自主式边坡监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了自主式边坡监测系统，包括：筒体，由多节筒节相互密封连接构成；红外雨量计，安装在所述筒体的上端；测量传感器，安装在不同的所述筒节内；控制模块，用于控制各部件工作，包括处理器和接发信号的无线模块，在所述筒体上设置有与所述控制主板连接的磁感应按键；供电模块，包括为各个部件提供运行电力的蓄电池和电能储存器；能量收集装置，包括收集芯片和充电管理模块，用于收集所述控制主板和所述供电模块的冗余电量，并输送给所述电能储存器。报警装置，与所述控制模块连接用于向外界发送报警信号。本发明提供的监测系统集成度高且超低功耗。可针对地质灾害的应用特点，集成多种预警方式。
【专利说明】
自主式边坡监测系统
技术领域
[0001] 本发明设及地质检测领域，特别是设及一种监控地下多种地质信息并根据收集的 地质信息判断是否会发生地质灾害的自主式边坡监测系统。
【背景技术】
[0002] 滑坡是在一定条件下，受人工活动、雨水冲刷、地壳运动或地震等因素的影响，使 坡体的部分±体或岩体在重力作用下，沿着一定的斜面整体下滑的变形现象，由于其灾难 性大，且滑坡产生的因素具有多样性、多变性和复杂性，因此，造成了预测困难、治理困难等 问题，是威胁人民生命财产的重大自然灾害之一。
[0003] 其中，暴雨引发的滑坡占滑坡总数的90%，降雨时，一部分沿坡体表面向坡脚排 泄，一部分从地表向坡体内部下渗，地表水的下渗使坡体的重量不断增大，在坡体内形成渗 流场，滑坡下滑力增大;地下水的下渗，使滑带±充分饱和，剪切强度迅速降低；当滑体下滑 力大于滑带的剪切强度时，滑坡体开始移动，条件进一步恶化时，导致最终滑坡失去稳定。
[0004] 目前，用于对于地灾监测的主要技术手段和方法根据实施方式可分为两大类:群 测群防和专业监测。
[0005] 群测群防是发动居住于地灾体上的广大群众，采用直接观察或一定的辅助测量工 具定期完成地灾关键点的监测工作。此方式是目前我国应用最成熟、有效的防灾手段。但 是，由于监测主体不具备地质灾害专业知识，专业化程度不高，对地灾体监测的频率低下， 数据汇总、上报周期过长等。
[0006] 专业监测:其根据实施过程又分为两大类，一类是采用成熟的监测系统，由专业测 绘、监测人员定期对地灾点上监测点进行复查，如使用测绘行业的全站仪进行地表位移点 的坐标测绘，使用地质钻孔固定测斜仪进行地下变形监测等。另一类为无人值守式专业化 监测方法，运种方法采用(或借用)成熟的各类传感技术，集成电子行业自动化测控技术、无 线传输技术，完成对地灾点全自动的数据采集发送，节省了大量的人力，数据采集频率也更 加局效。
[0007] 但现有专业监测系统的集成度不高，各设备之间为简单的连接结构，导致整体测 量设备体积庞大，功能重叠。而且在功耗方面需求较大，需要专用的交流电等供电设备。此 夕h其安装时需要专业人员完成，影响了使用效率。另外还存在预警方式单一、效率低下的 问题。
【发明内容】
[000引本发明的目的是要提供一种能够监控地下多种地质信息并根据收集的地质信息 判断是否会发生地质灾害然后主动报警的自主式边坡监测系统。
[0009] 特别地，本发明提供的自主式边坡监测系统，包括：
[0010] 筒体，由多节筒节相互密封连接构成；
[0011] 红外雨量计，安装在所述筒体的上端，用于根据接触到的雨水来测量当前雨量；
[0012] 测量传感器，用于测量地表下不同深度的各种地质信息，且分别安装在不同的所 述筒节内；
[0013] 控制模块，用于控制各部件工作，包括处理器和接发信号的无线模块，在所述筒体 上设置有与所述控制主板连接的磁感应按键；
[0014] 供电模块，包括为各个部件提供运行电力的蓄电池和电能储存器；
[0015] 能量收集装置，包括收集忍片和充电管理模块，用于收集所述控制主板和所述供 电模块的冗余电量，并输送给所述电能储存器。
[0016] 报警装置，与所述控制模块连接用于向外界发送报警信号。
