基于ESP32的泥石流灾害监测预警系统设计
这是一篇关于ESP32,泥石流灾害,监测预警,4G,微信小程序的论文, 主要内容为自然灾害对人类社会有着巨大影响,严重的自然灾害会造成重大的人员伤亡和财产损失。为减少自然灾害对人类社会带来的损害,需要做好防控措施,预警就显得尤为重要。其中,泥石流灾害作为常见的自然灾害之一,其危害不言而喻,而且我国地形复杂,泥石流灾害频发。针对这个问题,本文设计了一款能随时接收泥石流信息的灾害监测预警系统,达到了远距离且实时对泥石流灾害进行监测预警的目的。本文设计的泥石流灾害监测预警系统由六大模块组成,这六大模块分别为主控模块、数据采集模块、数据传输模块、电源模块、云端服务器和用户端。主控模块选择了自带性能强大的Free RTOS嵌入式实时操作系统的ESP32模块;数据采集模块由VMS-YL-N01-3002-02ABS型雨量传感器模块、PR-300SD-TR-N01型土壤含水率传感器模块、CASI-MPA-2011型次声传感器模块、US-100超声波测距传感器模块和SHT20温湿度传感器模块组成;数据传输模块选择了ATK-M750模块;电源模块采用了太阳能电池组件、太阳能控制器、12V锂电池为系统进行供电;云端服务器选择了功能强大的One NET平台;用户端选择了手机终端上的微信小程序。本文设计的泥石流灾害监测预警系统通过将数据采集模块所采集到的雨量、土壤含水率、次声、裂缝和空气温湿度数据传输到ESP32模块中,ESP32模块接收到数据后,判断采集到的雨量、土壤含水率和次声是否超过了对应风险等级的阈值,并输出风险等级,再通过数据传输模块将采集到的数据和判断的泥石流风险等级传输到One NET平台中,最后,使用微信小程序获取One NET平台中数据采集模块采集到的数据和泥石流风险等级并显示,从而实现对泥石流的监测预警。本文以北京地区泥石流灾害数据为例,通过对北京地区的泥石流样本进行分析,在众多泥石流灾害影响因子中,选取了对泥石流灾害影响较大的雨量、土壤含水率和次声信号中作为系统的主要监测目标并得出了发生泥石流时对应的临界值。本文根据实际需求,根据雨量、土壤含水率和次声发生泥石流时的临界值,提出了轻度、中度、高度和极度四个泥石流风险预警等级,并对这四个风险等级分别设置了不同的阈值和条件。系统通过判断采集到的雨量、土壤含水率和次声信号是否超过了对应风险等级的阈值来进行预警,并用US-100超声波传感器采集到的裂缝数据和SHT20温湿度模块采集到的空气温湿度数据来辅助预警。为了验证本系统的可行性,对本次设计的泥石流灾害监测预警系统进行了测试。测试结果显示,该系统能够正常采集雨量、土壤含水率、次声、裂缝和空气温湿度数据,可以根据雨量、土壤含水率和次声数据得出泥石流风险等级,并且将这些数据和泥石流风险传输至手机,实现了远距离实时对泥石流进行监测预警的目的,保证了人民的生命财产安全,满足了对泥石流灾害的监测预警的要求。
基于物联网的轨道车辆应变采集系统设计与实现
这是一篇关于轨道车辆,应变采集,ESP32,物联网的论文, 主要内容为当今轨道交通车辆正向智能节能、绿色环保方向发展,传统轨道车辆应变监测存在设备昂贵、体积大、能耗高和线束多的问题,以及在进行大规模、长期采集和监测时成本高昂等问题。近年来物联网技术的兴起和发展为解决这些问题提供了可能性。然而,由于物联网硬件模块及功能繁多使得选型和设计困难,还有采样频率低、精度不足、网络自组网不便等难题,目前采用该技术开发系统并实时采集轨道车辆应变数据仍是一项挑战,相关文献不多。因此,针对以上问题,本文设计开发了基于物联网的轨道车辆应变采集系统。具体研究内容如下:(1)研究了物联网应变采集系统的硬件设计。首先对系统硬件的功能需求作了分析,并设计了硬件的整体构架;其次对应变测量电路进行了分析与介绍,同时设计了信号调理电路,主要由放大电路和滤波电路构成。通过对硬件的模块化电路图、PCB电路板、能源供给装置和封装外壳进行自主设计和制造,提出并实现了小体积的精简设计,克服了传统应变监测设备占用空间大、组装复杂和能耗高等问题;最后通过连接各模块完成了硬件系统的整体设计。(2)设计和开发了基于物联网的轨道车辆应变采集软件系统。