地质灾害危险体位移远程监控系统软件设计(附件)
从现阶段发展的过程中来看，各类改造项目呈现出逐步提升的趋势，最终导致认为灾害的发生，较为明显的表现发生在多雨的时期，自然灾害更加严重。所以地质灾害治理刻不容缓。与此同时Zigbee技术走进我们的视野。危险体位移远程监控系统在监测成本及作用效果方面具有独特的优势。结合系统的原理和构造，以及前期应用反馈,最终研究的是通信层面、信息传递方案以及工程滑坡预警等现存的不足之处；通过利用北斗卫星通信系统、借助Zigbee通信方式和无线传感网络技术开发应用面状信息传递方式、创建统一化预警方案等形式,对系统进行改进完善。关键词 危险体位移，远程监控系统，地质灾害
目 录
1引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究意义与内容 1
2系统概况 2
3地质灾害危险体位移远程监控系统软件设计 5
3.1 ZStack的工作流程 5
3.1.1系统的准备工作 5
3.1.2系统初始化之后的执行过程6
3.1.3 ZStack的各层文件在项目中的具体组成 10
3.2传感器节点各部分的软件设计 13
3.2.1节点系统框架 13
3.2.2传感器节点中CC2530软件流程 14
3.2.3单片机给CC2530上传数据的流程 14
3.3基站节点软件设计 15
3.3.1基站节点系统框图 15
3.3.2基站节点总的软件流程 16
3.4无线协议的数据帧格式 20
3.4.1协议中用到的数据类型 21
3.4.2地质灾害描述符定制 21
3.4.3开发过程所需要的软件工具 23
3.4.4各模块通信时相应串口的设置 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
引言
1.1课题研究背景
危险体位移在日常生活中主要体现在滑坡。滑坡在世界范围内存在非常广泛，数量多，并且发生频率较高。在全球地质灾害中发生频繁且普遍。除了带来的直接灾害，它还带来了很多次生灾害 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。比如说：它会使得交通瘫痪、堵塞河道、摧毁矿厂、掩埋村落，对人身和经济财产安全带来了极大的危害，而且会对政治和社会产生重大影响。
今年来为了降低山体滑坡带来的风险和损失，对于山体滑坡的监测和预警显得尤为重要。滑坡监测因其具有低成本、易于实施等特点成为滑坡风险控制的主要手段。滑坡监测的技术与方法种类较多，使用较多的方法有宏观地质检测法、GPS法等。
1.2课题研究意义与内容
随着全球气候逐渐变暖，加剧了地壳和温室效应，使得极端的天气发生频率更加频繁，山体滑坡成为人类的重大威胁之一。所以，为了降低山体滑坡对人们的生命和财产安全的威胁，应用安全、有效、方便、及时的方法防治山体滑坡灾害是一个至关重要的任务，目前，在预防环境和地质灾害方面工作，主要使用的检测系统以Zigbee无线传感器网络为主。因此，针对山体滑地质灾害设计出一套以Zigbee基础的预警系统，具体极为重要的现实意义。本文分析Zigbee无线传感器优势和技术，并与其它同类型的通信方式进行比较，针对Zigbee网络结构和协议栈进行研究，进而得出本文最终采用网络拓扑结构来设计山体滑坡系统。此外，详细研究滑坡发生整个过程及特点，比较和分析各个预测模型，最终明确了影响检测滑坡的因素，为山体滑坡预警系统设计提供大量有价值数据。在本课题中，基于Ziggbeer技术设计出监测滑坡系统是研究的重点。当前网络构成主要包括几个部分：GPS网络和Zigbee拓扑网络，及无线串口数据共享网络。在IAR Embedded Workbench for MCS51环境下，数据采集和处置及传输主要是由CC2530为核心的处理器来完成的，在距离较远转输时，主要是采用SIM300GPRS模块，并由核心控制，进而生成无线串口，最终达到数据共享的目的。在最后阶段，针对预警系统进行测试，显示界面主要是依靠QT软件。在文章中，设计山体滑坡预警系统的每个部分，都有相应的示意图表示，如硬件模块组成、网络搭建、无线串口及寄存器等，为后续山体滑坡预警系统设计提供有价值的参考。
系统概况
Zigbee系统结构图如图1所示：
/
图1 Zigbee结构体系示意图
/
图2 Zigbee网络构成图
观察Zigbee的结构体系之后可以联想到TCP/IP结构体系，从图中可以看出IEEE802.1.4定义了物理层和MAC层，同时在Zigbee界定的应用和网络层，都会有为上一层服务的功能；数据传输服务主要是由服务实体来提供；管理实体提供其它管理服务；每个服务实体为上一层提供接口，而功能实现主要是由服务原语来完成，具体如下：
物理层
MAC子层间和物理无线信道间的接口，主要是由物理层界定，并提供管理服务的数据。
物理层功能：
(1) Zigbee的激活
(2)当前信道的能量检测
(3)接收链路服务质量的信息
(4) Zigbee信道接入方式
(5)信道频率的选择
(6)数据的传输和接收
MAC层
当无线信号被MAC层处理后，则会产生同步和网络信号；同时为MAC实体间提供安全性高的链路，并支持分离和连接，实现数据服务：MAC协议能够进一步保证物理层数据的收发。MAC层管理服务：MAC子层协议下的各种信息的数据库的存储。
MAC层的功能：
(1)网络协调器的产生信标
(2)支持PAN链路的建立和断开
(3)与信标同步
(4)保证设备的安全性
(5)处理和维护保护时隙机制
(6)为两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路
(7)信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入机制
网络层
