一种分布式无线次声波监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种无线次声波监测系统，属于地球物理勘测技术领域。

背景技术：

次声波具有频率低、波长大、传输距离远、衰减小、穿透力强等特点。次声波频率低、波长大的特性，使次声波衍射能力特别强，很容易绕过高大的建筑物、山岚等大型障碍物连续传播。人类虽然不能直观地感受到次声波，但次声波广泛地存在于周围环境中。长期以来的观测也表明，自然现象中的雷雨、地震、火山爆发、风暴、磁暴、陨石坠落、大气涡流、旋风巨浪等都会向周围环境中辐射次声波。所以，通过监测和分析这些次声波信号，可以定位次声波源，判断次声波产生的原因和传播规律，进而来揭示次声波信号与自然事件的关联性，达到监测和预防自然灾害的目的。由于汶川、玉树、庐山地震、舟山泥石流等自然灾害的发生给国家的经济和人民的生命财产造成了巨大的损失。所以，自然界中次声波对人类经济和社会发展的影响，对自然规律的正确揭示，越来越引起人们的重视。

传统的次声波监测系统普遍存在精度比较低，智能化程度不够高，不能满足野外次声波实验研究的需求。所以，研制更高精度，高效便捷的分布式无线数字化次声波监测系统已是地球物理探测发展的迫切需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种分布式无线次声波信号采集系统，使次声波信号的采集和传输更加准确、快速，解决了单一式有线次声波检测系统中工作量大、效率低的问题。

实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种分布式无线次声波监测系统，至少包括电性连接的次声波传感器、信号调理电路、模数转换器、下位机和电源，还包括温湿度传感器、GPS模块、存储模块、4G模块和上位机，上位机与下位机通过4G模块无线连接，温湿度传感器和GPS模块连接下位机的输入端，存储模块与下位机信息交互。

所述下位机为单片机，下位机上连接有USB接口。

所述信号调理电路由程控放大器和低通滤波器构成，次声波传感器、信号调理电路、模数转换器和下位机顺序连接。

所述GPS模块与单片机的UART1口电性连接。

所述温湿度传感器与单片机的I/O口电性连接。

还包括恒温晶振，恒温晶振和单片机的OSC口电性连接。

所述4G模块与单片机的UART2口电性连接，单片机与上位机之间以TCP/IP的协议数据通信。

所述电源包括高精度正负电源与基准电源，高精度正负电源为信号调理电路供能，基准电源为模数转换器提供基准参考电压。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的分布式无线次声波监测系统，主体架构包含上位机和与上位机进行无线通信的下位机系统；下位机系统实现次声波数据采集、数据处理和存储，其中1、下位机，采用单片机，为下位机系统的控制核心，控制模数转换器采集次声波信号并接收模数转换器输出的数字信号，单片机上设置USB接口，便于电脑读取下位机系统中的信息；2、次声波数据采集与处理单元，由次声波传感器、信号调理电路和模数转换器顺序连接构成，次声波传感器高精度采集次声波信号，将次声波转换成电压信号，信号调理电路由程控放大器和低通滤波器构成，对传感器采集到的信号进行放大和滤波，对电压信号进行电压抬升和抗干扰处理，单片机程序控制程控放大器，改变其放大倍数；3、存储模块，对单片机采集到的数据进行存储，在数据传输过程中遇到掉包时可从中读取原始数据，提高仪器可靠性；4、4G模块，用4G无线网络通信模块可获取外网IP地址的宽带建立网络通信，将远端采集的数据传输到上位机的控制终端；5、GPS模块，接收GPS卫星信号，获取次声波数据采集点的地理位置信息，并给分布式无线次声波监测系统授时；6、恒温晶振，使用GPS授时以后，便使用恒温晶振来进行授时，改善了系统在恶劣环境中无法使用GPS授时的情况，提高了系统的自适应性；7、温湿度传感器，获取采集点的温湿度信息，为后续数据处理提供参考；8、电源，依据需求设计了高精度正负电源和基准电源，高精度正负电源为信号调理电路供能，基准电源为模数转换器提供基准参考电压；在上位机和下位机中写入对应控制程序，整个系统可自动智能化运行。

与现有次声波监测系统相比，本实用新型提供的分布式无线次声波监测系统对次声波信号的采集更加准确、快速，解决了现有单一式有线次声波检测系统中工作量大、效率低的问题，增加了GPS模块和温湿度传感器，分别为系统提供授时和采集点的温湿度，并通过上位机实时控制下位机采集系统，提高了系统的监测精度和智能化程度，温湿度传感器的设置使得下位机系统具有温度自动补偿的功能，当温度发生变化时，系统可以自动实现温度补偿；设置恒温晶振，使用GPS授时以后，便使用恒温晶振来进行授时，改善了系统在恶劣环境中无法使用GPS授时的情况，提高了系统的自适应性。

附图说明

图1为本实用新型提供的分布式无线次声波监测系统的结构框图。

图2为高精度正负电源的电路图。

图3为信号调理电路的电路图。

图4为基准电源的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细具体说明，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

本实用新型提供的分布式无线次声波监测系统，其结构如图1所示，包括上位机和下位机系统，上位机与下位机系统无线通信；

下位机系统包括次声波传感器、信号调理电路、模数转换器、GPS模块、恒温晶振、温湿度传感器、下位机、存储模块、4G模块、面板按键和指示灯，次声波传感器、信号调理电路、模数转换器和下位机顺序连接，其中：

下位机，采用STM32F103VET6单片机，与模数转换器相连接，控制模数转换器采集次声波信号并接收模数转换器输出的数字信号，单片机STM32上设置USB接口，可通过USB口和数据线连接到单片机数据采集系统，方便上位机或电脑在现场快速地从下位机采集系统中读取实时次声波数据和SD卡中的历史数据；

次声波传感器，采用电容式INSAS2008型次声传感器，该次声传感器具有灵敏度高、动态范围宽等特点，可以高精度采集次声波信号，将次声波转换成电压信号；

信号调理电路可以连接四个次声波传感器，参见图3，信号调理主要是由程控放大器和低通滤波器构成，单片机程序控制程控放大器，改变其放大倍数；

模数转换器，其型号为ADS1274，与信号调理电路相连，将采集的次声波模拟信号转换成数字信号并传输给单片机STM32；

GPS模块，与单片机STM32的UART1口相连接，接收GPS卫星信号，并给系统授时和提供地理位置信息；

温湿度传感器，其型号为AM2303，温湿度传感器与单片机STM32的I/O口连接，将温湿度的数字化信息传送给单片机STM32处理；

存储模块，采用SD卡，SD卡与单片机STM32的SPI总线连接，通过单片机的控制将采集到的次声波数以十六进制数形式据存储到SD卡中；

4G模块，与单片机STM32的UART2口相连接，单片机STM32将次声波传感器采集的数据以TCP/IP的协议无线传输给上位机，同时发送上位机的控制指令给单片机STM32，实现对整个下位机系统的控制功能；

恒温晶振，与单片机的OSC口连接，为整个提供系统提供时钟和授时，实现分布式采集的同步性；

电源，包括高精度正负电源与基准电源，参见图2和图4，高精度正负电源为信号调理电路供能，基准电源为ADS1274模数转换器提供基准参考电压；

下位机系统具有零点电位，在没有接次声波传感器时短接信号输入端，记录数据在接入次声波传感器后进行零点电位补偿；上位机采用LabVIEW进行编写，实现上位机对下位机远程控制，主要由参数配置、网络链接、数据传输和处理三部分构成，可同时控制多个下位机系统，实现工作模式切换，参数配置，接收和发送数据流，显示、回放和存储数据。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。