[0017] 在本发明的一个实施方式中，所述测量传感器包括测量所述筒体倾斜变化的MEMS 双轴倾斜传感器、根据FDR原理收集当前位置处±壤含水率的含水率传感器、利用插入±壤 中的测量杆测量当前位置处±壤溫度的溫度传感器、均匀分布在筒体的圆周上W测量当前 ±壤内水渗透压力的压力传感器、基于热敏原理测量当前位置处±壤渗流状态的渗流传感 器、测量当前筒体是否移动的位移传感器、测量当前箱体移动方向的电子罗盘方位监测传 感器、测量当前筒体承受的滑体应力的应力传感器。
[0018] 在本发明的另一个实施方式中，在所述筒体内还设置有GI^定位装置。
[0019] 在本发明的另一个实施方式中，所述报警装置包括本地声光报警和远程信号发送 模块，W及设置在警戒区域内接收所述远程信号发送模块信号的区域报警装置，所述区域 报警装置包括报警灯、报警卿趴和显示信息的接收终端。
[0020] 在本发明的另一个实施方式中，所述筒节上设置有与所述控制主板连接的防水航 空插头和显示屏。
[0021] 在本发明的另一个实施方式中，所述筒节与所述筒节之间设置有相互卡合的卡槽 和卡轨结构，在卡槽内安装有密封圈，在所述筒体的底部设置有密封盖，所述密封盖上连接 有提高所述筒体固定后稳定性的错杆或错索。
[0022] 在本发明的另一个实施方式中，所述筒体有多个用分别埋在地表下的不同深度 处，各筒体之间通过错索或错杆相互连接，在所述筒体内设置有检测所述错杆或错索拉力 的拉力应变片。
[0023] 在本发明的另一个实施方式中，所述供电模块还包括依次与所述内置电池连接的 M0S开关管电路和受控电源输出接口，在所述M0S开关管电路和受控电源输出接口之间串联 有RTC电路;所述RTC电路设置有后备电池，和为后备电池充电的充电电路，所述充电电路与 所述受控电源输出接口连接;所述内置电池还连接有外部电量输入接口。
[0024] 在本发明的另一个实施方式中，所述能量收集装置收集冗余电量的方法如下：
[0025] 步骤100,通过控制模块获取当前各监测系统的工作方式；
[0026] 步骤200,通过充电管理模块检测所述监测系统中，用电部件的电能储存器的用电 状况和用电标准；
[0027] 步骤300,根据所述监测系统的工作方式，仅在所述监测系统需要检测相应信息时 或接发外部信息时才为所述监测系统运行提供充分电力，在其余状态下所述监测系统处于 休眠状态仅提供基本电力；
[00%]步骤400,在所述监测系统处于休眠状态下时，收集所述监测系统内的冗余电量， 并在收集的冗余电量达到预定量时，输送给所述电能储存器。
[0029] 在本发明的另一个实施方式中，各所述能量收集器通过多路触发开关向所述电能 储存器充电，所述多路触发开关的输出端设置有功率开关，当所述多路触发开关中任意一 个输入信号满足预定要求时，功率开关则接通。
[0030] 本发明提供的监测系统集成度高且超低功耗。可针对地质灾害的应用特点，集成 多种预警方式，并可根据收集的信息自动分析、自动报警，结构上整体性强、防护等级高，特 别适用于±石混合体结构的边坡地质灾害，如露天矿开采形成的边坡、高速铁路、公路修建 形成的边坡等，也可应用于其它具有类似变形特质的安全监测领域。
【附图说明】
[0031 ]图1是本发明一个实施例的自主式边坡监测系统结构示意图；
[0032] 图2是本发明一个实施例的红外雨量计结构示意图；
[0033] 图3本发明一个实施例中供电模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034] 如图1所示，本发明一个实施例的自主式边坡监测系统100-般性地包括用于安装 各个检测部件的筒体20,和安装在该筒体20上部的红外雨量计10,安装在该筒体20内部的 各种地质信息测量传感器、控制模块和供电模块，W及提高能量利用率的能量收集装置。
[0035] 该筒体20可W由多节筒节21相互密封连接构成，在相互连接的两个筒节21的接触 边上，一个筒节21的连接端为具备内凹卡槽的承接座，另一个筒节21的连接端为可卡入承 接座内的插接座，在承接座内还可W设置弹性密封垫，两个卡合后的筒节21可W通过螺栓 固定。筒体20在使用时需要W竖直的方式埋在预测量的地区±层内。
