第1章緒論1.1研究目的及意義目前我國針對于地震數(shù)據(jù)解讀和模型監(jiān)測方面還存在許多不足之處,這也對地震監(jiān)測預(yù)報工作的準(zhǔn)確性和及時性帶來了較大的影響。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢下，當(dāng)前在地震研究工作開展過程中積累了大量的數(shù)據(jù)并開發(fā)出了相關(guān)的數(shù)據(jù)分析軟件，以便于為地震預(yù)測提供相應(yīng)的幫助。通過將大數(shù)據(jù)技術(shù)在地震工作中進行應(yīng)用針對地震數(shù)據(jù)進行深入挖掘,積極尋找到地震與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系,積極推進地震監(jiān)測預(yù)報方式的創(chuàng)新,全面提高地震監(jiān)測預(yù)報工作的質(zhì)量和水平。近年來地震災(zāi)害發(fā)生較為頻繁,其對人們的生命財產(chǎn)安全帶來了較大的威脅,針對于這種情況,需要地震監(jiān)測預(yù)報的有效性和及時性,以此來降低地震帶來的損失和傷害。在當(dāng)前地震監(jiān)測預(yù)報工作開展過程中通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù),構(gòu)建更為完善和全面的地震監(jiān)測信息數(shù)據(jù)庫,為地震分析和研究工作的開展提供有效的信息支持,進一步提高地震監(jiān)測預(yù)報的科學(xué)性,為地震監(jiān)測預(yù)報工作的開展打下堅實的基礎(chǔ)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近20年來，國內(nèi)外很多研究機構(gòu)在這個領(lǐng)域做了諸多努力。2018年張侃侃,曾佑聰,石瑞格等三人在《河道流量自動監(jiān)測集控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》一書中寫道我國目前僅有“首都圈”的二市一省(北京、天津及河北)在“九五”期間建立了初步的地震應(yīng)急指揮框架，其他地區(qū)特別是沿海地區(qū)、西部地區(qū)，地震應(yīng)急工作遠遠無法滿足需要REF_Ref1630\w\h[6]?！笆濉币?guī)劃中的“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”建設(shè)總投資近23億元，這項規(guī)劃實際從2003年正式實施，2008年4月11日通過驗收。根據(jù)這一計劃，我國將對包括北京、上海、成都在內(nèi)的25個城市及其周邊開展活躍斷層探測工作，以確定其潛在的危險及危害程度REF_Ref1660\w\h[3]。如果該工程的整套系統(tǒng)得以正式投入運行，我國的地震工作將得到全面提升。但是，寄希望這一項目解決所有問題似乎也不現(xiàn)實。將地震威脅減到最低，是一個無比復(fù)雜的系統(tǒng)工程，比如，即使建立了地震預(yù)警系統(tǒng)，信息如何通報、民眾能否及時獲得并有能力及時準(zhǔn)確作出反應(yīng)，這都不是一個機構(gòu)或組織所可以決定。2020年韓永艷,司亞康兩人在《一種河道生態(tài)環(huán)境監(jiān)測裝置》文章中提到已經(jīng)通過驗收的數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)將保證全國各省、區(qū)、市和市縣的地震信息網(wǎng)絡(luò)連通，24h地震信息共享;在烈度4度以上的地震發(fā)生后，我國地震局將有能力在10min內(nèi)向政府和社會報告震動強度和地震烈度分布REF_Ref1728\w\h[4]。但是，這顯然還不能進行有效的地震預(yù)警，因為地震預(yù)警指的是在有害地震波還未到達地表前，于很短的時間內(nèi)發(fā)出警報。目前，仍在實施中的美國國家地震監(jiān)測臺網(wǎng)系統(tǒng)ANSs(AdvancedNationalSeismicSystem)計劃中就包含了地震預(yù)警系統(tǒng)，日本的地震預(yù)警系統(tǒng)也非常好，但要在我國全面建立這一體系難度比較大，因為這不僅要求我們對地震的震中、震級、烈度的確定要及時、準(zhǔn)確,還要求我們的監(jiān)測、通訊等儀器能長期、穩(wěn)定地工作REF_Ref1787\w\h[5]。國外關(guān)于此的研究多如過江之鯽，探討的廣度和深度都比國內(nèi)更進一步。1868年，美國的庫珀(Cooper）在《Indusriverwaterlevelmonitoringusingsatelliteradaraltimetry》一書中最先提出建立地震早期預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)想。