一种基于多灾种传感的自然灾害综合预警系统的制作方法

1.本实用新型属于电子技术领域，涉及一种基于多灾种传感的自然灾害综合预警系统。


背景技术：

2.随着技术的进步，对自然灾害的预警的实现方式越来越多样化。现有的自然灾害预警装置和系统，一般功能比较单一，如监控震动波，或监控雨水和风力，不能形成有效的综合性的监控，从而无法满足预警的高标准和高要求。。
3.因此，有必要设计一种基于多灾种传感的自然灾害综合预警系统。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于多灾种传感的自然灾害综合预警系统，该基于多灾种传感的自然灾害综合预警系统易于实施，功能丰富。
5.实用新型的技术解决方案如下：
6.一种基于多灾种传感的自然灾害综合预警系统，包括多个现场监控装置、云服务器和智能监控终端；多个现场监控装置均与云服务器通信连接；
7.现场监控终端包括mcu、传感器组、自供电模块、触摸显示屏和无线通信模块；
8.传感器组中包括加速度传感器阵列、雨量传感器、温湿度传感器和光电式移位传感器；
9.传感器组、自供电模块、触摸显示屏和无线通信模块均与mcu相连；
10.现场监控装置通过无线通信模块与云服务器通信；智能监控终端与云服务器通信连接；
11.光电式移位传感器包括套筒、内管和锥头；内管的下端与锥头固定连接，内管的两端密封，内管的一端设有光电式的发射管，内管的另一端设有光电式的接收管；套筒与内管分体式设置，使用时，套筒套装在内管上。内管与锥头可以一体式成型，或者通过螺纹连接。锥头的作用是便于插入土壤中，更省力。
12.传感器组还包括风速计。
13.mcu还连接有用于现场监控的摄像头；摄像头为红外摄像头。
14.套筒的上端具有凸台，便于套筒受力。
15.内管与锥头之间具有用于为套筒下端限位的限位台阶。这样套筒不会进一步向下，可以施加力量到锥头。
16.光电式移位传感器为多个，呈阵列式布置。
17.使用说明，光电式移位传感器是需要扎入土壤中的，使用前，套管套装在内管上，内管与锥头固连，通过锤头将套管与内内管整体钉入土壤中，再取出套管，套管可以循环使用，锥头采用可降解材料制造，避免环境污染。当土壤没有发生位移时，接收管可以接收到光信号，否则，土壤发生位移，则内管发生弯曲，由于内管较长，如20
‑
40cm，容易变形，则接
收管无法接收到光电信号，这样就输出异常信号到mcu中。光电式移位传感器为多个，呈阵列式布置，可以检测多个位置的土壤移动状态。
18.自供电模块包括风力发电机、光伏组件、dc/dc模块和锂电池；风力发电机通过第一dc/dc模块为锂电池充电；光伏组件通过第二dc/dc模块为锂电池充电；
19.锂电池为mcu供电。通过必要的转换电路为mcu供电或直接为mcu供电，为现有技术。mcu(微处理单元)为现有成熟器件，如单片机或dsp，因此，本方案不涉及方法和程序。
20.有益效果：
21.本实用新型的基于多灾种传感的自然灾害综合预警系统，能实现多种数据的采集，如温湿度，风力，雨量，加速度，位移开关量等等，还设置有监控用的摄像头，最终基于无线通信模块(如3g或4g或5g)与云服务器通信，而且可以通过智能手机访问，因此功能完善，智能化强。
22.具体的，加速度传感器阵列，通过现场总线或其他总线与mcu通信，用于检测土壤的运动变化状态，特别针对泥石流或滑坡进行检测。加速度传感器阵列为现有成熟技术。
23.光电式移位传感器基于接收管输出的开关量信号用于检测泥土是否发生位移，这种独创的传感器检测精度高，感应灵敏度高。光电式移位传感器是本实用新型的核心传感器，本实用新型对光电式移位传感器的结构进行整体的设计。
24.触摸显示屏用于显示数据，以及设置参数；
25.云服务器用于存储采集的数据并形成记录。
26.智能监控终端即智能手机，用于访问云服务器上的数据库，也用于查看监控，或接收报警信号。
27.温湿度传感器用于检测现场的温湿度数据；摄像头起到监控作用，风速计用于测量风速。
28.自供电模块用于通过采集太阳能和风能，为锂电池充电，也为整个系统供电，因此，本设备无需外部准备电源，易于布置在野外区域，灵活性好。
29.总而言之，这种自然灾害综合预警系统功能丰富，采集的数据量丰富，易于推广实施，布置灵活方便。
附图说明
30.图1为自然灾害综合预警系统的总体框图；
31.图2是光电式移位传感器的结构示意图；
32.图3是光电式移位传感器的结构示意图(不带套筒时的状态图)；
33.图4是dc/dc模块采用升降压斩波电路原理图；
34.图5是充/放电双向切换模块原理图。
具体实施方式
35.以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：
36.实施例1：如图1所示，一种基于多灾种传感的自然灾害综合预警系统，包括多个现场监控装置、云服务器和智能监控终端；多个现场监控装置均与云服务器通信连接；
