无线传感器检测系统

边坡监测传感器系统的硬件设计

尧春燕余清华林兴立

（暨南大学土木工程系广州510632）

摘要：本文从系统组成、工作原理及硬件设计三个方面详细介绍本创新成果——边坡监测传感器系统。

无线传感器网络WSN是随着微电子技术、计算机技术和无线通信技术的进步而兴起的一项新技术，它由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集、和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。本课题将无线传感器网络应用于边坡稳定的长期监测，可以实现一天二十四小时自动监测，从而实时获取精确的监测数据，具有自动化、智能化程度高和效率高等特点。

1、边坡监测传感器系统组成

本边坡监测传感器系统基于无线传感器网络,其主要由硬件部分和软件部分组成，硬件部分包括监测区域内的节点模块、基站模块（中继）、GPRS模块和监测中心计算机；软件部分包括单片

机控制程序和监测中心计算机中的应用程序。系统中每一部分都是模块化的，具有结构紧凑、易于维护等优点。

传感器系统组成简图

2、系统的工作原理

本监测系统主要有数据采集、数据传输、数据转换并加入数据库、数据处理五项功能。数据采集由监测区域内各节点完成，监测区域内的节点组成数据采集网络，单个节点可以是加速度传感器、土压力传感器、孔隙水压力传感器、温度传感器等及其组合，用于测量该节点各层土体中的土压力、土体位移、孔隙水压力、土体温度等数据，并将数据通过传感器内置的单片机进行初步处理，再通过埋设的电缆把数据传递给埋设在表层的无线发射装置。各节点的无线发射装置将数据汇集到监测区域的基站中，数据采集过程完成。数据传输过程则由基站将数据通过GPRS发射装置发送到无线GSM网络，经由国际互联网，传递到数据接收终端（这里采用个人计算机）。终端接收到数据后，数据采集装换软件将数据纳入数据库。数据库处理软件便可以通过长期监测建立起来的数据库调用数据，列出供人查询，更进一步，软件可以根据数据绘制出边坡位移、压力、温度等曲线，直观的将边坡的变化呈现出来，通过设定位移等参数的阀值，并设置数据自动更新，可以动态地监测边坡的变化并在数据达到阀值时发出报警。

3、传感器系统硬件设计：

3、1、传感器模块（原理参照中期成果）

加速度传感器、电阻应变式土压力传感器以及温度传感器。由于本系统主要用来监测边坡位移，因此节点设计的重点放在加速度传感器上。

本设计采用MMA7260Q高集成度三轴加速度传感器。MMA7260Q是一种低成本单芯片三轴向高灵敏度加速度传感器，基于表面微机械结构，集成信号调理电路、单极点低通滤波器和温度补偿部分，并且具有4种不同的灵敏度选择模式。滤波器截止频率已在出厂前设定，不需要外部调整。同时它包含一种睡眠模式，使其成为小型电池供电便携式设备的理想之选。MMA7260Q能在XYZ三个轴向上以极高的灵敏度读取低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆，它是同类产品中的第一个单芯片三轴向加速器。主要具有以下特点：①XYZ：在一个设备中提供三轴向检测灵敏度。②可选灵敏度：1．5、2、4和6 g。③低功耗：500uA 。

④睡眠模式：3uA ，是电池供电的手持电子产品的理想之选。⑤低压运行：2．2—3．6 V。⑥快速启动：lms。⑦低噪音：达到更高的分辨率、更高的精确度。

⑧封装：16引脚6 mm×6 mm×1．45 mm方体扁平封装(QFN)。