一种基于LoRa的泥石流监测传感装置论文和设计-刘艳

全文摘要

本实用新型公开了的一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，装置与一数据监测中心通信连接，包括壳体以及装设在壳体内部的LoRa通信模块、超低功耗单片机、陀螺仪和电池以及与超低功耗单片机连接且装设在壳体外部用于监测地表土壤湿度数据的土壤湿度传感器；LoRa通信模块、陀螺仪和电池均连接超低功耗单片机；本实用新型通过电池为整个装置供电，通过陀螺仪监测地表土壤表层的运动角度数据和运动速度数据，并将运动角度数据和运动速度数据传输至超低功耗单片机，通过超低功耗单片机用于发送数据采集指令给陀螺仪和土壤湿度传感器，并对地表土壤湿度数据和运动角度数据和运动速度数据处理并传输至LoRa通信模块；最后由LoRa通信模块将监测数据传递至数据监测中心。

主设计要求

1.一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，装置与一数据监测中心通信连接，其特征在于，所述装置包括壳体以及装设在壳体内部的LoRa通信模块、超低功耗单片机、陀螺仪和电池以及与所述超低功耗单片机连接且装设在所述壳体外部用于监测地表土壤湿度数据的土壤湿度传感器，并由所述土壤湿度传感器将所述地表土壤湿度数据传输至所述超低功耗单片机；所述LoRa通信模块、陀螺仪和电池均连接所述超低功耗单片机，其中，电池用于为整个装置供电，所述陀螺仪用于监测地表土壤表层的运动角度数据和运动速度数据，并将所述运动角度数据和运动速度数据传输至所述超低功耗单片机，所述超低功耗单片机用于发送数据采集指令给所述陀螺仪和土壤湿度传感器，并对所述地表土壤湿度数据和运动角度数据和运动速度数据处理并传输至所述LoRa通信模块；所述LoRa通信模块用于装置与数据监测中心之间的数据交互。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，其特征在于，所述超低功耗单片机内集成有IIC通信接口和ADC模块，所述IIC通信接口连接所述陀螺仪，用于读取所述运动角度和运动速度数据；所述ADC模块连接所述土壤湿度传感器，用于读取所述地表土壤湿度数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，其特征在于，所述LoRa通信模块的通讯范围为0~3Km。

4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，其特征在于，所述超低功耗单片机发送数据采集指令的周期为30min。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，其特征在于，所述土壤湿度传感器插入土壤5cm-10cm设置。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于地质灾害监测技术领域，尤其涉及一种基于LoRa的泥石流监测传感装置。

背景技术

泥石流大多发生在山区、沟谷深壑、地形险峻的地区。其形成的原因主要是暴雨、暴雪等自然灾害引发的山体滑坡，山体滑坡的同时还裹挟着大量泥沙、石块从而形成泥石流。泥石流具有的特点有流速快、流量大、破坏力强、破坏范围大等特点。泥石流经常会冲毁公路、铁路等交通设施，还会冲击乡村，造成巨大损失。

传统的传感器监测泥石的方法是在山区建立监测点，但是由于采用蜂窝网络（2g\/3g\/4g网络）通信，因此监测点需要另外铺设线路供电，才达到足够远的通信距离，而在山区里面另外给监测点铺设电线不仅施工比较困难，而且施工成本较高。因此，需要提供一种改进的泥石流监测传感器；而且，在泥石流多发的偏僻山区，通信信号的覆盖比较困难，无法实现对泥石流监测数据的及时传送，导致无法及时采取有效的应对措施的情况发生。

实用新型内容

针对上述现有技术中泥石流监测传感器的建设成本高、通讯信号覆盖难的问题，本实用新型于提出一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，该装置的具体技术方案如下：

一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，装置与一数据监测中心通信连接，所述装置包括壳体以及装设在壳体内部的LoRa通信模块、超低功耗单片机、陀螺仪和电池以及与所述超低功耗单片机连接且装设在所述壳体外部用于监测地表土壤湿度数据的土壤湿度传感器，并由所述土壤湿度传感器将所述地表土壤湿度数据传输至所述超低功耗单片机；所述LoRa通信模块、陀螺仪和电池均连接所述超低功耗单片机，其中，电池用于为整个装置供电，所述陀螺仪用于监测地表土壤表层的运动角度数据和运动速度数据，并将所述运动角度数据和运动速度数据传输至所述超低功耗单片机，所述超低功耗单片机用于发送数据采集指令给所述陀螺仪和土壤湿度传感器，并对所述地表土壤湿度数据和运动角度数据和运动速度数据处理并传输至所述LoRa通信模块；所述LoRa通信模块用于装置与数据监测中心之间的数据交互。

进一步的，所述超低功耗单片机内集成有IIC通信接口和ADC模块，所述IIC通信接口连接所述陀螺仪，用于读取所述运动角度和运动速度数据；所述ADC模块连接所述土壤湿度传感器，用于读取所述地表土壤湿度数据。