1985年，西頓(Heaton)在《Asystematicreviewofnon-pharmacologicaltherapiesforsleepproblemsinlaterlife》一文中提出了電腦現(xiàn)代化后的地震警報系統(tǒng)REF_Ref1813\w\h[19]。20世紀(jì)90年代，計算機技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字化強震觀測技術(shù)日趨成熟，日本、墨西哥等國紛紛開始建立地震預(yù)警系統(tǒng)。經(jīng)過多年的探索和研究，地震的中、長期預(yù)測已經(jīng)取得了一定的進展，但作用相對比較重大的短、臨預(yù)測進展不大REF_Ref1862\w\h[18]。1980年代以后，國際上對地震前兆的研究重點轉(zhuǎn)移到探索大地震前的暫態(tài)滑移前兆,但至今未見重大突破。地震預(yù)報仍然是概率性事件，目前的最大成功率不超過20%。1.3主要研究內(nèi)容本設(shè)計是一種基于STM32單片機技術(shù)的地震災(zāi)害多點監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計，其中的震動傳感器用來監(jiān)測多處區(qū)域的震動情況，渾濁度傳感器用來監(jiān)測井水狀況。系統(tǒng)采用STM32單片機對信號進行分析處理,判斷區(qū)域發(fā)生地震的可能性，利用上位機接收下位機的示警信號，從而及時的進行防范。進行系統(tǒng)的需求分析，可以根據(jù)用戶需要的功能進行判斷，對其功能是否合理進行判斷，對需要的技術(shù)進行滿足。為了使得系統(tǒng)具有完整性，所以需要在其系統(tǒng)的需求分析中。完善其運行，對其存在的問題進行完整分析。上位機：1.接收下位機監(jiān)測的數(shù)據(jù)，并周期性記錄；2.可查看歷史記錄情況；3.數(shù)據(jù)異常時，彈窗警告，對觀察人員做出示警。設(shè)備：1.設(shè)備具有多個震動傳感器（設(shè)定2個），監(jiān)測多處震動情況；2.設(shè)備具有多個渾濁度傳感器（設(shè)定2個），監(jiān)測多處井水狀況；3.設(shè)備具有多個超聲波測距傳感器和雨滴傳感器，監(jiān)測在未下雨的情況下，井水是否突然升高；4.若多個震動傳感器異常，或井水突然渾濁，或井水在未下雨時突然升高，上位機示警，彈窗警告；第2章總體方案設(shè)計2.1設(shè)計方案本設(shè)計是一種基于STM32單片機技術(shù)的地震災(zāi)害多點監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計，硬件部分采用單片機STM32F103c8t6、震動傳感器模塊、上位機模塊、下位機模塊、渾濁度傳感器模塊、報警模塊、雨滴傳感器、超聲波測距傳感器；軟件采用KEIL5軟件平臺和C編程語言完成下位機軟件設(shè)計以及QT平臺和利用C語言和MYSQL完成地震災(zāi)害多點監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計；其中的震動傳感器用來監(jiān)測多處區(qū)域的震動情況，渾濁度傳感器用來監(jiān)測井水狀況。系統(tǒng)采用STM32單片機對信號進行分析處理,判斷區(qū)域發(fā)生地震的可能性，利用上位機接收下位機的示警信號，從而及時的進行防范。圖2-1總體系統(tǒng)框圖2.2功能需求分析2.2.1單片機選擇主控制芯片選擇STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是由意法半導(dǎo)體集團基于STM32系列ARMCortex-M內(nèi)核開發(fā)的一款具有64KB的程序存儲器的32位微控制器。其工作時需要2V~3.6V的電壓和-40℃~85℃環(huán)境溫度。STM32系列單片機是一款高性能，功能強大的系列單片機。該系列單片機常被用于要求低成本、高性能和低功耗的嵌入式應(yīng)用程序，其在功耗和集成方面也展現(xiàn)出良好的性能。由于其便捷的工具和簡單的結(jié)構(gòu)并且結(jié)合了強大的功能性，在業(yè)界很受歡迎。本實驗采用的最小系統(tǒng)如下圖。圖2-2STM32fl03c8t6最小系統(tǒng)原理圖2.2.2震動模塊器件選型SW-420采用LM393比較器輸出，信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強，工作電壓3.3V~5V，輸出形式：輸出數(shù)字量開關(guān)0和1，尺寸3.2cmx1.4cm，產(chǎn)品用途：各種震動觸發(fā)作用，比如防盜報警等，產(chǎn)品不震動時開關(guān)閉合輸出低電平，震動時輸出高電平；采用的是一個LM393電壓比較器，LM393在（沒有負反饋的時候）當(dāng)正輸入端電壓大于負輸入端的時候，輸出高電平，即VCC，當(dāng)負輸入端的電壓大于正輸入端的電壓的時候輸出為低電平，即0V，所以LM393輸出為0或1的數(shù)字信號。