[0036] 如图2所示，该红外雨量计10安装在筒体20的上端，在筒体20安装完毕后，其需要 露出地表，W根据接触到的雨水状态来测量当前雨量。如图2所示，该红外雨量计10设置在 筒体20的最上层，W便首先接触到降雨，其包括弧形且透明的透光罩11，和设置在透光罩11 内部相对两侧的光线发射端12和光线接收端13,由光线发射端12发送的测量光束经透光罩 11折射后进入光线接收端13,当透光罩11的外表面没有遮挡物时，光线发射端12发送的测 量光束理论上完全被透光罩11的内表面折射至光线接收端13，即光线接收端13此时接收到 的测量光束强度与该测量光束发送时的光线强度一致。当出现降雨现象时，雨水会滴到透 光罩11的外表面，由于雨水与透光罩11的折射率相同或接近，因此当测量光束经过沾有雨 水的透光罩11处时，此部分测量光束会被外面的雨水直接折射至空气中，从而降低了最终 到达光线接收端13的测量光束强度，根据预先测量的数据，可W由光线接收端13接收的测 量光束强度和变化次数，确认因透光罩11外表面的雨水折射出去的光线强度，进而计算出 当前的降雨信息。红外雨量计10的测量信息传送至控制模块，作为控制模块判断当前区域 是否会发生滑坡的参考数据。该红外雨量计10的具体结构和详细工作过程可W参见本申请 人另一在先专利(201510317539.4)中的内容。
[0037] 测量传感器与控制模块连接，其根据当前测量目的可设置多个，W测量地表下不 同深度处的不同地质信息，测量不同地质信息的传感器可W分别安装在不同的筒节内，并 根据实际需要连接在筒体20的不同位置。
[0038] 具体的测量传感器可W包括基于MEMS双轴测量原理的测量筒体20倾斜变化的倾 斜传感器，根据FDR原理收集当前位置处±壤含水率的含水率测量仪、溫度传感器、压力传 感器和渗流传感器。
[0039] 该倾斜传感器集成了双轴加速度计，在X或Y轴方向的加速度会在器件的X0UT或 Y0UT输出端上产生相应的输出电压。X轴和Y轴相互垂直。当倾角传感器静止时也就是侧面 和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度 传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。
[0040] 含水率测量仪、溫度传感器、压力传感器和渗流传感器可W安装在一个结构上。该 结构包括敞口的上座和下座，W及连接上座和下座的四根空屯、管，在上座和下座内安装用 于测量各种地±壤参数的测量电路板。
[0041] 含水率测量仪主要由一对电极(平行排列的金属棒或圆形金属环)组成一个电容， 其间的±壤充当电介质，电容与振荡器组成一个调谐电路，振荡器工作频率f随±壤电容的 增加而降低，电容(：随±壤含水量的增加而增加，由此可知振荡器频率与±壤含水量呈非线 性反比关系。大多数情况下，FDR法在低频（《100M Η Z)工作，能够测定被±壤细颗粒束缚 的水。
[0042] FDR法是通过测量±壤介电常数变化而引起频率变化来测量±壤的含水量，将运 些变化转变为与±壤含水量对应的频率信号。利用±壤水分传感器在不同±壤含水量中的 归一化频率SF变化来测量±壤体积含水量(V% ):
[0043]
[0044] 其中，。3为±壤中所测得的频率，Fa为放置于空气中所测得的频率，Fw为放置于水 中所测得的频率。
[0045]
[0046] 体积含水量￥%是±壤水分占有的体积(￥*)与±壤体积(Ve)之比，总之，加载于金 属杆上的高频脉冲波的平均有效电压值会随周围含水率的变化而变化，通过测量有效电压 来反算含水率。
[0047] 溫度传感器安装在Ξ根测量杆内，W获取周围±壤的溫度。
[0048] 将压力传感器均匀地安装在在上座的外圆周位置处，W获取筒体20安装后，周围 ±壤内的水渗透压力变化。