首先对系统软件的功能需求作了分析,并设计了软件的整体构架,同时搭建了系统的开发环境;其次提出了MESH无线组网的采集方法,实现了本系统的高效自组网和应变数据采集及传输;然后提出了采用ESP32 Buffer机制进行高频率采样方法,保证了高频率采集下应变数据的精度和完整性;最后在局域网范围内设计了Web采集界面,可控制网页进行数据的采集和下载。在云端方面设计了物联网云平台,将结果上传到云端并实现可视化功能。(3)物联网应变采集系统的实验验证与初步应用。首先对该系统的数据采集、无线传输储存和物联网云端平台的功能实现进行验证;其次通过静态、单次动态、多次动态以及高频率加载实验与商业应变采集系统进行结果对比,验证本系统的准确性;最后介绍本系统在轨道车辆构架上的初步应用。本文设计并实现了一种使用ESP32开源平台、基于物联网的轨道车辆应变采集系。通过实验验证,表明本系统具有准确度高、集成性强、布线少、体积小、能耗低、采样率高和实时采集传输的特点,能够以低成本较有效地满足轨道车辆的应变采集与监测的需要。其原型在轨道车辆的构架应变采集上实现了初步运用。
基于ESP32的泥石流灾害监测预警系统设计
这是一篇关于ESP32,泥石流灾害,监测预警,4G,微信小程序的论文, 主要内容为自然灾害对人类社会有着巨大影响,严重的自然灾害会造成重大的人员伤亡和财产损失。为减少自然灾害对人类社会带来的损害,需要做好防控措施,预警就显得尤为重要。其中,泥石流灾害作为常见的自然灾害之一,其危害不言而喻,而且我国地形复杂,泥石流灾害频发。针对这个问题,本文设计了一款能随时接收泥石流信息的灾害监测预警系统,达到了远距离且实时对泥石流灾害进行监测预警的目的。本文设计的泥石流灾害监测预警系统由六大模块组成,这六大模块分别为主控模块、数据采集模块、数据传输模块、电源模块、云端服务器和用户端。主控模块选择了自带性能强大的Free RTOS嵌入式实时操作系统的ESP32模块;数据采集模块由VMS-YL-N01-3002-02ABS型雨量传感器模块、PR-300SD-TR-N01型土壤含水率传感器模块、CASI-MPA-2011型次声传感器模块、US-100超声波测距传感器模块和SHT20温湿度传感器模块组成;数据传输模块选择了ATK-M750模块;电源模块采用了太阳能电池组件、太阳能控制器、12V锂电池为系统进行供电;云端服务器选择了功能强大的One NET平台;用户端选择了手机终端上的微信小程序。本文设计的泥石流灾害监测预警系统通过将数据采集模块所采集到的雨量、土壤含水率、次声、裂缝和空气温湿度数据传输到ESP32模块中,ESP32模块接收到数据后,判断采集到的雨量、土壤含水率和次声是否超过了对应风险等级的阈值,并输出风险等级,再通过数据传输模块将采集到的数据和判断的泥石流风险等级传输到One NET平台中,最后,使用微信小程序获取One NET平台中数据采集模块采集到的数据和泥石流风险等级并显示,从而实现对泥石流的监测预警。本文以北京地区泥石流灾害数据为例,通过对北京地区的泥石流样本进行分析,在众多泥石流灾害影响因子中,选取了对泥石流灾害影响较大的雨量、土壤含水率和次声信号中作为系统的主要监测目标并得出了发生泥石流时对应的临界值。本文根据实际需求,根据雨量、土壤含水率和次声发生泥石流时的临界值,提出了轻度、中度、高度和极度四个泥石流风险预警等级,并对这四个风险等级分别设置了不同的阈值和条件。系统通过判断采集到的雨量、土壤含水率和次声信号是否超过了对应风险等级的阈值来进行预警,并用US-100超声波传感器采集到的裂缝数据和SHT20温湿度模块采集到的空气温湿度数据来辅助预警。为了验证本系统的可行性,对本次设计的泥石流灾害监测预警系统进行了测试。测试结果显示,该系统能够正常采集雨量、土壤含水率、次声、裂缝和空气温湿度数据,可以根据雨量、土壤含水率和次声数据得出泥石流风险等级,并且将这些数据和泥石流风险传输至手机,实现了远距离实时对泥石流进行监测预警的目的,保证了人民的生命财产安全,满足了对泥石流灾害的监测预警的要求。
NDIR二氧化碳传感器信号读出电路研究