因為傳感器是常閉的，所以在沒有震動時LM393反相輸入端電壓大于正輸入端，此時輸出為低電平，當(dāng)有震動時，傳感器斷開，正向輸入端電壓大于反相輸入端，此時輸出為高電平。整個傳感器結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉而且精準(zhǔn)度較高且可調(diào)。圖2-3SW-420震動傳感器2.2.3超聲波模塊器件選型HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。實用程度大眾化，測量精準(zhǔn)?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信呈。(2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3)有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2；圖2-4超聲波HC-SR042.2.4濁度監(jiān)測模塊器件選型TWS-30濁度傳感器模塊將傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過單片機進行AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理。改款模塊具有模擬量和數(shù)字量輸出接口。模擬量可通過單片機A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣處理，以獲知當(dāng)前水的污濁度。數(shù)字量可通過模塊上的電位器調(diào)節(jié)觸發(fā)閾值，當(dāng)濁度達到設(shè)置好的閾值后，D1?指示燈會被點亮，傳感器模塊輸出由高電平變成低電平，單片機通過監(jiān)測電平的變化，判斷水的濁度是否超標(biāo)，從而預(yù)警或者聯(lián)動其他設(shè)備。該模塊價格低廉、使用方便、測量精度高。圖2-5TWS-30濁度傳感器2.2.5雨滴監(jiān)測模塊器件選型雨滴傳感器YD-A1可用于探測是否下雨。傳感器采用高品質(zhì)的FR-O4雙面材料，面積超大(5.0×4.0cm)，其表面采用鍍鎳處理，具有對抗氧化、高導(dǎo)電性、長壽命等優(yōu)點。工作電壓:3.3~5V，尺寸:3.2cm×1.4cm·使用寬電壓LM393比較器。GND:電源負極接口，可外接電源負極或地線(GND)。DO:數(shù)字信號輸出接口(0和1)，可外接單片機的GPIO。AO:模擬信號輸出接口，可外接單片的ADC采樣通道。+:與雨滴檢測片連接。-:與雨滴檢測片連接。圖2-6雨滴傳感器第3章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計3.1系統(tǒng)總體設(shè)計本設(shè)計是一種基于STM32單片機技術(shù)的地震災(zāi)害多點監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計，其中的震動傳感器用來監(jiān)測多處區(qū)域的震動情況，渾濁度傳感器用來監(jiān)測井水狀況。系統(tǒng)采用STM32單片機對信號進行分析處理,判斷區(qū)域發(fā)生地震的可能性，利用上位機接收下位機的示警信號，從而及時的進行防范。實現(xiàn)的功能如下，上位機：1.接收下位機監(jiān)測的數(shù)據(jù)，并周期性記錄；2.可查看歷史記錄情況；3.數(shù)據(jù)異常時，彈窗警告，對觀察人員做出示警。設(shè)備：1.設(shè)備具有多個震動傳感器（設(shè)定2個），監(jiān)測多處震動情況；2.設(shè)備具有多個渾濁度傳感器（設(shè)定2個），監(jiān)測多處井水狀況；3.設(shè)備具有多個超聲波測距傳感器和雨滴傳感器，監(jiān)測在未下雨的情況下，井水是否突然升高；4.若多個震動傳感器異常，或井水突然渾濁，或井水在未下雨時突然升高，上位機示警，彈窗警告；總體原理圖如下所示：圖3-1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計3.2.1超聲波傳感器模塊設(shè)計HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信呈。