进一步的，所述LoRa通信模块的通讯范围为0~3Km。

进一步的，所述超低功耗单片机发送数据采集指令的周期为30min。

进一步的，所述土壤湿度传感器插入土壤5cm-10cm设置。

本实用新型的基于LoRa的泥石流监测传感装置，通过陀螺仪采集地表土壤地表层的运动角度数据和运动速度数据，并由土壤湿度传感器监测得到的地表土壤湿度数据；通过超低功耗单片机由IIC通信模块对运动角度数据、运动速度数据读取并分析处理，同时由ADC模块读取地表土壤湿度数据的读取和处理，结合运动角度数据、运动速度数据和地表土壤湿度数据对泥石流的发生进行判断，同时将采集得到的数据发送至数据监测中心保存；与现有技术相比，本实用新型具有良好的通讯覆盖范围，采用超低功耗单片机能够有效降低不必要的功耗，起到节能的效果；且本实用新型的整体结构简单，流动性强，相较于传统的传感器可以有效降低建设成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述基于LoRa的泥石流监测传感装置的结构组成框图示意；

图2为本实用新型实施例所述基于LoRa的泥石流监测传感装置的工作流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参阅图1和图2，在本实用新型实施例中，提供了一种基于LoRa的泥石流监测传感装置，装置与一数据监测中心通信连接，具体的，基于LoRa的泥石流监测传感装置包括壳体以及装设在壳体内部的LoRa通信模块、超低功耗单片机、陀螺仪和电池以及与超低功耗单片机连接且装设在壳体外部用于监测地表土壤湿度数据的土壤湿度传感器，并由土壤湿度传感器将所述土壤湿度数据传递至超低功耗单片机中；实际操作中，壳体用于保护设置在其内的LoRa通信模块、超低功耗单片机、陀螺仪和电池；由于本实用新型主要用于环境比较恶劣的情况下，所以通过壳体的保护可以保证所有器件的正常运作，以实现整个装置的监测功能；LoRa通信模块、陀螺仪和电池均连接超低功耗单片机，其中，电池用于为基于LoRa的泥石流监测传感装置供电，LoRa通信模块用于装置与数据监测中心之间的数据交互；陀螺仪用于监测地表土壤表层的运动角度数据和运动速度数据，并将运动角度数据和运动速度数据传输至超低功耗单片机，此时，结合由土壤湿度传感器监测得到的地表土壤湿度数据，超低功耗单片机会对地表土壤湿度数据、运动角度数据和运动速度数据进行分析处理，而根据对这些数据的分析结果，可判断监测区域是否存在或者泥石流发生的可能性大小；同时，超低功耗单片机会将数据通过LoRa通信模块传送至数据监测中心保存，这样，有利于未来时间内对泥石流的预测，对数据分析后若得到存在较大可能性发生泥石流，可事先做好应对措施，以减少泥石流发生带来的损失。

在本实用新型实施例中，超低功耗单片机内集成有IIC通信接口和ADC模块，IIC通信接口连接陀螺仪，用于读取运动角度和运动速度数据；ADC模块连接土壤湿度传感器，用于读取地表土壤湿度数据。

在本实用新型具体实施例中，不仅可以通过超低功耗单片机对土壤湿度传感器和陀螺仪采集得到的数据进行处理，同时也可以周期发出采集指令至陀螺仪和土壤湿度传感器，控制陀螺仪监测由于地表土壤的位移带动陀螺仪的位移而造成的角度和速度变化，通过陀螺仪速度和角度的变化辅佐以地表土壤的湿度情况，实现对监测区域中泥石流监测；优选的，本实用新型超低功耗单片机给陀螺仪和土壤湿度传感器的数据采集指令周期为30min，即每30min陀螺仪和土壤湿度传感器就进行一次测量；当然，在实际操作过程中，可根据实际情况对数据采集指令周期进行调整，本实用新型对此并不进行限制和固定；例如，若已经得知泥石流会发生，为了得到具体何时发生的时间，则可将30min的数据采集指令周期改为10min，或者更短，以实现实时的监测效果。

为了增强整个监测传感装置的通讯范围，本实用新型采用LoRa通信模块实现装置与数据监测中心的数据通讯，具体的，LoRa通信模块的通讯范围为通讯范围为0~3Km，解决了传统的监测传感器信号覆盖范围小的问题。

优选的，本实用新型实的具体监测过程中，将土壤湿度传感器插入土壤10cm来监测地表土壤湿度数据；当然，也可以根据实际情况设置不同的深度的地表土壤湿度数据测量，具体本发明的较佳测量深度设置在5cm~10cm之间；同样，本实用新型实施例优选采用MPU6050型陀螺仪，当然，此仅为本实用新型的较佳实施例，仅用于说明本实用新型的原理，并不是对本实用新型的限制和固定。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，但并不限制本实用新型的专利范围，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。

设计图

一种基于LoRa的泥石流监测传感装置论文和设计

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