[0049] 该渗流传感器基于热敏扩散原理测量筒体20周围的渗流现象。渗流是指水压力作 用下，水在±石体中渗透快慢的能力。其安装在下座内，其包括位于下座内部的加热、导热 金属片，和位于下座外部的散热环，加热、导热金属片上粘贴有数个溫度传感器，上表面和 下表面为隔热保溫材料，保证大部分热量必须经由散热环散发。其测量过程为:被加热的金 属片经由散热环向四周扩散热量，当周围的渗透水没有流动时，向四周拆散的热量是均匀 的，若周围水是在流动的，则在迎水面流失的热量高于背水面流失的热量，热量流失的速率 与外界水流速度有关，渗流方向会直接影响到发热金属板上等溫线的形状，通过布置于金 属板上的多个阵列排列的溫度传感器来进行反向计算，即可同时获得渗压水的流速和流 向。
[0050] 此外，测量传感器还可W包括测量当前筒体20是否移动的位移传感器、测量当前 箱体移动方向的电子罗盘方位监测传感器和测量当前筒体20承受的滑体应力的应力传感 器。
[0051] 该控制模块用于控制各部件工作，包括处理器和接发信号的无线模块，在筒体20 上设置有与控制主板连接的磁感应按键。处理器用于控制或计算各测量传感器的测量参 数，并利用无线模块将结果发送至远程监控站，和接收远程监控站的指令。采用磁感应按键 操作控制模块，可W解决机械式按键带来的密封隐患问题。
[0052] 如图3所示，该供电模块包括为各个部件提供运行电力的蓄电池，和在用电单元需 要相应电压的电量时提供满足其要求电量的电能储存器。供电模块还包括依次与蓄电池连 接的M0S开关管电路，和将电量输出至用电单元的电源输出接口，接收外部指令的接口电 路，在M0S开关管电路和受控电源输出接口之间串联有RTC电路；该RTC电路设置有后备电 池，和为该后备电池充电的与受控电源输出接口连接的充电电路。此外，该蓄电池还连接有 外部电量输入接口，W在蓄电池没有电力时进行电力补充。RTC电路为实时时钟，并具有在 预定时间输出中断信号控制M0S开关管接通蓄电池的功能。M0S开关管电路具有电平信号开 启、按键开启、W及来自接口电路的数字信号开启关闭功能，同时也具有开机主控源检测功 能，可检测是何种原因导致的开机。RTC电路可接收来自接口电路的指令，修改当前日期时 间，修改下次中断开机的时间。RTC电路通过后备电池可W在M0S开关管电路断开状态下仍 能保持RTC电路计时的正常运转。而充电电路可W在每次开机后向后备电池充电。接口电路 包含按键接口和RTC通讯接口，W接收外部指令。
[0053] 该能量收集装置包括收集忍片和充电管理模块，用于收集控制主板和供电模块的 冗余电量，并输送给电能储存器。其中的电量收集忍片可W是德州仪器的bq25570、 bq25505、TPS62740等忍片，而电能储存器则是相应的电容。监测系统在间断工作的过程中， 在监测系统断电（或部分功能模块断电）时，其电路内尚有十分可观的电量，在断电期间，运 些电量逐渐在PCB基板或潮湿的空气中流失，运些电量基本上存储于电路中的多个电容里， 通过能量收集装置可W对运些电量回收，较没有应用此种技术的相同设备，对电能的利用 至少提高50%，大大延长了监测系统在有限能量下的工作时长。
[0054] 该无线模块可W包括蓝牙模块、对讲模块、射频433M化模块、GSM/GPRS模块，蓝牙 模块可与手持智能终端连接完成测量系统的参数配置、运行状态查看等功能。对讲模块可 监测现场区域预警广播(需要对应的对讲报警器共同完成）。射频433MHz模块可W完成现场 小区域数字信息报警(需要对应的射频接收器共同完成）dGSM/GPRS模块可W实现与远程监 控站进行终端数据交互、报警等功能。上述模块可W根据实现情况，选择部分或全部进行安 装。
[0055] 进一步地，还可W在筒体20内安装GPS模块，W确定当前测量系统的安装位置，根 据安装位置的不同来区分是具体地点。此外；当筒体20安装在一些具有大位移变形的被测 体上时(如泥石流），还可W用于监测大位移变形。
[0056] 本实施例中，筒体20通过相互卡合的筒节21结构，即方便调整具备不同测量功能 的筒节21位置，又可W方便连接针对特定地质条件测量的多个筒节21。整个筒体20安装方 式为完全埋入(需要雨量参数时，红外雨量计需要露出地面），安装方法极其简单，不破坏监 测点环境，不占用安装点±地，没有常规自动化监测需要的外置蓄电池、仪器箱等附属装 置。
