基于ARM Cortex-M7的可视化泥石流次声监测预警系统设计

论文摘要

泥石流通常是多发于山岭谷涧等地势险恶的山地区域,由于强降雨雪等一些恶劣自然行为所引起的混合有许多土石砂砾的特别的山体洪水流。泥石流来势猛然汹涌,毁灭力极大,且一经发生经常会冲垮人类居住区的许多建筑设施,对人类社会有极大的威胁。我国同样属于泥石流频发国家,并且发生原因多以持续性的强降水为主。其中我国西南区的地质构造丰富,地势多山岭沟壑,常有剧烈地壳运动,并且雨季时降水量丰富,故泥石流灾害更容易爆发并直接危害到当地人民的生命财产安全。所以,关于泥石流灾害的监测预警就成为了一项重要研究。目前,国际上许多国家组织都致力于这一技术的研究,并且取得了一定的效果,同时我国对于这一技术研究也是极为重视。对比国内外的泥石流监测预警仪器,存在一些普遍的问题,诸如设计成本偏高、后期维护复杂、准确报警率偏低等,故本设计提出一种造价便宜且信号处理高效的算法为核心的泥石流监测预警机制来实现对泥石流灾前预警。本文具体介绍了该系统的总体设计方案,该系统以泥石流次声波信号的特点为基础并结合嵌入式技术中软硬件系统以及相应的算法来进行设计。该系统的硬件部分是选择一款特殊的次声波信号传感器实现对次声信号的模拟电压信号的采集,进行模数转换得到对应的数字离散信号。该信号经过HHT希尔伯特黄变换后所得到的边际谱可以用于分析该信号频谱特性并以此来判断是否存在有泥石流次声波信号。其中该边际谱可以在嵌入式软件系统的LCD显示屏上显示其波形,同时该软件系统还具有数据文件存储、时间设置、短信报警、数据传输等功能。本系统选择STM32F767IGT6芯片作为主控芯片并移植实时操作系统UCOS-III来完成数据捕捉、处理、储存等多任务操作,同时辅以搭配7寸LCD显示屏实现该系统的可视化可触控操作。最后通过整体功能测试检验,该设计大致完成了设计要求并实现了相应的功能。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景及研究目的与意义
•   1.2 国内外研究现状及问题
•   1.3 主要研究内容
•     1.3.1 系统硬件设计
•     1.3.2 系统软件设计
•     1.3.3 系统算法设计
•   1.4 论文内容安排
• 第二章 系统方案设计及解决措施
•   2.1 系统方案设计
•     2.1.1 主控模块
•     2.1.2 信号采集模块
•     2.1.3 数据存储模块
•     2.1.4 网络传输模块
•     2.1.5 界面显示模块
•   2.2 解决方案措施
•     2.2.1 信号采集电路
•     2.2.2 电源转换电路
•     2.2.3 系统移植
•     2.2.4 算法移植
•     2.2.5 可视化设计
• 第三章 系统硬件设计
•   3.1 系统硬件总体设计
•   3.2 系统硬件各模块设计
•     3.2.1 主控模块设计
•     3.2.2 信号采集模块设计
•     3.2.3 数据存储模块设计
•     3.2.4 网络传输模块设计
•     3.2.5 界面显示模块设计
•     3.2.6 电源转换模块设计
•     3.2.7 其他外设功能模块设计
• 第四章 系统软件设计
•   4.1 系统软件总体设计
•   4.2 系统软件各层结构设计
•     4.2.1 硬件抽象层与模块驱动
•     4.2.2 嵌入式操作系统
•     4.2.3 应用层程序设计
• 第五章 系统算法设计
•   5.1 算法概述
•   5.2 算法过程分析
•     5.2.1 经验模态分解
•     5.2.2 希尔伯特变换
• 第六章 系统实验与测试
•   6.1 系统测试
•     6.1.1 信号采集模块仿真
•     6.1.2 信号采集模块测试
•     6.1.3 屏幕功能显示测试
•   6.2 性能参数
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘文科

导师: 李梅,江修

关键词: 泥石流,次声,希尔伯特黄变换,可视化,多任务操作

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,自动化技术

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P642.23;TP277

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000928

总页数: 73

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