在Zigbee协议栈中，网络层是极为重要内容。通常情况下，网络层具备几项功能，如接收、加入或离开、数据传送等，同时还支持星形和树形，以及网格等各种结构。
网络层功能：
(1)网络的发现和形成
(2)允许设备连接
目 录
1引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究意义与内容 1
2系统概况 2
3地质灾害危险体位移远程监控系统软件设计 5
3.1 ZStack的工作流程 5
3.1.1系统的准备工作 5
3.1.2系统初始化之后的执行过程6
3.1.3 ZStack的各层文件在项目中的具体组成 10
3.2传感器节点各部分的软件设计 13
3.2.1节点系统框架 13
3.2.2传感器节点中CC2530软件流程 14
3.2.3单片机给CC2530上传数据的流程 14
3.3基站节点软件设计 15
3.3.1基站节点系统框图 15
3.3.2基站节点总的软件流程 16
3.4无线协议的数据帧格式 20
3.4.1协议中用到的数据类型 21
3.4.2地质灾害描述符定制 21
3.4.3开发过程所需要的软件工具 23
3.4.4各模块通信时相应串口的设置 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
引言
1.1课题研究背景
危险体位移在日常生活中主要体现在滑坡。滑坡在世界范围内存在非常广泛，数量多，并且发生频率较高。在全球地质灾害中发生频繁且普遍。除了带来的直接灾害，它还带来了很多次生灾害 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。比如说：它会使得交通瘫痪、堵塞河道、摧毁矿厂、掩埋村落，对人身和经济财产安全带来了极大的危害，而且会对政治和社会产生重大影响。
今年来为了降低山体滑坡带来的风险和损失，对于山体滑坡的监测和预警显得尤为重要。滑坡监测因其具有低成本、易于实施等特点成为滑坡风险控制的主要手段。滑坡监测的技术与方法种类较多，使用较多的方法有宏观地质检测法、GPS法等。
1.2课题研究意义与内容
随着全球气候逐渐变暖，加剧了地壳和温室效应，使得极端的天气发生频率更加频繁，山体滑坡成为人类的重大威胁之一。所以，为了降低山体滑坡对人们的生命和财产安全的威胁，应用安全、有效、方便、及时的方法防治山体滑坡灾害是一个至关重要的任务，目前，在预防环境和地质灾害方面工作，主要使用的检测系统以Zigbee无线传感器网络为主。因此，针对山体滑地质灾害设计出一套以Zigbee基础的预警系统，具体极为重要的现实意义。本文分析Zigbee无线传感器优势和技术，并与其它同类型的通信方式进行比较，针对Zigbee网络结构和协议栈进行研究，进而得出本文最终采用网络拓扑结构来设计山体滑坡系统。此外，详细研究滑坡发生整个过程及特点，比较和分析各个预测模型，最终明确了影响检测滑坡的因素，为山体滑坡预警系统设计提供大量有价值数据。在本课题中，基于Ziggbeer技术设计出监测滑坡系统是研究的重点。当前网络构成主要包括几个部分：GPS网络和Zigbee拓扑网络，及无线串口数据共享网络。在IAR Embedded Workbench for MCS51环境下，数据采集和处置及传输主要是由CC2530为核心的处理器来完成的，在距离较远转输时，主要是采用SIM300GPRS模块，并由核心控制，进而生成无线串口，最终达到数据共享的目的。在最后阶段，针对预警系统进行测试，显示界面主要是依靠QT软件。在文章中，设计山体滑坡预警系统的每个部分，都有相应的示意图表示，如硬件模块组成、网络搭建、无线串口及寄存器等，为后续山体滑坡预警系统设计提供有价值的参考。
系统概况
Zigbee系统结构图如图1所示：
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图1 Zigbee结构体系示意图
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图2 Zigbee网络构成图
观察Zigbee的结构体系之后可以联想到TCP/IP结构体系，从图中可以看出IEEE802.1.4定义了物理层和MAC层，同时在Zigbee界定的应用和网络层，都会有为上一层服务的功能；数据传输服务主要是由服务实体来提供；管理实体提供其它管理服务；每个服务实体为上一层提供接口，而功能实现主要是由服务原语来完成，具体如下：
物理层
MAC子层间和物理无线信道间的接口，主要是由物理层界定，并提供管理服务的数据。
物理层功能：
(1) Zigbee的激活
(2)当前信道的能量检测
(3)接收链路服务质量的信息
(4) Zigbee信道接入方式
(5)信道频率的选择
(6)数据的传输和接收
MAC层
当无线信号被MAC层处理后，则会产生同步和网络信号；同时为MAC实体间提供安全性高的链路，并支持分离和连接，实现数据服务：MAC协议能够进一步保证物理层数据的收发。MAC层管理服务：MAC子层协议下的各种信息的数据库的存储。
MAC层的功能：
(1)网络协调器的产生信标
(2)支持PAN链路的建立和断开
(3)与信标同步
(4)保证设备的安全性
(5)处理和维护保护时隙机制
(6)为两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路
(7)信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入机制
网络层
在Zigbee协议栈中，网络层是极为重要内容。通常情况下，网络层具备几项功能，如接收、加入或离开、数据传送等，同时还支持星形和树形，以及网格等各种结构。
网络层功能：
(1)网络的发现和形成
(2)允许设备连接
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