(2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3)有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲；波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2；只需要提供一個10uS以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時間*聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。圖3-2超聲波傳感器原理圖3.2.2濁度傳感器模塊設(shè)計水的渾濁度是指水中含有的泥沙，粘土，有機物，浮游生物和微生物等懸浮物質(zhì)，造成的渾濁程度。工業(yè)級的濁度傳感器或濁度儀價格昂貴，在電子產(chǎn)品設(shè)計中成本太高不適合選用；因此我們選取了一款在家用電器洗衣機、洗碗機上廣泛應(yīng)用的渾濁度傳感器，這款濁度傳感器利用光學(xué)原理，通過溶液中的透光率和散射率來綜合判斷濁度情況。傳感器內(nèi)部是一個紅外線對管，當(dāng)光線穿過一定量的水時，光線的透過量取決于該水的污濁程度，水越污濁，透過的光就越少。光接收端把透過的光強度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流大小，透過的光多，電流大，反之透過的光少，電流小。濁度傳感器模塊將傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過單片機進行AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理。改款模塊具有模擬量和數(shù)字量輸出接口。模擬量可通過單片機A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣處理，以獲知當(dāng)前水的污濁度。數(shù)字量可通過模塊上的電位器調(diào)節(jié)觸發(fā)閾值，當(dāng)濁度達到設(shè)置好的閾值后，D1指示燈會被點亮，傳感器模塊輸出由高電平變成低電平，單片機通過監(jiān)測電平的變化，判斷水的濁度是否超標(biāo)，從而預(yù)警或者聯(lián)動其他設(shè)備。該模塊價格低廉、使用方便、測量精度高可以用于洗衣機、洗碗機等產(chǎn)品的水污濁程度的測量；也可以用于工業(yè)現(xiàn)場控制，環(huán)境污水采集等需要濁度檢測控制的場合。濁度傳感器模塊的組成如下圖所示。該模塊通過3PinXH-2.54接頭與濁度傳感器進行連接。調(diào)節(jié)10K藍色電位器的旋鈕可以對數(shù)字量輸出觸發(fā)閾值進行調(diào)節(jié)。圖3-3濁度傳感器模組原理圖3.2.3雨滴傳感器模塊設(shè)計雨滴感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，可以通過暴露在電路板上的平行線路和液體的接觸來測量是否有雨滴以及雨滴量大小。傳感器的DO引腳用來指示是否檢測到雨滴，如果檢測到至少一滴雨滴DO就輸出高電平，反之一直保持低電平。傳感器的AO引腳輸出模擬電壓信號，用來指示檢測的雨滴數(shù)量大小。這里我們只檢測AO輸出的電壓模擬量信號，因為該電壓信號不僅可以反映有無雨滴，還可以看出雨量的大小。對于DO接口則使用起來更簡單，也可以用Core提供的GPIO庫函數(shù)來實現(xiàn)。圖3-4雨滴傳感器原理圖3.2.4HC-05藍牙通信模塊設(shè)計TXD：發(fā)送端，一般表示為自己的發(fā)送端，正常通信必須接另一個設(shè)備的RXD。RXD：接收端，一般表示為自己的接收端，正常通信必須接另一個設(shè)備的TXD。正常通信時候本身的TXD永遠接設(shè)備的RXD！自收自發(fā)：正常通信時RXD接其他設(shè)備的TXD，因此如果要接收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)顧名思義，也就是自己接收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，即自身的TXD直接連接到RXD，用來測試本身的發(fā)送和接收是否正常，是最快最簡單的測試方法，當(dāng)出現(xiàn)問題時首先做該測試確定是否產(chǎn)品故障。也稱回環(huán)測試。TTL電平：通常數(shù)據(jù)表示采用二進制，規(guī)定+5V等價于邏輯"1",0V等價于邏輯"0",稱作TTL信號系統(tǒng)，是正邏輯。RS232電平：采用-12V到-3V，等價于邏輯"0"，+3V到+12V的邏輯電平，等價于邏輯"1"，是負邏輯的。1、核心模塊使用HC-05從模塊，引出接口包括VCC,GND,TXD,RXD,KEY引腳、藍牙連接狀態(tài)引出腳（STATE），未連接輸出低，連接后輸出高。2、led指示藍牙連接狀態(tài)，快閃表示沒有藍牙連接，慢閃表示進入AT模式，雙閃表示藍牙已連接并打開了端口。