本发明涉及滑坡预警技术，特别是一种适合保护人员生命安全且可大量安装使用的无线滑坡预警系统。
背景技术：
滑坡作为一种地质灾害在我国每年都会造成多达几个亿的财产损失，同时还会危及人的生命安全。滑坡监测是对滑坡体进行形变检测，由于滑坡发生的随机性高，且滑坡体形变属于缓慢变化的过程，通常需要不间断的长期监测。目前滑坡检测分为现场监测和非现场监测两种方式：现场监测是在可能的滑坡点安放滑坡监测设备；非现场监测是通过人工或半人工职守方式在远离滑坡点的地方安装滑坡监测设备。现场滑坡监测设备需要埋入滑坡地点，根据滑坡机理采用专用或通用的电传感器，存在传感器长期供电难题。非现场监测不需要把传感器放置在滑坡地点，但传感器更贵，需要建设观测间，自动报警算法不成熟仍需人为干预，只适用出现滑坡的重点区域，如矿山，水坝等。
中国专利说明书“一种滑坡智能监测系统及方法”(申请号：201711154824.4)和《金属矿山》期刊2016年第10期“一种新型滑坡体无线远程监测系统设计”论文，都采用太阳能与可充电电池互补供电，其不足之处在于：太阳能发电设备体积大，成本高，易遭受人为破坏。
中国专利说明书“一种山体滑坡报警系统”(授权公告号：CN 106023532B)公开的这种滑坡报警系统缺陷在于：结构复杂，成本和维护费用高，需要采用有线方式供电或更大容量的太阳能发电。
中国专利说明书“一种基于视频的泥石流或山体滑坡报警系统”(授权公告号：CN 103093579B)和《煤矿安全》期刊2017年48卷第5期论文“边坡雷达监测预警机制及应用实例分析”论文，都采用非现场监视方案，传感器不用安装在滑坡现场，其缺陷在于：传感器更贵，需要建设观测点，设备维护成本高，自动报警算法不成熟需人为干预。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述系统存在的问题，结合现场监测和非现场监测两种方式，提出了一种由一个主控单元和多个滑坡传感器构成的滑坡预警系统。所述的滑坡传感器简化了内部设计，体积小，成本低，平时不耗电，适合大量安装。所提出的滑坡预警系统特别适用于保护滑坡点附近人员生命财产安全。
本发明是这样实现的：滑坡预警系统由一个主控单元和多个滑坡传感器构成。二者之间采用无线方式通信。滑坡传感器只能发射无线信号，主控单元只能接收无线信号。主控单元由无线接收模块、微处理器、短信模块、存储模块、声光报警器、状态指示模块和接收天线构成。无线接收模块与微处理器的外部中断线和I/O口连接；短信模块与微处理器的串口连接；存储模块与微处理器采用I2C总线相连；声光报警器由微处理器控制；接收天线连接无线接收模块。滑坡传感器简化了内部设计，由机械式双轴倾角检测模块，无线发射模块，天线和电池构成。机械式双轴倾角检测模块可检测前、后、左、右4个方向的倾角，机械式双轴倾角检测模块还兼做电源开关与无线发射模块和电池构成一个电路回路，当滑坡出现时，机械式双轴倾角检测模块的倾角达到阈值，电路回路被接通，电池开始供电，无线发射模块发射报警信号；否则电路回路处于断开状态，电池不供电也不消耗电能。多个滑坡传感器垂直于水平面埋入可能出现滑坡的现场的不同位置，各滑坡传感器可设置不同的倾角阈值，且平时处于断电状态。主控单元安装在滑坡点附近的人员家中或企事业单位内或其它能够不间断供电的地方。
机械式双轴倾角检测模块：可以检测前、后、左、右4个方向的倾角，可以预设不同的倾角阈值，保证在滑坡的蠕动变形阶段、急剧变形阶段和滑动阶段都能及时发出预警。倾角没有达到阈值时滑坡传感器电路回路是断开的，不消耗电能。
无线发射模块：当倾角达到预设阈值时，机械式双轴倾角检测模块接通电路回路，触发电池对无线发射模块供电，从而向主控单元发出预警信号。
发射天线：滑坡传感器是埋入现场的，天线是露出在地面上的，用于辐射无线信号到空中。
电池：平时处于不供电状态，当机械式双轴倾角检测模块达到预设阈值时电路被接通，此时电池对无线发射模块供电。
无线接收模块：用于接收滑坡传感器发出的预警信号；
短信模块：将滑坡预警信息发送给当地责任人；
微处理器：主要完成：①当无线接收模块收到滑坡预警信号后，启动声光报警器发出报警；②控制短信模块向相关责任人发送短信息；③系统设置时将滑坡地点、责任人姓名及手机号码信息写入存储模块。
存储模块：采用非易失性存储器，用于存储滑坡地点、现场责任人姓名及手机号码。
