3所示。
3.1.3 传感器模块
选用拉线式位移传感器，传感器信号输出端与ADC0809转换模块的ADIN1引脚相连，实现信号转换。ADC0809转换模块引脚ST、EOC、D3、OE、CLK、ADDCS分别和芯片P1.0 、P1.1 、P1.2 、P1.3 、P1.4 引脚相连，完成位移信息从数字信号转换为电子信号的过程，最后送往芯片进行数据处理，连接如图3所示。
3.1.4 电源模块
由于滑坡检测系统安装在山区，所处位置较为偏僻，供电相对困难。所以模型设计采用通过太阳能进行充电的大容量蓄电池来供电，以确保系统稳定工作。本系统采用6V4A的蓄电池、9V2.3 W的太阳能板以及AMS117-5.0 电源稳压模块，如图4所示。通过稳压模块输出的5V电压为单片机和传感器供电。
图4 电源模块原理图
3.2 软件设计
系统工作流程如图5所示。
图5 系统工作流程图
4 实验验证
根据上述系统设计，完成基于拉线式传感器的山体滑坡原型装置实物如图6所示。模型控制部分实物图如图7所示。接入电源，进行系统试验测试，按下开关，滑动山体在丝杠平台的带动下开始位移，如图8所示。当位移超过预设值时，系统在单片机控制下经通讯模块将预警信息以手机短信的形式发送至技术人员的手机。如图9所示。
图6 模型实物图
图7 控制部分实物图
图8 模型展示图（发生位移）
图9 手机预警信息
5 结论
本文所设计的山体滑坡实时监测系统是基于拉线传感器并借助于GPRS通讯实现的，属于物联网技术的典型应用。原型样机实验证明了所设计系统原理的可行性和有效性，可以为后期实地测量山体滑坡系统提供参考。
