基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統的制作方法

專利名稱：基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦壩安全監測技術領域，具體說是一種基于北斗的尾礦壩安全監 測預警系統。
背景技術：
傳統的礦壩形變監測方法主要有兩大類大地測量的方法與物理學傳感器方法。 大地測量的方法包括傳統的高精度水準測量、角度、距離測量，地面和航空攝影測量。物理 學傳感器方法，如采用測斜儀、應力計、垂線儀等專用的技術設備測量。常規的大地測量方 法具有精度高、資料可靠、適用于不同的變形體和不同的工作環境等優點，但工作量大、效 率低、受外界環境影響以及要求監測點間通視等缺點；一般是只能監測一維或二維的變形， 而且很難實現自動化觀測。物理學傳感器方法的優點是能獲得變形體內部的一些信息及高 精度局部的相對變形信息，易于實現長期連續的自動化觀測；缺點是只能觀測有限的局部 變形。空間技術的發展，特別是具有提供高精度三維信息能力的GPS技術的出現，為各 種工程變形監測提供了有效手段。近十幾年來，我們的科技工作者一直致力于GPS監測技 術用于礦壩形變監測的研究，研制出基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統。通過反復的實 驗和試探性的應用，結果表明GPS技術應用于監測工程其精度在等同傳統監測技術情況下 其方法優于傳統監測手段。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種精度高、站間無須通視、布點靈活、費 用低、全天候、能夠提供三維坐標，易于實現自動化的基于北斗的尾礦壩安全監測預警系 統。本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案如下一種基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統，包括機箱，其特征在于機箱內裝有核 心處理電路板、變壓器；機箱面板設有220V交流電源外接電路、兩個外部天線接口、復位按 鈕、信號指示燈及電源指示燈；220V交流電源外接電路與變壓器輸入端連接，變壓器輸出 端與核心處理電路板連接。核心處理電路包括CPU、存儲器系統、兩個串口電路、控制局域網接口電路(以下稱 CAN接口電路)、SD卡接口電路、通用串行接口電路(以下稱USB接口電路)、北斗模塊、GPS模 塊及電源模塊。第一外部天線接口通過北斗天線與北斗模塊連接，北斗天線與北斗衛星定位通信 系統信號連接；第二外部天線接口通過GPS天線與GPS模塊連接，GPS天線與GPS全球定位 系統連接。本實用新型的技術創新與有益效果1、實現了整周多維度模糊度解算的三差法，提高了整周模糊度確定的速度和效率。2、針對空間電離層變化的復雜性及快衰落對載波相位測量結果的影響，提出了新 型的電離層修正模型，并開發了具實用性的基于離散分數階傅里葉模型的誤差概率統計算 法，用于載波相位數據的處理。3、基于北斗系統的小數據量通信能力，開發了新型的長報文數據通信系統，用于 時效性不高的中等數據量通信，實現了觀測數據收發的功能解決了礦壩無法建設網絡的特 殊地區的數據通信問題。目前可以做到每觀測時段(2h)數據不間斷回傳。本實用新型站間無須通視；布點靈活；費用低；全天候；能夠提供三維坐標；易于 實現自動化。可達到的精度為水平精度2mm 士 0.5ppm;高程精度5mm 士 lppm。不僅適用 于煤礦等各種礦藏尾礦，還適用于高速公路、水庫、水壩以及多發地質災害的地區的實時監 控；對可能發生的災害提前預警，減少降低災害造成的損失。

圖1是本實用新型的主體結構示意圖；圖2是核心處理板的結構示意圖。圖中1 一機箱，2—變壓器，3— 220V交流電源外接電路，4一核心處理板，401—數 據總線，402—地址總線，403— I/O,404—I2C總線，405— CPU，406—存儲器系統，407— CAN 接口電路，408—SD卡接口電路，409—USB接口電路，410—北斗模塊，411 一GPS模塊，412— 電源模塊，413—第一串口電路，414一第二串口電路，415 —網絡接口芯片，5—外部天線接 口，501—第一外部天線接口，502—第二外部天線接口，6—信號指示燈，7—復位按鈕，8— 電源指示燈，9一北斗天線，10—GPS天線，11 一備用電池。