[發明專利]基于NB-IOT的露天礦滑坡災害遠程監測系統

在審

• 申請號: 202011129430.5
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112258823A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 關昕;李智;陶志勇;白立春;張永庫;張展
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

1.一種基于NB-IOT的露天礦滑坡災害遠程監測系統，其特征在于，包括振弦式傳感器、測量電路、供電系統、通信系統、上位機監測系統，振弦式傳感器與測量電路電連接，測量電路與通信系統電連接，通信系統與上位機監測系統無線連接，供電系統與測量電路電連接；

所述振弦式傳感器用于采集安裝在露天礦上錨索的應力數據；

所述測量電路用于激發傳感器，并將傳感器采集的應力數據轉換為數字量信號，提取數字量信號中的頻率值，將頻率值轉化為應力值，然后傳輸給通信系統；

所述通信系統用于將接收到的應力值無線傳輸給上位機監測系統；

所述上位機監測系統用于實現人機信息交互，包括實時顯示應力值、對露天礦是否出現滑坡現象進行預警提示、設置控制指令，所述控制指令包括傳感器的采樣時間間隔、供電系統的測量電壓值、上位機監測系統所用服務器的IP地址；

所述供電系統用于對遠程監測系統進行供電。

2.根據權利要求1所述的一種基于NB-IOT的露天礦滑坡災害遠程監測系統，其特征在于，所述供電系統包括太陽能電池板、太陽能控制器、12V鉛酸蓄電池，太陽能控制器分別與12鉛酸蓄電池、太陽能電池板電連接，12V鉛酸蓄電池與微處理器電連接，微處理器采集12V鉛酸蓄電池的電壓值，并通過上位機監測系統進行顯示；

太陽能電池板用于收集太陽能，并將太陽能轉換為電能，對12V鉛酸蓄電池進行充電；

12V鉛酸蓄電池用于存儲太陽能控制器轉換得到的電能；

太陽能控制器用于根據供電系統的預設電壓值判斷是否對12V鉛酸蓄電池進行充電，以及是否對測量系統進行供電；當12V鉛酸蓄電池的電壓值小于太陽能控制器設定的預設電壓值時，控制器通過太陽能電池板對12V鉛酸蓄電池進行充電，當12V鉛酸蓄電池的電壓值大于等于預設電壓值時，控制器對12V鉛酸蓄電池停止充電。

3.根據權利要求1所述的一種基于NB-IOT的露天礦滑坡災害遠程監測系統，其特征在于，所述測量電路包括電源電路、放大電路、濾波電路、波形整形電路、微處理器、激勵電路，放大電路與濾波電路電連接，濾波電路與波形整形電路電連接，波形整形電路與微處理器電連接，微處理器與激勵電路電連接，振弦式傳感器分別接入放大電路的輸入端與激勵電路的輸出端，電源電路與供電系統中的12V鉛酸蓄電池電連接，12V鉛酸蓄電池通過電源電路分別對放大電路、濾波電路、波形整形電路、微處理器進行供電；

放大電路用于對采集到的應力數據進行放大處理；

濾波電路用于對放大處理后的信號進行濾波處理；

波形整形電路用于對濾波后的電壓信號進行整形，并轉換為數字量信號；

微處理器用于對整形處理后的數字量信號測量頻率，得到單位時間內的脈沖個數，然后將單位時間內的脈沖個數按照響應公式轉換為應力值；

激勵電路用于產生高于H伏的瞬時高壓來激勵傳感器，H的取值根據傳感器實際需要的最小激勵電壓確定。

4.根據權利要求1所述的一種基于NB-IOT的露天礦滑坡災害遠程監測系統，其特征在于，所述通信系統包括NB-IOT通信模塊、物聯網卡，物聯網卡通過卡槽插裝在NB-IOT模塊上，NB-IOT通信模塊與測量電路中的微處理器電連接，測量電路中的電源電路對NB-IOT通信模塊進行供電；

NB-IOT通信模塊用于實現微處理器與上位機監測系統的信息交互，將微處理器計算得到的應力值發送給上位機監測系統，并將上位機監測系統的控制指令發送給微處理器；

物聯網卡用于提供NB-IOT通信模塊無線通信的專用號段。

5.根據權利要求1所述的一種基于NB-IOT的露天礦滑坡災害遠程監測系統，其特征在于，通過上位機監測系統對露天礦是否出現爬坡現象進行預警提示，具體表述為：

S1：上位機監測系統根據預設時間段內接收的壓力值自動生成應力-時間特性曲線；

S2：求取每相同時間間隔內對應應力-時間特性曲線的斜率值S_i；

S3：通過上位機監測系統設置預設閾值S；

S4：當S_i≤S時，表示露天礦在第i個時間間隔內并未出現滑坡現象，當S_i＞S時，預示露天礦在第i個時間間隔內將要出現滑坡現象，需要進行預警提示。

6.根據權利要求3所述的一種基于NB-IOT的露天礦滑坡災害遠程監測系統，其特征在于，所述響應公式具體表述為：

X＝K(F*F-f*f-A)

式中，X表示微處理器輸出的應力值，K表示傳感器的系數K值，F表示傳感器的初始頻率值，f表示微處理器測量得到的單位時間內的脈沖個數，A表示傳感器的A值。