[0057]本实施例的测量系统集成度高且超低功耗，专口针对地质灾害的应用特点，集成 多种预警方式，结构上整体性强、防护等级高，特别适用于±石混合体结构的边坡地质灾 害，如露天矿开采形成的边坡、高速铁路、公路修建形成的边坡等，也可应用于其它具有类 似变形特质的安全监测领域。
[005引进一步地，为及时将地质灾害信息通知到周围群众。本发明一个实施例中，该报警 装置可W包括本地声光报警和远程信号发送模块，W及设置在警戒区域内接收远程信号发 送模块信号的区域报警装置，区域报警装置包括报警灯、报警卿趴和显示信息的接收终端。
[0059] 在现有技术的地质监测方式中，一般是重监测、轻预警，大量专业化监测系统已投 入使用，而监测数据要么长期搁置，要么一少部分用于后期科学研究，监测数据用于实时预 警的情况少之又少。大量的监测系统没有预警功能或没有可靠的预警机制。而且目前采用 的临灾预警流程一般是灾害体-〉无线网络-〉数据中屯、-〉灾害体负责人-〉灾害体受威胁人 员，运种信息流通方式与群测群防相比，具有信息实时性高的优势，但就信息流通路径来 看，还存在较强的间接预警特点，信息流通环节较多且为串行链路，依赖于设备可靠性、依 赖于网络是否杨通、依赖于数据中屯、软件系统是否正常、依赖于数据中屯、管理人员责任屯、， 一旦某个环节发生异常就会导致预警失败;另一方面，运种预警方式是站站串行传递方式， 无法迅速的使大部分受威胁人员获知预警信息，预警的实效性存在较大隐患，严重时可能 因为避灾信息不及时导致十分严重的后果。
[0060] 而本实施例的报警预警理念是:将预警信息最先告知灾害影响区域内的群体，其 次才是应急指挥中屯、。报警装置利用无线模块将报警信号发送出去。具体报警的方式包括 现场广播预警、小范围射频预警信息广播、APP预警信息推送。
[0061 ]现场广播预警为:在测量系统一定范围内（如：5KM)，安装大功率声、光报警装置， 报警装置内置了对讲接收模块、音频功放、大功率卿趴、光电报警器，可同步广播由本测量 系统通过对讲模块发来的音频，实现本区域直接预警功能。而在测量系统的监控范围内的 在居民家中安装小型声、光报警器，用于在紧急情况时发布报警信息，特别是强降雨及深夜 灾害信息。该预警方式可W最直接的方式向最需要预警信息的群体发出预警信号，效率最 高，减少了中间环节，增强了预警效率。
[0062] 小范围射频预警信息广播：W文字方式，将具体的报警内容通过射频模块发送到 本区域内的射频接收模块，接收方可通过屏幕或与接收模块连接的计算机获取报警具体信 息。
[0063] APP预警信息推送则是在用户智能终端预安装安全监测预警APP软件，数据服务器 通过信息推送方式将预警信息一次性向所有智能终端发送。
[0064] 进一步地，为方便获取筒体20内的测量信息，在本发明的一个实施例中，可W在筒 节上设置与控制模块连接的防水航空插头和显示屏。防水航空插头可W直接利用手持式数 据接收设备与测量系统形成交互。而显示屏可W直接显示当前位置处±壤的测量数据。
[0065] 进一步地，为提高测量效果，在本发明的一个实施例中，可W将多个筒体20W串联 的方式分别埋在地表下的不同深度处，各筒体20之间可W通过错索或错杆相互连接，为提 高连接强度该筒体20的底部可W相应的密封板，在密封板上设置相应的连接接口。此外，错 杆和错索也可W作为单独筒体20的固定部件，如将筒体20W-个稳定点连接，W避免筒体 20移动，具体地稳定点可W是相对稳定区域的石块或山崖。此外，为了解当前筒体20承受 的拉力，可W在筒体20内设置检测错杆或错索拉力的拉力应变片。
[0066] 现有监测系统的一般远行规则是：当发现所监测的物理量发生改变时，即自动执 行其固定的监测手段，或根据业务逻辑进行自动化控制，然后将收集的数据进行远传。显 然，若被监测的物理量长时间没有变化时，重复的发送相同或相近的数据是没有意义的。本 发明采用适时发送的管理模式:结合被监测物理量的变化总量及变化速率，当检测到的数 值超出了预定的数值时才启动一次数据存储或远程发送。
[0067] 监测系统从功耗消耗上来分析，对电能消耗最大的是无线数据收发模块，平均约 使用全部电能的80% W上，基于上述应用特点，本发明的适时启动管理模式可W根据无线 模块工作状态对其进行适时关闭，来节省用电量。当需要获取某种监测数据或实现某种功 能时，再接通无线模块的功率开关，完成操作后再断开功率开关。