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1所示一種基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統，包括機箱1，其特征在于 機箱1內安裝設置有印刷電路的核心電路板4、變壓器2 ；機箱后面板設有220V交流電源外 接電路3、兩個外部天線接口 5，機箱前面板設有復位按鈕7，信號指示燈6及電源指示燈8 ； 220V交流電源外接電路3與變壓器2輸入端連接，變壓器2輸出端與核心處理電路板4連接。參見圖2 外部天線接口 5包括第一外部天線接口 501與第二外部天線接口 502 ； 第一外部天線接口 501通過北斗天線9與北斗模塊410連接，北斗天線9與北斗衛星定位 通信系統信號連接；第二外部天線接口 502通過GPS天線10與GPS模塊411連接，GPS天 線與GPS全球定位系統連接。核心處理電路板包括CPU405、存儲器系統406、第一串口電路413、第二串口電路 414、CAN接口電路407、SD卡接口電路408、USB接口電路409、北斗模塊410、GPS模塊411 及電源模塊412。220V交流電源外接電路3經變壓器2降壓為電源模塊412提供相應電壓，電源模 塊412與CPU405、存儲器系統406等連接，為CPU405、存儲器系統406等提供電源。CPU405 使用 AT91RM9200。AT91RM9200是基于ARM920T核的高性能、低功耗16/32位RISC (精簡指令集計算機)微處理器。其內部集成豐富的外設資源，適用于要求外設資源豐富、功耗低、工作嚴格穩 定的工業控制和野外儀器等方面。存儲器系統406包括兩片SDRAM存儲器(隨機動態存儲器)、Nor Flash存儲器(或 非門閃存)、Nand Flash存儲器(與非門存儲器)、EEPROM存儲器(電可擦除存儲器)。CPU405通過23位地址總線402與兩片SDRAM存儲器連接，擴展了兩片SDRAM存儲 器，SDRAM存儲器的型號是Μ48ΙΧ8Μ16總容量為16Mbyte*2，SDRAM用來存儲程序運行過 程中的數據。CPU405通過32位數據總線401與一片Nor Flash存儲器連接，擴展了一片Nor Flash存儲器，Nor Flash存儲器的型號是AD^LV320DB90，容量為4M字節，Nor Flash用來 固化程序。CPU405通過專用Nand Flash存儲器控制引腳和8位通用I/O 403與一片Nand Flash存儲器連接，擴展了一片Nand Flash存儲器，Nand Flash存儲器的型號是K9WBG08， 容量為4G字節，用來存儲程序運行過程中需要存儲的大量數據。CPU405通過I2C 404總線與一片EEPROM存儲器連接，擴展了一片EEPROM存儲器， EEPROM存儲器的容量為256Kbit，用來固化一些系統數據。CPU405與網絡接口 415連接；網絡接口 415與一片網絡接口芯片連接，網絡接 口芯片的型號是RTL8201BL，用來使本系統方便接入以太網。RTL8201BL是一個單端口的 物理層收發器，它只有一個MII/SNI (媒體獨立接口 /串行網絡接口)接口，實現了全部 的10/100M以太網物理層功能，包括物理層編碼子層(PCS)，物理層介質連接設備(PMA)， 雙絞線物理媒介相關子層(TP-PMD)，IOBase-Tx編解碼和雙絞線媒介訪問單元(TPMAU)。 RTL8201BL使用25M有源晶振。CPU405通過第一串口電路413連接GPS模塊411 ；CPU405通過第二串口電路414 連接北斗模塊410。為了與遠端工控系統連接，CPU405擴展了 CAN接口，連接了一片CAN協議芯片 MCP2515。為了從外部存儲器讀取相應配置信息，CPU405通過其SD卡接口 408擴展了 SD卡 讀寫控制電路，通過卡座引出。同理，CPU405通過其USB接口 409擴展了 U盤讀寫電路。電源模塊412是本實用新型的動力部分。變壓器2輸出端與電源模塊412輸入端 連接，為電源模塊412提供相應電壓，電源模塊412輸出端與備用電池11連接。220V交流電源外接電路3將220V交流電源經變壓器2變壓整流后得到12V直流 電輸入電源模塊412。12V電壓通過鋰電池管理芯片為兩組備用鋰電池11進行充電。