3、底板設(shè)置防反接二極管，帶3.3VLDO，輸入電壓3.6~6V，未配對時電流約30mA，配對后約10mA，輸入電壓禁止超過7V！4、接口電平3.3V，可以直接連接各種單片機（51，AVR，PIC，ARM，MSP430等），5V單片機也可直接連接，無需MAX232也不能經(jīng)過MAX232！5、空曠地有效距離10米(功率等級為CLASS2)，超過10米也是可能的，但不對此距離的連接質(zhì)量做保證。6、配對以后當(dāng)全雙工串口使用，無需了解任何藍牙協(xié)議，支持8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、可設(shè)置奇偶校驗的通信格式，這也是最常用的通信格式，不支持其他格式。7、可以通過拉高34腳進入AT命令模式設(shè)置參數(shù)和查詢信息。8、體積小巧（3.57cm*1.52cm），工廠貼片生產(chǎn)，保證貼片質(zhì)量。并套透明熱縮管，防塵美觀，且有一定的防靜電能力。9、可通過AT命令切換為主機或者從機模式，可通過AT命令連接指定設(shè)備。10、支持從4800bps~1382400bps間的標(biāo)準(zhǔn)波特率。原理圖如下圖。圖3-5HC-05藍牙通信原理圖3.2.5OLED顯示模塊設(shè)計OLED，即有機發(fā)光二極管（OrganicLight-EmittingDiode），又稱為有機電激光顯示（OrganicElectroluminesenceDisplay,OLED）。因為具備輕薄、省電等特性，因此從2003年開始，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，而對于同屬數(shù)碼類產(chǎn)品的DC與手機，此前只是在一些展會上展示過采用OLED屏幕的工程樣品。自2007年后，壽命得到很大提高，具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢。GND：電源地VCC：2.2V~5.5VSCL（D0）：CLK時鐘（高電平2.2V~5.5V）SDA(D1)：MOSI數(shù)據(jù)（高電平2.2V~5.5V）RST：復(fù)位（高電平2.2V~5.5V）D/C：數(shù)據(jù)/命令（高電平2.2V~5.5V）兼容3.3V和5V控制芯片的I/O電平（無需任何設(shè)置，直接兼容）板子管腳依次為G(地)，3.3V/5V（電源），SCL(CLK時鐘)，SDA（MISO數(shù)據(jù)），RES（復(fù)位），DC（數(shù)據(jù)/命令）單片機采用3.3V/5V電壓的接線模式。圖3-6OLED顯示原理圖3.2.6蜂鳴器模塊設(shè)計蜂鳴器是一種將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號的器件，常用來產(chǎn)生設(shè)備的按鍵音、報警音等提示信號蜂鳴器按驅(qū)動方式可分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。有源蜂鳴器：內(nèi)部自帶振蕩源，將正負極接上直流電壓即可持續(xù)發(fā)聲，頻率固定；無源蜂鳴器：內(nèi)部不帶振蕩源，需要控制器提供振蕩脈沖才可發(fā)聲，調(diào)整提供振蕩脈沖的頻率，可發(fā)出不同頻率的聲音蜂鳴器有正負極，頂部印有+號的為正極，若蜂鳴器引腳沒剪，則長的為正極，單片機引腳不能直接蜂鳴器，加NPN型三極管進行驅(qū)動，因為單片機的引腳驅(qū)動能力有限，蜂鳴器的功率比較大，所以需要通過三極管來驅(qū)動，R1為限流電阻，單片機引腳如果給高電平，則三極管導(dǎo)通，VCC便給蜂鳴器供電，如果給低電平，則三極管斷開，PNP型三極管同理，只不過是單片機引腳輸出低電平導(dǎo)通，輸出高電平斷開。蜂鳴器模組原理圖如下圖。圖3-7蜂鳴器模組原理圖3.2.7震動傳感器模塊設(shè)計震動傳感器也稱測震器或測震儀。它的作用是把被測對象的機械振動量（位移、速度或加速度）準(zhǔn)確無誤地接受下來，并將此機械量轉(zhuǎn)換成電信號（電流或電壓）輸出或顯示出來。從能量觀點來看，震動傳感器實現(xiàn)了將機械能到電能的轉(zhuǎn)換，實質(zhì)上，可以把它看作一個換能器。震動傳感器的重要性表現(xiàn)在它接收和轉(zhuǎn)換機械量的過程中，所能達到的可靠程度，這將決定著后續(xù)分析結(jié)果的正確性，因為對于一個錯誤信號的分析，實際上是毫無意義的，甚至是有害的。現(xiàn)場振動測試采用的傳感器一般有非接觸式電渦流傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和復(fù)合傳感器（由一個非接觸傳感器和一個慣性傳感器組成）四種。每一種傳感器都有它們固有的頻響特性，這些特性決定了其工作范圍。如果采用的傳感器在超出其線性頻響區(qū)域工作時，測量得到的讀數(shù)會產(chǎn)生較大偏差。震動傳感器模塊負責(zé)監(jiān)測是否有震動產(chǎn)生，當(dāng)監(jiān)測到異常震動時，會發(fā)生危險信號給上位機進行OLED屏報警顯示。圖3-8震動傳感器模組原理圖