[0068] 适时启动的总体思路是：当被测物理量处于无变化状态时，不断延长设备启动的 时间间隔，当检测到被测物理量的变化量超出预定值或预定速率时恢复启动时长为一个较 小的值。如，当此次监测到的变化量相当上次监测到的变化量没有变化，或是幅度在一个预 定范围内，则延长下一次的监测启动时间，如下一次监测到的变化量还是未发生变化，则再 次延长下下一次的监测启动时间。相反地，如当前的变化量超出了预期，则下次监测启动时 间相应缩短。
[0069] 上述工作方式可视为"定时启动模式"，若监测系统所监测的物理量要求实时在线 时，则监测系统不能断开电源，此时，上述方法同样适用，不同的是，此时调整的不再是整个 监测系统的功率开关时间，而是监测系统本身对各模块的功率开关控制，通过不断调整对 物理量的扫描频率，即可解决实时在线监测数据与设备功耗之间的矛盾。
[0070] 在监测系统是间断工作的基础上，在监测系统断电（或部分功能模块断电）时，其 电路内尚有十分可观的电量，在断电期间，运些电量逐渐在PCB基板或潮湿的空气中流失， 运些电量基本上存储于电路中的多个电容里，通过能量收集装置对运些电量回收，较没有 应用此种技术的相同设备，对电能的利用显著，至少提高至少50%，大大延长提高了监测系 统在有限能量下的工作时长。
[007?]电容电量计算:C = Q/U;
[0072] C为电容单位，单位为F;Q为电量，单位库仑;U为电压，单位V。
[0073] 电容存储的电量:Q = C*U;
[0074] 也可W用总功来表示:W=1/巧CU2;
[0075] 经验估算，1F的电容所存储的电量，约等效于一个0.83mAH的电池。
[0076] 设电路中总的电容量约为：lOOOuF，则相当于0.80uAH，若扫描频率为5分钟，则一 天中总的电容流失电量约为0.8uAH*300次=2.4mAH的电池，可全天为设备提供0.1mA的电 量，而W5分钟扫描一次、120分钟存储一次、24小时发送一次计算，设备平均电流消耗为 0.08mA(忽略电容充电能量损失的理想状态）。
[0077] 前面所说的电容电量回收是一种100%理想回收的情况，实际应用中，可W将能够 收集的能量按70%来计算，则回收与否导致的设备工作时长至少相差1倍，或可W说不进行 电容电量回收是谈不上超低功耗的。
[0078] 具体地，本发明的能量收集装置收集冗余电量的方法如下：
[0079] 步骤100,通过控制模块获取当前各监测系统的工作方式；
[0080] 运里获取的监测系统的工作方式包括:该监测系统的用电部件的启动频率、每次 启动时的工作时间，每次工作消耗的电量。
[0081 ] -般情况下，即使是全自动监测系统也不是无时无刻保持数据更新的，尤其是永 久性监测领域，人们只需要每隔一段时间获取一次数据即可，或者有"实时"获取的需求，但 运种实时也是相对的，比如1秒次、1分钟一次甚至是1小时一次，电子设备的特点是，获取某 物理量参数或输出某种控制信号，所用时间一般是极短的(ms级甚至是us、ns)，运样，在大 部分时间里，可W让运些检测、控制电路处于断电状态，可W大幅度的提高有限电能的利用 率，运即是本步骤的目的。
[0082] 步骤200,通过供电模块检测所述监测系统中，用电部件的电能储存器的用电状况 和用电标准；
[0083] 本步骤需要了解当前监测系统的电能储存器本身的储存量是多少，一次启动用电 部件需要的最低电量是多少，当前电能储存器的电量是多少，一次可W补充多少电量等信 息，W根据上述信息确定管理整个监测系统的用电和充电方式。同时，供电模块还需要控制 能量收集装置的电量充入电能储存器的过程。
[0084] 具体的电量获取方式可W是设置相应的能量记录模块，该能量记录模块对应于各 电能储存器，对电能储存器的使用状态进行记录，如AD7755、LTC2942忍片模块等。
[0085] 在本步骤中，能量记录模块不但记录电能储存器向监测系统的输出能量，同时还 记录向电能储存器输入的能量，W实现对电能储存器剩余电量的监控。电能储存器可W是 电池或超级电池。