声光报警器：发出报警声，同时闪烁报警灯。
接收天线：用于接收滑坡传感器发出的预警信号。
状态指示模块：包含多个LED指示灯，每个滑坡传感器对应一个LED灯，其它LED灯指示出供电，程序运行，短信收发状态。
根据本发明的系统，多个滑坡传感器作为现场设备埋入可能出现滑坡的现场，每个滑坡传感器都能触发所述的主控单元报警，滑坡传感器数量可根据现场情况灵活配置。主控单元接收多个滑坡传感器发来的无线信号、控制声光报警器报警、给现场责任人发送短信、接收并存储设置信息。
本发明的优点在于：
①解决供电难题：所述的机械式双轴倾角检测模块兼做电源开关，平时不耗电，只有滑坡迹象出现时倾角阈值达到才触发供电。采用长寿命碱性干电池供电，未出现滑坡时，滑坡传感器可保证五年不用换电池，解决了滑坡预警的供电难题，延长了滑坡传感器免维护时间。
②体积小，成本低，隐蔽性好：简化了滑坡传感器内部设计，采用干电池供电，无须发电装置，显著减小了滑坡传感器体积和成本，使所述的滑坡传感器可以大量使用。而且滑坡传感器露出地面的部分只有一根天线，很不显眼，不易遭受人为破坏。
③多点采样，监视范围大，多方向检测，实用性强：滑坡传感器体积小、成本低，可大量使用，因此可在同一滑坡地点多个位置埋入滑坡传感器，扩大了滑坡监视范围。机械式双轴倾角检测模块可检测前、后、左、右4个方向的倾角变化，实用性强。
④各阶段都能预警：每个滑坡传感器中的机械式双轴倾角检测模块可以预设不同的倾角检测阈值，保证在滑坡的蠕动变形阶段、急剧变形阶段和滑动阶段都能发出预警信号。
附图说明
图1为本发明系统结构框图。
图2本发明程序运行流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例：
本实施例中的滑坡预警系统由1个主控单元和与其配对的6个滑坡传感器构成。滑坡传感器与主控单元采用无线方式单向通信。滑坡传感器只能发射无线信号，主控单元只能接收无线信号，多个滑坡传感器之间不能互相通信。6个滑坡传感器埋在可能出现滑坡现场的不同位置，1个主控单元安装在滑坡点附近居民家中。6个滑坡传感器总共设置3种倾角阈值，每2个滑坡传感器设置相同的倾角阈值。设置的倾角阈值分别为3°，6°，9°，分别对应滑坡的蠕动变形、急剧变形和滑动三个阶段。
图1为本发明实施例的系统结构框图，是按照本发明实现的滑坡预警系统，该系统由1个主控单元101和6个滑坡传感器102构成。每个主控单元都包含无线接收模块1011、微处理器1012、短信模块1013、存储模块1014、状态指示模块1015、声光报警器1016和接收天线1017构成。每个滑坡传感器102由机械式双轴倾角检测模块1021，无线发射模块1023，发射天线1024和电池1022构成。
本实施例中，无线发射模块1023和无线接收模块1011分别采用学习码编码芯片EV1527和学习码译码芯片TDH6300，通过学习操作就可以实现1个主控单元与6个滑坡传感器的配对，载波信号频率为433MHz；微处理器1012选用STM32F103系列单片机；短信模块1013选用SIM900模块；存储模块1014采用非易失性EEPROM存储器24C16，容量为2K字节；状态指示模块1015由一组共9个LED灯构成，6个滑坡传感器分别对应6个LED灯，其它3个LED灯指示出供电，程序运行，短信收发状态；声光报警器1016采用12V供电的通用型声光报警器；机械式双轴倾角检测模块1021是专门定制的，本实施例中倾角阈值为3°，6°，9°，分别用于预警滑坡的蠕动变形阶段、急剧变形阶段和滑动阶段，滑坡传感器1和2预设倾角阈值3°，滑坡传感器3和4预设倾角阈值6°，滑坡传感器5和6预设倾角阈值9°；接收天线1017和发射天线1024都采用同轴电缆线；电池采用南孚牌1.5V长保质期碱性干电池。
本实施例系统的工作过程：1)滑坡发生时，机械式双轴倾角检测模块1021倾斜度达到预设的倾角阈值，触发滑坡传感器102通电，通电后无线发射模块1023发射无线信号。2)主控单元101的无线接收模块1011收到无线信号后进行解码，如果是配对滑坡传感器发来的无线信号，则根据解码结果就能判读出是哪个滑坡传感器发出的信号，并且点亮状态指示模块1015中的滑坡传感器对应LED指示灯。如果是1或2滑坡传感器发出报警信号，表示滑坡处于蠕动变形阶段；如果是3或4滑坡传感器发出报警信号表示滑坡处于急剧变形阶段；如果是5或6滑坡传感器发出报警信号表示滑坡处于滑动阶段。3)主控单元101开启声光报警器1016。4)微处理器1012读取存储模块1014中的设置信息生成报警短信后通过短信模块1013向滑坡地点责任人发送手机短信。生成的报警短信息内容为：xxx责任人xxx地点xx号滑坡传感器发出预警。