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1軟件主流程圖當(dāng)全部系統(tǒng)軟件通電后，下位機系統(tǒng)開始實時數(shù)據(jù)采集，當(dāng)檢測到有振動災(zāi)害信號，渾濁度災(zāi)害信號亦或者水位異常數(shù)據(jù)監(jiān)測信號都會通過下位機傳達到上位機，然后進行OLED屏顯示危險彈窗。系統(tǒng)整體流程表如下圖所示。圖4-1整體流程圖4.2超聲波傳感器模塊的軟件設(shè)計以下時序圖表明你只需要提供一個10uS以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時間*聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。圖4-2超聲波傳感器時序圖4.3OLED顯示模塊軟件的設(shè)計在設(shè)計中需要顯示當(dāng)前環(huán)境的實時信息。系統(tǒng)使用液晶顯示數(shù)據(jù),STM32單片機初始化完成后顯示屏?xí)詣舆M行初始化，隨后顯示出來，出現(xiàn)危險信號會直接顯示彈窗。如圖為顯示模塊流程圖。圖4-31602顯示子程序流程圖4.4濁度傳感器模塊的軟件設(shè)計濁度傳感器模塊負責(zé)監(jiān)測水的渾濁度，當(dāng)監(jiān)測到異常渾濁度時，會發(fā)送信號給上位機進行OLED屏報警顯示。流程圖如下。圖4-4濁度檢測流程圖4.5震動傳感器模塊的軟件設(shè)計振動傳感器模塊負責(zé)監(jiān)測是否有振動產(chǎn)生，當(dāng)監(jiān)測到異常震動時，會發(fā)生危險信號給上位機進行OLED屏報警顯示。實現(xiàn)其功能的流程圖如下。圖4-5震動模塊流程圖4.6水位監(jiān)測的軟件設(shè)計水位監(jiān)測模塊主要通過監(jiān)測是否在沒有下雨的情況下，水位有大幅變動，這很有可能是災(zāi)害發(fā)生的危險訊號，會將該信號發(fā)送給上位機進行OLED屏報警顯示。實現(xiàn)其功能的流程圖如下。圖4-6水位監(jiān)測系統(tǒng)流程圖第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖圖5-1系統(tǒng)完整實物圖5.2震動監(jiān)測模式測試對振動傳感器進行振動刺激，手機和顯示屏?xí)邮盏秸駝有盘柤捌渚唧w數(shù)值，當(dāng)振動越劇烈時，數(shù)值越大。如圖5-2所示。圖5-2震動信號顯示5.3濁度監(jiān)測測試將濁度傳感器放在臟水中，進行模擬測試，濁度顯示數(shù)值迅速升高，很好的驗證了濁度傳感器靈敏度以及可行性。如圖5-3所示。圖5-3濁度數(shù)值顯示5.4各數(shù)值監(jiān)測顯示顯示屏從上往下顯示的是距離1、距離2；濁度1、濁度2；雨水1、雨水2；震動1、震動2。當(dāng)監(jiān)測的井水水位上升或者下降時，數(shù)值跳動，濁度傳感器監(jiān)測雨水渾濁度時，數(shù)值由零逐漸增加，雨水報警裝置無雨時顯示無雨，有雨時顯示有雨，系統(tǒng)報警。振動傳感器監(jiān)測到有震動劇烈時則數(shù)值增加，系統(tǒng)報警。圖5-4監(jiān)測數(shù)值顯示

第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是很難很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設(shè)計出來，是很難的一件事，特別是整個電路圖的設(shè)計，同時，通過本次課程設(shè)計，鞏固了我們學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上相結(jié)合起來?？简灹宋覀兘柚ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻資料和組織材料的綜合能力，從中可以自己測驗認識到自己哪方面有欠缺、不足以便于在日后的學(xué)習(xí)中得以改進、提高，這也使我明白要對以前學(xué)過的知識溫故知新。6.2展望通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還很多，學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。但從中我也學(xué)到了很多知識，更培養(yǎng)了我獨立工作與思考的能力，激發(fā)了我的創(chuàng)新意識。