[0086] 当检测到剩余电量不足W供监测系统完成一次工作时，则直接断开其充电电路， 运一处理方法可有效延长电能储存器寿命，和节省电量收集装置的电能。
[0087] 此外，通过能量记录模块还可W确认当前电能储存器是否有故障，当控制模块检 测到电能储存器充电过程完成（已充满)时的剩余电量与理论电量相减较大时，则可判断此 电能储存器已经损坏，可通过用户接口输出电池故障信息。
[0088] 步骤300,根据所述监测系统的工作方式，仅在所述监测系统需要检测相应信息时 或接发外部信息时才为所述监测系统运行提供充分电力，在其余状态下所述监测系统处于 休眠状态仅提供基本电力；
[0089] 本步骤即是对当前监测系统的预定工作状态进行监控，使监测系统仅在工作时才 进行通电操作，而平时都处于维持监测系统在休眠状态。
[0090] 具体的监控过程可W是:根据监测系统预设的获取外界信息的时间间隔，如10秒， 在时间到来前的一秒对监测系统的相应部件通电，使其能够正常工作，当其工作完毕后，再 及时断开其相应部件的供电，循环重复上述方式，W避免待机耗电。
[0091] 步骤400,在所述监测系统处于休眠状态下时，收集所述监测系统内的冗余电量， 并在收集的冗余电量达到预定量时，输送给所述电能储存器。
[0092] 此步骤是为了收集监测系统刚刚工作完毕后，还留存在其各个电容中的电量，W 避免无谓的散失。通过一次或多次收集电量的累积，可W在满足充电标准时，向监测系统的 电能储存器进行电量补充，使电能储存器中的电量可W持续不断的得到补充，进而延长监 测系统的使用时间。
[0093] 具体的回收时机可W是在断开功率电源前一刻，监视监测系统电容阵列的能量收 集装置在控制模块的控制下开始工作，对监测系统冗余电量进行回收。在任意时刻，可W通 过接口电路来控制能量收集装置开始工作。
[0094] 本实施例可对监测系统的有限电力能源合理利用，最大限度的节省能量资源，保 障设备的正常运行，并减少环境恶化，特别适合自主供电的无人值守式自动化电子监控设 备。
[009引本实施例中的控制模块可W采用MCU控制器，如LPC2368,用于完成触发源检测、设 置定时启动时间、剩余电量计算、电能储存器类型设置、运行日志存储、用户接口通讯等操 作。同时，为方便中间数据的保存和运行，该MCU控制器可W设置相应的数据存储部件，如 化A甜存储器。
[0096] 进一步地，为方便接收不同能量源输入的信号，在本发明的一个实施例中，该能 量收集装置可W通过多路触发开关向电能储存器充电，能量收集装置中的每个能量收集器 分别与多路触发开关的一个触点连接，而多路触发开关的输出端通过功率开关与电能储存 器连接。在控制模块的控制下，当任一个能量收集器收集的电量满足要求时，即可向多路触 发开关发送一个触发信号，该触发信号会导致功率开关接通，从而向预定的电能储存器进 行电量补充。
[0097] 多路触发开关由一系列电平触发输入结点及"或??电路、功率开关组成。多路触 发开关与电能储存器、测量传感器、MCU控制器连接，触发条件满足后，将电能储存器的电能 经由自身功率开关传输给测量传感器。功率开关闭合后，MCU控制器接管功率开关，MCU控制 器根据工作逻辑在适当时间点控制断开功率开关。
[0098] 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示 例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接 确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认 定为覆盖了所有运些其他变型或修改。
【主权项】
