一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在整個(gè)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，節(jié)能是一個(gè)重要因素，它決定著傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。當(dāng)節(jié)點(diǎn)目前沒有傳感任務(wù)并且不需要為其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，關(guān)閉節(jié)點(diǎn)的無線通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等以節(jié)省能耗，即讓其置于睡眠狀態(tài)。為控制子節(jié)點(diǎn)選擇合適的地點(diǎn)，提供較充足的能源，以便延長節(jié)點(diǎn)使用壽命，提高監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)有效性。在軟件設(shè)計(jì)上，通過動(dòng)態(tài)電源管理(Dy-namic Power Management，DPM)技術(shù)使系統(tǒng)各個(gè)部分都運(yùn)行在節(jié)能模式。在關(guān)閉空閑模塊狀態(tài)下，傳感器節(jié)點(diǎn)或其他部分將被關(guān)閉或者處于低功耗狀態(tài)，直到有“感興趣”的事件發(fā)生。

2 應(yīng)用實(shí)例
2．1 應(yīng)用背景
清泉路滑坡為袁家蹬潛在滑坡的組成部分(見圖3)，位于袁家蹬潛在滑坡的前部，滑坡段北部位于長江左岸大溪溝右岸、東北部位于長江左岸河漫灘。清泉路滑坡外形似梨形，坐落在長江第一、二級(jí)階地上；袁家蹬潛在滑坡體(包括清泉路滑坡)形似腎形，坐落在長江第一至第三級(jí)階地上，西側(cè)與長堰塘滑坡相鄰。由于滑坡為大型松散堆積層滑坡，三峽水庫正常蓄水運(yùn)行后，滑坡前緣大部分將被水淹沒，清泉路滑坡80％位于庫區(qū)水位變動(dòng)帶，局部及整體失穩(wěn)的可能性大。從滑坡變形機(jī)制可以推斷清泉路滑坡為兩滑動(dòng)的松散土體滑坡，具有兩級(jí)滑動(dòng)面(見圖4)。滑坡預(yù)警的確定是監(jiān)測(cè)滑坡的重要內(nèi)容，也為治理滑坡提供了數(shù)據(jù)分析。

由于監(jiān)測(cè)信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理均與節(jié)點(diǎn)密不可分，所以著重介紹節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)。
2．2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．2．1 無線收發(fā)單元
采用SRWF-501-50型微功率無線數(shù)傳模塊，該無線通信模塊具有很強(qiáng)的抗干擾能力，全透明傳輸，體積小，傳輸距離遠(yuǎn)，低功耗及休眠功能。
2．2．2 MCU控制單元(AT89C52)
數(shù)據(jù)處理模塊是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心部分，一方面接收來自傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，按要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算等，交給通信模塊發(fā)送；另一方面讀取通信模塊送入的數(shù)據(jù)信息，對(duì)硬件平臺(tái)其他模塊的操作進(jìn)行控制。
2．2．3 數(shù)據(jù)采集模塊
傳感器采用傾角傳感器和液位傳感器，每個(gè)孔洞都會(huì)在最下端部署一個(gè)液位傳感器，在不同深度部署數(shù)個(gè)傾角傳感器，通過傾角傳感器可以監(jiān)測(cè)山體的運(yùn)動(dòng)狀況，液位傳感器采集地下水位深度的數(shù)據(jù)，圖5給出無線傳感器節(jié)點(diǎn)電路構(gòu)成框圖。

2．2．4 后臺(tái)監(jiān)控單元(嵌入式系統(tǒng))
處理器模塊的CPU采用三星公司的基于ARM7的S3C4480微控制器，在ARM中移植了μCOS-Ⅱ?qū)崟r(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，以進(jìn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)管理。對(duì)于共享同一種資源會(huì)存在資源競爭的問題，系統(tǒng)中采用了事件標(biāo)志和信號(hào)量的方法來實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制，使得原子操作不需要關(guān)掉所有的中斷，從而不會(huì)造成系統(tǒng)的響應(yīng)延遲。