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泥石流预警系统的方案设计及原理样机

作　者: 刘秋丽
导　师: 杨景常; 袁志坚
学　校: 西华大学
专　业: 电气工程
关键词: 泥石流预警系统 ZigBee GSM 雨量传感器 FPGA MSP430
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本预警系统采用ALTERA公司CYCLONE Ⅲ系列的FPGA芯片EP3C10E144C8N，选用TI公司MSP430单片机中的MSP430F149单片机为核心处理器设计系统硬件平台,ZigBee技术和GSM信息包组成了一个泥石流预警系统。系统的硬件设计包括单片机MSP430F149及其外围电路的设计，接入的雨量传感器，FPGA电路的设计，ZigBee无线数据传输模块的设计和GSM模块的应用。系统的软件方面的设计有用C语言实现对单片机MSP430F149的控制，用C语言实现单片机MSP430F149内数据的比较及存储，用实现VerilongHDL语言实现FPGA内测试模块，用Lab Windows/CVI实现上位机软件界面的控制。该系统作为泥石流灾害的预警系统，可以在灾害发生前根据采集数据的分析结果作出相应的判断，作出相应的处理结果，对灾害的预报和发出警报两方面都做了合理的设计，是实用性强，比较经济的泥石流预警系统。本预警系统的设计选用ZigBee无线数据传输模块和GSM短信包通信模块实现泥石流预警系统的数据采集、传输和系统的自动预警，因此基于它们的泥石流预警系统的设计是整个设计的核心。充分利用ZigBee无线数据传输模块和GSM短信包通信模块的特性及其内部资源，设计出的预警系统不仅可以稳定的工作，同时也使得人们对于泥石流这一自然灾害的应对更加及时，并对即将到来的灾害做出正确的预防措施，减少人员的伤亡和经济的损失。本设计对上述的各项工作都进行了讨论，对于整个系统的设计要点、设计思想、设计方法都做了相应的介绍，并以各个单元模块为单位进行了设计，并以相应的实物为例，证实了该系统的可行性。经测试表明，该泥石流预警系统实现了实时数据采集、处理、预警等基本功能，经过对各个模块的详细分析、设计及调试，基本达到设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 泥石流预警系统的概述  8-11
  1.2 泥石流预警系统的发展现状  11-12
  1.3 泥石流预警系统的的研究意义  12
  1.4 课题的主要工作  12-13
2 泥石流预警系统的原理及相关技术及总体设计  13-19
  2.1 泥石流预警系统的要求  13-14
    2.1.1 泥石流预警系统的功能要求  13
    2.1.2 泥石流预警系统的性能要求  13-14
  2.2 泥石流预警系统的基本原理  14-16
  2.3 设计思想及方案选择  16-18
  2.4 泥石流预警系统的主要技术指标  18
  2.5 本章小结  18-19
3 系统硬件设计  19-39
  3.1 硬件总体设计  19
  3.2 CPU 主控模块设计  19-25
    3.2.1 MSP430 单片机介绍  19-21
    3.2.2 CPU 模块硬件设计设计  21-25
  3.3 测量模块电路设计  25-29
    3.3.1 雨量测量电路设计  25-27
    3.3.2 位移测量电路设计  27-29
  3.4 GSM 通信模块  29-33
    3.4.1 GSM 网络  29-30
    3.4.2 GSM 短信息技术简介及其特点  30-31
    3.4.3 GSM 短信息在气象灾害预警系统中的应用  31-33
  3.5 FPGA 功能模块的设计  33-38
    3.5.1 FPGA 简介  33
    3.5.2 FPGA 控制电路的设计  33-37
    3.5.3 FPGA 内各功能模块的设计  37-38
  3.6 本章小结  38-39
4 系统软件设计  39-52
  4.1 单片机 MSP430149 的软件设计  40-43
    4.1.1 IAR Embedded Workbench 开发环境  40-41
    4.1.2 MSP430 单片机程序设计  41-43
  4.2 基于 FPGA 的程序设计  43-51
    4.2.1 FPGA 开发环境  43-47
    4.2.2 FPGA 各个单元模块的设计  47-51
  4.4 本章小结  51-52
5 系统测试与结果  52-57
  5.1 调试过程  52-53
    5.1.1 硬件调试  52-53
    5.1.2 软件调试  53
  5.2 系统测试  53
  5.3 实物及测量结果显示及分析  53-57
    5.3.1 系统测量结果显示  53-56
    5.3.2 结果分析及误差分析  56-57
6 总结与展望  57-59
参考文献  59-61
附录 A 模拟部分电路图  61-63
附录 B 程序  63-69
致谢  69-70

泥石流预警系统的方案设计及原理样机

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