37.现场监控终端包括mcu、传感器组、自供电模块、触摸显示屏和无线通信模块；
38.传感器组中包括加速度传感器阵列、雨量传感器、温湿度传感器和光电式移位传感器；
39.传感器组、自供电模块、触摸显示屏和无线通信模块均与mcu相连；
40.现场监控装置通过无线通信模块与云服务器通信；智能监控终端与云服务器通信连接；
41.光电式移位传感器包括套筒1、内管5和锥头3；内管的下端与锥头固定连接，内管的两端密封，内管的一端设有光电式的发射管6，内管的另一端设有光电式的接收管4；套筒与内管分体式设置，使用时，套筒套装在内管上。内管与锥头可以一体式成型，或者通过螺纹连接。锥头的作用是便于插入土壤中，更省力。
42.传感器组还包括风速计。
43.mcu还连接有用于现场监控的摄像头；摄像头为红外摄像头。
44.套筒的上端具有凸台2，便于套筒受力。
45.内管与锥头之间具有用于为套筒下端限位的限位台阶7。这样套筒不会进一步向下，可以施加力量到锥头。
46.光电式移位传感器为多个，呈阵列式布置。
47.使用说明，光电式移位传感器是需要扎入土壤中的，使用前，套管套装在内管上，内管与锥头固连，通过锤头将套管与内内管整体钉入土壤中，再取出套管，套管可以循环使用，锥头采用可降解材料制造，避免环境污染。当土壤没有发生位移时，接收管可以接收到光信号，否则，土壤发生位移，则内管发生弯曲，由于内管较长，如20
‑
40cm，容易变形，则接收管无法接收到光电信号，这样就输出异常信号到mcu中。光电式移位传感器为多个，呈阵列式布置，可以检测多个位置的土壤移动状态。
48.自供电模块包括风力发电机、光伏组件、dc/dc模块和锂电池；风力发电机通过第一dc/dc模块为锂电池充电；光伏组件通过第二dc/dc模块为锂电池充电；
49.锂电池为mcu供电。通过必要的转换电路为mcu供电或直接为mcu供电，为现有技术。
50.dc/dc变换单元由dc/dc1、dc/dc2模块组成，输入电压为u
di
，输出电压为u
doi
，i为1或2，dc/dci模块采用升降压斩波电路，如图4所示。当风速比较低时，所发出的电压经不可控整流电路输出电压低于24v，采用升压控制模式，当风速增加，所发出的电压经过不可控整流电路输出电压高于24v，采用降压控制模式。图4电路的基本工作原理：当开关器件q
i
导通时，输入电源u
di
经q
i
向电感l
i
供电使其存储能量，同时，电容c
i
维持输出电压u
doi
恒定并向后级电路供电；当开关器件q
i
关断时，电感l
i
中存储的能量向后级电路释放，同时给电容c
i
充电，维持输出电压u
doi
恒定。各个dc/dc模块的全控型开关器件q
i
可以使用图4所示的igbt，也可以使用power mosfet，控制器对升降压斩波电路进行脉冲宽度调制(pwm调制)，改变开关器件q
i
的导通占空α，完成电压转换，使得输入的随着风速改变的直流电压转换为稳定的直流电压输出，且输出电压恒定为24v。升降压斩波电路输入输出电压之间的关系为：
[0051][0052]
控制器实现对dc/dc变换单元、充/放电双向切换模块、dc/dco变换单元以及控制
器启动电源单元内的可控硅scr的控制，并检测锂电池的充/放电电流和端电压，检测24v
dc
直流母线上的电流。
[0053]
控制器对dc/dc变换单元进行控制，即控制n个dc/dc模块的全控型开关器件，同时检测n个dc/dc模块的输出电压，用于作为各个dc/dc模块恒压控制的电压反馈，确保各个dc/dc模块输出电压恒定为24v，同时确保24v
dc
直流母线的电压为24v。
[0054]
充/放电双向切换模块实现锂电池的充/放电双向切换功能，当系统发电功率大于列车用电负载总功率时，对锂电池进行充电，当系统发电功率低于列车用电负载总功率时，锂电池放电。
[0055]
充/放电双向切换模块的具体原理图如图5所示，开关器件v3和v4均受控于mcu(控制器)：
[0056]
(1)开关器件v4截止，控制开关器件v3，电路运行在降压斩波状态，24v直流电压给锂电池充电；
[0057]
(2)开关器件v3截止，控制开关器件v4，电路运行在升压斩波状态，锂电池放电。
[0058]
图5中的开关器件v3和v4为igbt，也可以使用power mosfet。
[0059]
控制器检测24v
dc
直流母线上的电流，计算整个自供电电源的发电功率，用于确定对锂电池充/放电控制，控制器相应的做出对充/放电双向切换模块的控制。
[0060]
控制器检测锂电池的充/放电电流和端电压，用于实现对锂电池的恒压/恒流充/放电控制以及停止充/放电运行控制，估算锂电池储存的电能。
[0061]
锂电池(或者蓄电池)把多余的电能存储，以备短时间停车时为列车提供电源，在列车启动时为控制器提供启动电源。