權利要求1.一種基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統，包括機箱，其特征在于所述機箱(1) 內安裝設置有印刷電路的核心電路板(4)、變壓器(2);機箱后面板設有220V交流電源外接 電路(3)、兩個外部天線接口(5)，機箱前面板設有復位按鈕(7)，信號指示燈(6)及電源指 示燈(8 )；所述220V交流電源外接電路(3 )與所述變壓器(2 )輸入端連接，所述變壓器(2 ) 輸出端與所述核心處理電路板(4)連接。
2.如權利要求1所述的一種基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統，其特征在于所述 核心處理電路板包括CPU (405)、存儲器系統(406)、第一串口電路(413)、第二串口電路 (414)、CAN 接 口電路(407)、SD 卡接 口電路(408)、USB 接 口電路(409)、北斗模塊(410)、GPS 模塊(411)及電源模塊(412)；所述存儲器系統(406)包括兩片SDRAM存儲器、Nor Flash存 儲器、Nand Flash存儲器、EEPROM存儲器；所述CPU (405)通過23位地址總線(402)與所 述兩片SDRAM存儲器連接；所述CPU (405)通過32位數據總線(401)與所述Nor Flash存 儲器連接；所述CPU (405)通過專用Nand Flash存儲器控制引腳和8位通用I/O (403)與 所述Nand Flash存儲器連接；所述CPU (405)通過I2C (404)總線與所述EEPROM存儲器連 接；所述CPU (405)與網絡接口(415)連接，所述網絡接口(415)與網絡接口芯片連接；所述 CPU (405)通過所述第一串口電路(413)連接所述GPS模塊(41 Djy^iCPU (405)通過所 述第二串口電路(414)連接所述北斗模塊(410)；變壓器(2)輸出端與所述電源模塊(412) 輸入端連接，所述電源模塊(412 )與所述CPU (405 )、所述存儲器系統(406 )連接。
3.如權利要求2所述的一種基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統，其特征在于所述 CPU (405 )擴展有CAN接口，連接了 一片CAN協議芯片；所述CPU (405 )通過SD卡接口( 408 ) 擴展了 SD卡讀寫控制電路；所述CPU (405)通過USB接口(409)擴展了 U盤讀寫電路，所 述電源模塊(412 )輸出端連接有備用電池(11)。
4.如權利要求2或3所述的一種基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統，其特征在于 所述CPU(405)型號是AT91RM9200，所述SDRAM存儲器的型號是MT48LC8M16，所述Nor Flash 存儲器的型號是AD29LV320DB90，所述Nand Flash存儲器的型號是K9WBG08，所述EEPROM 存儲器的容量為256Kbit，所述網絡接口芯片的型號是RTL8201BL。
5.如權利要求4所述的一種基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統，其特征在于所 述外部天線接口(5)包括第一外部天線接口(501)與第二外部天線接口(502);所述第一外 部天線接口(501)通過北斗天線(9)與所述北斗模塊(410)連接，所述北斗天線(9)與北斗 衛星定位通信系統信號連接；所述第二外部天線接口(502)通過GPS天線(10)與所述GPS 模塊(411)連接，所述GPS天線(10)與GPS全球定位系統連接。
專利摘要本實用新型涉及礦壩安全監測技術領域，具體說是一種基于北斗的尾礦壩安全監測預警系統。它包括機箱，機箱內裝有核心處理電路板、變壓器；機箱面板設有220V交流電源外接電路、兩個外部天線接口、復位按鈕、信號指示燈及電源指示燈；220V交流電源外接電路與變壓器輸入端連接，變壓器輸出端與核心處理電路板連接。本實用新型站間無須通視；布點靈活；費用低；全天候；能夠提供三維坐標；易于實現自動化。可達到水平精度2mm±0.5ppm，高程精度5mm±1ppm。它適用于煤礦等各種礦藏尾礦、高速公路、水庫、水壩以及多發地質災害的地區的實時監控；對可能發生的災害提前預警，減少降低災害造成的損失。
文檔編號G08B21/00GK201917993SQ201120006070
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者嚴天峰, 孟令為, 蔣瑋 申請人:蘭州百創環保科技有限公司