1. 自主式边坡监测系统，其特征在于，包括： 筒体，由多节筒节相互密封连接构成； 红外雨量计，安装在所述筒体的上端，用于根据接触到的雨水来测量当前雨量； 测量传感器，用于测量地表下不同深度的各种地质信息，且分别安装在不同的所述筒 节内； 控制模块，用于控制各部件工作，包括处理器和接发信号的无线模块，在所述筒体上设 置有与所述控制主板连接的磁感应按键； 供电模块，包括为各个部件提供运行电力的蓄电池和电能储存器； 能量收集装置，包括收集芯片和充电管理模块，用于收集所述控制主板和所述供电模 块的冗余电量，并输送给所述电能储存器。 报警装置，与所述控制模块连接用于向外界发送报警信号。2. 根据权利要求1所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 所述测量传感器包括测量所述筒体倾斜变化的MEMS双轴倾斜传感器、根据FDR原理收 集当前位置处土壤含水率的含水率传感器、利用插入土壤中的测量杆测量当前位置处土壤 温度的温度传感器、均匀分布在筒体的圆周上以测量当前土壤内水渗透压力的压力传感 器、基于热敏原理测量当前位置处土壤渗流状态的渗流传感器、测量当前筒体是否移动的 位移传感器、测量当前箱体移动方向的电子罗盘方位监测传感器、测量当前筒体承受的滑 体应力的应力传感器。3. 根据权利要求1所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 在所述筒体内还设置有GPS定位装置。4. 根据权利要求1所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 所述报警装置包括本地声光报警和远程信号发送模块，以及设置在警戒区域内接收所 述远程信号发送模块信号的区域报警装置，所述区域报警装置包括报警灯、报警喇叭和显 示信息的接收终端。5. 根据权利要求1所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 所述筒节上设置有与所述控制主板连接的防水航空插头和显示屏。6. 根据权利要求1所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 所述筒节与所述筒节之间设置有相互卡合的卡槽和卡轨结构，在卡槽内安装有密封 圈，在所述筒体的底部设置有密封盖，所述密封盖上连接有提高所述筒体固定后稳定性的 锚杆或锚索。7. 根据权利要求6所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 所述筒体有多个用分别埋在地表下的不同深度处，各筒体之间通过锚索或锚杆相互连 接，在所述筒体内设置有检测所述锚杆或锚索拉力的拉力应变片。8. 根据权利要求1所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 所述供电模块还包括依次与所述内置电池连接的MOS开关管电路和受控电源输出接 口，在所述MOS开关管电路和受控电源输出接口之间串联有RTC电路;所述RTC电路设置有后 备电池，和为后备电池充电的充电电路，所述充电电路与所述受控电源输出接口连接;所述 内置电池还连接有外部电量输入接口。9. 根据权利要求1所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 所述能量收集装置收集冗余电量的方法如下： 步骤100,通过控制模块获取当前各监测系统的工作方式； 步骤200,通过充电管理模块检测所述监测系统中，用电部件的电能储存器的用电状况 和用电标准； 步骤300,根据所述监测系统的工作方式，仅在所述监测系统需要检测相应信息时或接 发外部信息时才为所述监测系统运行提供充分电力，在其余状态下所述监测系统处于休眠 状态仅提供基本电力； 步骤400,在所述监测系统处于休眠状态下时，收集所述监测系统内的冗余电量，并在 收集的冗余电量达到预定量时，输送给所述电能储存器。10.根据权利要求9所述的自主式边坡监测系统，其特征在于， 各所述能量收集器通过多路触发开关向所述电能储存器充电，所述多路触发开关的输 出端设置有功率开关，当所述多路触发开关中任意一个输入信号满足预定要求时，功率开 关则接通。
【文档编号】G01N27/22GK106066388SQ201610516968
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】许利凯, 赵静
【申请人】河北稳控科技有限公司