摘要：由于社會(huì)發(fā)展和環(huán)境變化,，滑坡災(zāi)害發(fā)生十分頻繁,，傳統(tǒng)的有線通信方式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)。為了減少滑坡災(zāi)害所帶來(lái)的損失,，采用高精度CPS模塊和S3C2440芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理,，通過(guò)內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議棧的SIM300GPRS模塊以無(wú)線方式與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，將采集后的數(shù)據(jù)傳送至上住機(jī)進(jìn)行分析其是否可能發(fā)生滑坡泥石流危害,，成功實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)測(cè)量位置的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，保證了嵌入式滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性。
關(guān)鍵詞：滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng),；ARM,；GPS；GPRS

    我國(guó)是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)國(guó)家,，近年來(lái),，工礦產(chǎn)業(yè)逐漸由城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)向山區(qū)，山體結(jié)構(gòu)遭到不同程度的損害,，山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),，嚴(yán)重威脅著人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，并造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失,。
    目前,，滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有宏觀地質(zhì)觀測(cè)法、簡(jiǎn)易測(cè)量法,、大地精密測(cè)量法,、全球定位系統(tǒng)(Clobal Positioning System,，GPS)法、儀器儀表監(jiān)測(cè)法和綜合自動(dòng)遙測(cè)法等,。在上述技術(shù)中,，采用最多的就是GPS技術(shù)，GPS技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用在精密工程測(cè)量和滑坡監(jiān)測(cè)中,。傳統(tǒng)滑坡監(jiān)測(cè)主要是應(yīng)用傳統(tǒng)的人工巡回測(cè)試,、記錄和處理。數(shù)據(jù)匯總后滑坡可能已經(jīng)發(fā)生破壞,，因此不可能及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)滑坡狀況進(jìn)行預(yù)測(cè),。其最大弊病是難以及時(shí)甚至無(wú)法捕捉到滑坡臨近失穩(wěn)前的寶貴信息,。此外,，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法多采用有線方式連接，但滑坡監(jiān)視的區(qū)域一般是災(zāi)害發(fā)生點(diǎn),，其地形險(xiǎn)要,、環(huán)境惡劣，給現(xiàn)場(chǎng)布線工作帶來(lái)很大的難度并有一定的危險(xiǎn)性,。
    針對(duì)這些問(wèn)題,，本文提出了以ARM9嵌入式處理器為核心，以數(shù)據(jù)采集技術(shù),、GPS全球定位技術(shù),、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的實(shí)時(shí)嵌入式滑坡監(jiān)控系統(tǒng)，具有無(wú)人值守,、24小時(shí)連續(xù)工作,、低成本等優(yōu)勢(shì)，并且有效地減小了山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害所帶來(lái)的嚴(yán)重危害,，提高了預(yù)防能力,。

1 滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理
    嵌入式滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由ARM9芯片S3C2440、M87GPS數(shù)據(jù)采集處理終端和GPRS數(shù)據(jù)傳送終端組成,，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。本系統(tǒng)將GPS接收到的衛(wèi)星信號(hào)傳送至MCU，數(shù)據(jù)經(jīng)MCU處理后由GPRS模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到特定IP地址的網(wǎng)絡(luò)中,，最后遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)PC機(jī)通過(guò)訪問(wèn)Int-ernet接收數(shù)據(jù),。

1．1 嵌入式處理器S3C2440
    S3C2440是一款基于ARM920T內(nèi)核的32位R1SC嵌入式微處理器，主要應(yīng)用在手持設(shè)備以及高性價(jià)比和低功耗產(chǎn)品中,。S3C2440處理器主頻400 MHz,，最高可達(dá)533 MHz，擁有16 kB地址高速緩存,，采用16位／32位RISC結(jié)構(gòu)和ARM精簡(jiǎn)指令集,，并能夠支持WinCE,、Linux等操作系統(tǒng)。
1．2 GPS模塊
    本系統(tǒng)選用HOLUX M87 GPS接收芯片,，采用低耗電量MTK GPS所設(shè)計(jì)的超小型衛(wèi)星接收模塊,，可實(shí)現(xiàn)GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。M87對(duì)于導(dǎo)航應(yīng)用提供高達(dá)-159 dBm的絕佳靈敏度與快速的第一次定位時(shí)間,，可搜尋多達(dá)32個(gè)衛(wèi)星頻道,，具有快速位置修正、在惡劣環(huán)境下持續(xù)工作的優(yōu)點(diǎn),。由GPS模塊輸出的CMOS電平可以直接驅(qū)動(dòng)S3C2440芯片,，因此在系統(tǒng)集成時(shí)可直接將GPS模塊的串口與S3C2440的串口相連，而不需要電平轉(zhuǎn)換,。
1．3 GPRS通訊模塊
    SIM300是SIMCOM公司推出的GSM／GPRS雙頻模塊,，支持TCP／IP協(xié)議、三頻／四頻／GSM／GPRS,，支持PDU模式和文本模式的短消息傳送,，支持?jǐn)?shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，使用時(shí)更加方便靈活,。SIM300模塊主要由基帶處理器,、供電模塊、FLASH模塊,、ZIF連接器天線接口和GSM射頻模塊5個(gè)部分組成,。
    在該設(shè)計(jì)中，GPRS模塊的接口信號(hào)RXD,TXD與S3C2440的TXD0,、RXD0連接,，當(dāng)系統(tǒng)和GPRS模塊啟動(dòng)后，MCU通過(guò)串口直接向GPRS模塊發(fā)送AT指令使其接入GPRS網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,。其內(nèi)容包括波特率,、網(wǎng)關(guān)、GPRS模塊的類別,、測(cè)試GPRS服務(wù)是否開通等,。
    對(duì)GPRS主要的設(shè)置工作有：
    1)是否為GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)：AT+CGPRS=1；2)GPRS附著：AT+CGATT=1,。表示己連到GPRS網(wǎng)絡(luò)上,；3)定義PDP上下文：AT+CGDCONT=1，IP,，cmnet,。設(shè)置GPRS接入網(wǎng)關(guān)為中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)；4)初始化一個(gè)新端口并且與遠(yuǎn)端建立一個(gè)連接,；5)“ATDT*99***1#”用來(lái)?yè)芡ㄟB接GPRS節(jié)點(diǎn)服務(wù)器,，操作成功則返回CONNECT,。“*99***1#”是GPRS業(yè)務(wù)號(hào)碼。