本实施例系统中的1个主控单元101与6个滑坡传感器102配对的过程就是译码芯片TDH6300的学习过程，学习步骤为：①控制主控单元101中的TDH6300进入学习状态。②控制滑坡传感器102中的EV1527发射编码，TDH6300正确接收EV1527发射的编码后学习结束，即完成了1个滑坡传感器就与主控单元配对。③将其余5个滑坡传感器重复步骤①，②就可实现了1个主控单元配对6个滑坡传感器。
图2是本发明实施例的程序运行流程图，微处理器1012使用STM32F103系列单片机，运行在uC/OS操作系统上，本实施例建立了声光报警任务，短信发送任务，短信接收任务，存储任务和开始任务，一共五个任务且优先级依次降低；还使用了两个中断，分别是外部中断和串行口中断。
外部中断服务程序完成两项功能：①识别是哪个滑坡报警器发出预警；②发送邮箱消息1给声光报警任务和短信发送任务。
串行口中断实现短信模块1013(SIM900)与微处理器1012(STM32F103单片机)的通信。
流程图开始于步骤S201。
在步骤S201，微处理器1012初始化硬件、短信模块、uC/OS、并创建开始任务。短信模块初始化时会清除模块中存储的全部短信。
在步骤S202，uC/OS执行开始任务。
在步骤S203，uC/OS创建声光报警任务，短信发送任务，短信接收任务和存储任务，随后挂起开始任务。
步骤S204运行声光报警任务，步骤S205运行短信发送任务，步骤S206运行短信接收任务，步骤S207运行存储任务。在uC/OS的调度下，声光报警任务，短信发送任务，短信接收任务和存储任务实现了多任务并发运行。
在步骤S204，运行声光报警任务。
在步骤S2041，检查是否收到邮箱消息1，如果收到则转入步骤S2042运行；否则进入等待状态，交出CPU使用权让其它任务运行。
在步骤S2042，点亮状态指示模块1015中相关滑坡传感器对应的LED指示灯。
在步骤S2043，开启声光报警器进行声音和警示灯闪烁报警，然后释放CPU使用权让其它任务运行。
在步骤S205，运行短信发送任务。
在步骤S2051，检查是否收到邮箱消息1，如果收到则转入步骤S2052运行；否则进入等待状态，交出CPU使用权让其它任务运行。
在步骤S2052，读取存储模块1014(24C16)存储的设置信息，这些设置信息包括：滑坡地点，责任人姓名及其手机号码。
在步骤S2053，生成报警短信，格式为：xxx责任人xxx地点xx号滑坡报警器发出预警。
在步骤S2054，微处理器1012由串行口发送报警短信给短信模块1013，然后释放CPU使用权让其它任务运行。短信模块1013则会自动将短信发到责任人手机上。
在步骤S206，运行短信接收任务。
在步骤S2061，微处理器1012检查接收缓冲区FIFO是否为空，如果不为空则表示收到了短信息，否则进入等待状态，交出CPU使用权让其它任务运行。
在步骤S2062，对接收到的短信息进行解析。
在步骤S2063判断出是有效设置信息还是垃圾短信，如果是设置短信则进入步骤S2064，否则丢弃该条短信息进入等待状态，交出CPU使用权让其它任务运行。
在步骤S2064，获取设置短信中的设置信息，发送邮箱消息2给存储任务，然后释放CPU使用权让其它任务运行。
在步骤S207，运行存储任务。
在步骤S2071，检查是否收到邮箱消息2，如果收到则转入步骤S2072运行；否则进入等待状态，交出CPU使用权让其它任务运行。
在步骤S2072，将需要存储的信息(滑坡地点，责任人姓名及手机号码)存入存储模块1014(24C16)中，然后释放CPU使用权让其它任务运行。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域内熟练的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改应视为属于本发明保护范围。