这是一篇关于NDIR,二氧化碳传感器,高分辨率检测,ESP32的论文, 主要内容为随着新型冠状病毒在全球范围内持续性地流行,在封闭环境中检测CO2气体浓度和医用检测人体呼吸末CO2含量的需求越来越多。为了满足不断增长的CO2气体浓度检测的需求,本文设计了一种基于非色散红外分光(Non-Dispersive Infrared,NDIR)原理的气体传感器读出电路,设计了基于MEMS光源和探测器的圆柱型气室结构。完成了CO2传感器的设计并且实现了1.6ppm分辨率的CO2检测。本文围绕着CO2的NDIR检测技术,开展了如下工作:(1)设计并且验证了NDIR二氧化碳传感器的读出电路,分为红外光源驱动电路、信号放大电路、电源电路以及信号采集电路四个部分。阐述了每个部分的工作原理与设计思路,并完成了红外光源驱动电路与热释电探测器的信号滤波放大电路的设计与仿真、信号幅值提取电路系统的设计,验证了各个模块的设计可行性。以及介绍了PCB布局布线设计的要点与思路,完成了NDIR传感器电路的硬件设计。并通过实际测试表明,实现了73d B高信噪比、高稳定性、高一致性的NDIR传感器信号处理专用电路。(2)开展了基于ESP32的NDIR传感器固件程序设计,实现了数模转换以及模数转换芯片的I2C驱动程序,设计了红外调制光源的驱动程序,设计了基于Matlab GUI的监测软件上位机程序。基于UART通讯协议设计了NDIR传感器采集数据的打包与Matlab串口数据解析的程序,实现了ESP32与Matlab的数据通讯以及电压信息、温湿度信息以及CO2浓度信息的实时曲线绘制处理。(3)基于MFC气体流量计以及恒温恒湿箱,搭建了用于测试NDIR气体传感器的测试装置。控制温湿度变量,并且对设计的CO2气体传感器进行了分辨率、准确度以及稳定性测试,与商用CO2传感器进行了对比。通过对比证实了本文设计的NDIR二氧化碳气体传感器具有高分辨率、高准确度、高稳定性的优点。可以用于低浓度的二氧化碳气体检测。
NDIR二氧化碳传感器信号读出电路研究
这是一篇关于NDIR,二氧化碳传感器,高分辨率检测,ESP32的论文, 主要内容为随着新型冠状病毒在全球范围内持续性地流行,在封闭环境中检测CO2气体浓度和医用检测人体呼吸末CO2含量的需求越来越多。为了满足不断增长的CO2气体浓度检测的需求,本文设计了一种基于非色散红外分光(Non-Dispersive Infrared,NDIR)原理的气体传感器读出电路,设计了基于MEMS光源和探测器的圆柱型气室结构。完成了CO2传感器的设计并且实现了1.6ppm分辨率的CO2检测。本文围绕着CO2的NDIR检测技术,开展了如下工作:(1)设计并且验证了NDIR二氧化碳传感器的读出电路,分为红外光源驱动电路、信号放大电路、电源电路以及信号采集电路四个部分。阐述了每个部分的工作原理与设计思路,并完成了红外光源驱动电路与热释电探测器的信号滤波放大电路的设计与仿真、信号幅值提取电路系统的设计,验证了各个模块的设计可行性。以及介绍了PCB布局布线设计的要点与思路,完成了NDIR传感器电路的硬件设计。并通过实际测试表明,实现了73d B高信噪比、高稳定性、高一致性的NDIR传感器信号处理专用电路。(2)开展了基于ESP32的NDIR传感器固件程序设计,实现了数模转换以及模数转换芯片的I2C驱动程序,设计了红外调制光源的驱动程序,设计了基于Matlab GUI的监测软件上位机程序。基于UART通讯协议设计了NDIR传感器采集数据的打包与Matlab串口数据解析的程序,实现了ESP32与Matlab的数据通讯以及电压信息、温湿度信息以及CO2浓度信息的实时曲线绘制处理。(3)基于MFC气体流量计以及恒温恒湿箱,搭建了用于测试NDIR气体传感器的测试装置。控制温湿度变量,并且对设计的CO2气体传感器进行了分辨率、准确度以及稳定性测试,与商用CO2传感器进行了对比。通过对比证实了本文设计的NDIR二氧化碳气体传感器具有高分辨率、高准确度、高稳定性的优点。可以用于低浓度的二氧化碳气体检测。
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