2 滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    嵌入式滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件以S3C2440及其外圍部件為基礎(chǔ),，通過(guò)串口控制GPS模塊和GPRS模塊的動(dòng)作,，最終達(dá)到系統(tǒng)要求。
2．1 電源電路
    電源電路是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ),，電源的工作特性直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。在電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中著重考慮以下因素：輸入的電壓、電流,；電源保護(hù),；輸出的電壓、電流和功率,；電磁兼容和電磁干擾,；體積限制等。由于ARM9芯片的高速,、低消耗,、低功耗等特性導(dǎo)致其噪聲容限低,，對(duì)電源瞬態(tài)響應(yīng)性,、可靠性、時(shí)鐘穩(wěn)定性等都提出了更高的要求,。
    滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的供電電源為變壓器220 V轉(zhuǎn)5 V供電,，5 V電源主要給串口RS232和其他外圍芯片供電，3．3 V主要給I／O口,、NandFlash,、SDRAM、復(fù)位芯片等提供電源,。1．25 V供電采用MAXIM公司的低功耗線性電源芯片MAX8860EUA18,，為S3C2440提供內(nèi)核電壓。
2．2 系統(tǒng)時(shí)鐘電路
    S3C2440需要兩個(gè)外部晶振電路：一路做CPU時(shí)鐘,；另一路給RTC提供時(shí)鐘,。時(shí)鐘電路如圖2所示。

2．3 JTAG調(diào)試接口設(shè)計(jì)
    聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組(Joint Test Action Group,，JTAG)是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議,，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試,。目前大多數(shù)比較復(fù)雜的器件都支持JTAG協(xié)議,，標(biāo)準(zhǔn)的5線JTAG包含TCK、TMS,、TDI,、TDO和TRST,，JTAG電路如圖3所示。

3 滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 經(jīng)緯度計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離
    由于地球表面是不規(guī)則的橢球體,，因此十分精確的測(cè)量任兩點(diǎn)間的距離是非常困難的,。但是，在滑坡監(jiān)測(cè)中一般用于小范圍兩點(diǎn)間距的測(cè)量,，所以可以通過(guò)近似的方法來(lái)簡(jiǎn)化求解過(guò)程,，同時(shí)也能快速得到令人滿意的求解值。計(jì)算位移程序如下：

 
3．2 平臺(tái)演示
    本系統(tǒng)通過(guò)GPS接收模塊可以準(zhǔn)確的輸出定位信息,，首先確定基準(zhǔn)位置：如$GPRMC,，020534．000，A,，3746．9012,，N，11233．5839,，E,，0．00，96．40,，101210,，，,，A*50,，信息經(jīng)數(shù)據(jù)采集終端采集處理后輸出：10：05：34．3746．9012，N,，11233．5839,，E 2010．  12．10。每隔一分鐘采集一次,，本次試驗(yàn)共采集兩次,，偏移位置：如$GPRMC，020634．000,，A,，3746．8643，N,，11233．5916,，E，0．00,，96．40,，101210，，,，A*50,，信息經(jīng)數(shù)據(jù)采集終端采集處理后輸出：10：06：34．3786．8643，N,，11233．5916,，E 2010．12．10。經(jīng)GPRS傳送給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較處理,，然后計(jì)算出此次采集偏移量,，得到是否可能發(fā)生滑坡泥石流危害，如圖4所示,。
　

4 結(jié)論
    本文給出了針對(duì)傳統(tǒng)滑坡現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)方案,，并對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，根據(jù)所需要實(shí)現(xiàn)的功能構(gòu)建了整體軟硬件開發(fā)平臺(tái),。提出了一種基于ARM的嵌入式滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，通過(guò)GPS定位系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集終端，并結(jié)合GPRS通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了一種更加安全穩(wěn)定的滑坡現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案,。