使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。經(jīng)過實際情況證明,這套系統(tǒng)設(shè)計采用手機上位機模塊的方法很好,從而降低了硬件成本，簡化了硬件結(jié)構(gòu)。此系統(tǒng)還需要進一步研究和改進，這就需要我們不斷的學(xué)習(xí)專業(yè)知識和提高實踐操作能力，為在以后的工作中打下堅實的基礎(chǔ)。此系統(tǒng)還需要進一步研究和改進的是:1.在選擇核心器件過程中需要慎重考慮，盡量把硬件電路簡化一點，以便在調(diào)試過程中方便快捷，取得最佳效果。2.由于時間關(guān)系,兩個核心傳感器器件(震動模塊和濁度監(jiān)測模塊)在設(shè)計過程中存在一些問題,在以后的設(shè)計中需要進一步改進。

結(jié)論本設(shè)計是一種基于STM32單片機技術(shù)的地震災(zāi)害多點監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計，硬件部分采用單片機STM32F103c8t6、震動傳感器模塊、上位機模塊、下位機模塊、渾濁度傳感器模塊、報警模塊、雨滴傳感器、超聲波測距傳感器；軟件采用KEIL5軟件平臺和C編程語言完成下位機軟件設(shè)計以及QT平臺和利用C語言和MYSQL完成地震災(zāi)害多點監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計；其中的震動傳感器用來監(jiān)測多處區(qū)域的震動情況，渾濁度傳感器用來監(jiān)測井水狀況。系統(tǒng)采用STM32單片機對信號進行分析處理,判斷區(qū)域發(fā)生地震的可能性，利用上位機接收下位機的示警信號，從而及時的進行防范。很好的完成了地震災(zāi)害多點監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對多區(qū)域災(zāi)變體信息動態(tài)實時采集，并且進行數(shù)據(jù)綜合分析，實現(xiàn)對災(zāi)變體的穩(wěn)定狀態(tài)以及變換趨勢的有效把握，為防災(zāi)減災(zāi)提供有效信息支撐。

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附錄附錄A電路圖附錄B源代碼voidUSART1_Puts(char*str){while(*str){USART1->DR=*str++;while((USART1->SR&0X40)==0);}}voidUSART2_Puts(char*str){while(*str){USART2->DR=*str++;while((USART2->SR&0X40)==0);}}voidUSART3_Puts(char*str){while(*str){USART3->DR=*str++;while((USART3->SR&0X40)==0);}}voidsend(unsignedchara){ USART1->DR=a;while((USART1->SR&0X40)==0); }voidTU_Value_Conversion1(){ TU1=(float)Get_Adc_Average(ADC_Channel_0,10)*3.3/4096; TU1=-865.68*TU1+2861.3f; zhuodu1x[0]=(int)(TU1)/1000+'0';zhuodu1x[1]=(int)(TU1)%1000/100+'0'; zhuodu1x[2]=(int)(TU1)%100/10+'0'; zhuodu1x[3]=(int)(TU1)%10+'0'; zhuodu1x[4]=0;}voidTU_Value_Conversion2(){ TU2=(float)Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10)*3.3/4096; TU2=-865.68*TU2+2861.3f; zhuodu2x[0]=(int)(TU2)/1000+'0';zhuodu2x[1]=(int)(TU2)%1000/100+'0'; zhuodu2x[2]=(int)(TU2)%100/10+'0'; zhuodu2x[3]=(int)(TU2)%10+'0'; zhuodu2x[4]=0; }intmain(void){ u8key;u8str;intt; delay_init(); NVIC_Configuration(); KEY_Init(); LED_Init(); JDQ1=1; JDQ2=1; OLED_Init(); OLED_ColorTurn(0);OLED_DisplayTurn(0);// OLED_Refresh(); 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