Бердиев А. А. Разработка комплекса дистанционного мониторинга оползневых процессов

Литий-ионный аккумулятор. В качестве источника постоянной питании выбран аккумулятор с номиналом 3.7V 4000 мAч.

Рис. 7. Литий-ионный аккумулятор


Блок-схема и особенности функционирования устройства
Блок-схема устройства приведена на Рис 8. Система функционирует следующим образом. После того, как система запущена нажатием кнопки питание, все модули и блоки переходят на активный режим работы. В первую очередь центральная плата ATMEGA 328-P считывает первичные данные с EEPROM-памяти, то-есть «ознакамливается» с предустановочными настройками. На данном этапе микроконтроллер ATMEGA 328-P считывает предустановленные значения параметров такие как: средний уровень мощности Rx, допускаемое отклонение минимального и максимального уровня мощности (Rx_min и Rx_max), максимальное допускаемое значение влажности (Hum_max). Кроме этого, модуль инициализирует номер абонента от EEPROM-памяти, которое впоследствии будет отправляться SMS оповещение.

Рис. 8. Функциональная блок-схема устройства
Вторым шагом является установка связи между SFP-модулем и ATMEGA 328-P микроконтроллером. Как было указано выше, данный вид связи осуществляется через двухпроводный two-wire интерфейс. ATMEGA 328-P обменивает данные с SFP модулем, а эти данные генерируется с помощью DDM протокола, встроенного в SFP. Данный протокол имеет информацию о цифровом контроле параметров SFP, такие как: уровень принимаемого сигнала Rx, мощность передатчика (лазера) Tx, напряжение питания и т.п. DDM генерирует различные типы данных в виде кодовых последовательностей под соответствующими элементами. Количество таких элементов составляет 256, каждый элемент имеет 1 байт информационной ёмкости. Например, 104-й и 105-й элементы отвечают за уровнем Rx, 102-й и 103-й элементы содержат данные о Tx, а также 96-й и 97-й элементы включают в себя информацию об уровне температуры SFP [11]. Используя значения этих параметров, можно провести диагностику и в дальнейшем принимать соответствующее решение, то есть оповещать, включать сигнализацию и т.п.

Рис 9. Пользовательский веб-интерфейс системы

Следующим этапом является запуск процесса измерений параметров. Измерения осуществляются с помощью двух сенсоров. Первый сенсор это – волоконно-оптический сенсор (датчик). Как было приведено выше, в качестве данного типа сенсора применяется одномодовый ВОК модификации G.652 с LC-SC-коннеткором. Второй сенсор – сенсор влажности почвы. Данный сенсор имеет 2 входа питания и 1 аналоговый выход передачи информации. Он подключается к аналоговому входу ATMEGA 328-P.
Далее ATMEGA 328-P микроконтроллер устанавливает связь с GSM модулем SIM 800L. Данный вид связи осуществляется на основе последовательного TTL интерфейса. На разработанном устройстве предусмотрен специальный светодиодный индикатор, мигание означает что осуществлена связь между ATMEGA 328-P микроконтроллером и GSM модулем. Модуль выполняет функцию как передатчик информации диагностируемых параметров, приемник кодовых (управляющих) SMS команд. Кроме этого он отправляет SMS оповещение в случае чрезвычайных ситуаций. Перед тем, как отправлять данные к серверу, ATMEGA 328-P дает сигнал GSM модулю команды “APN Configurations”, то-есть оно настраивает модуль под интернет конфигураций. Соответственно GSM модуль SIM 800L передает информации на Web Server в форме HTTP протокола. Информация между сервером и GSM модулем обмениваются на основе технологии Client-Server.
Информация, поступившая на сервер, в дальнейшем сохраняется и преобразуются в виде специальных графиков различных параметров (температура устройства, уровень Rx, уровень Tx, уровень влажности, уровень заряда встроенного аккумулятора, а также уровни последних критических значений данных параметров) в режиме реального времени (Рис. 9). Данные в сервере обновляются каждый 5 секунд. Дополнительно к основным параметрам введен «уровень заряда встроенного аккумулятора» в целях информирование оператора в Центре мониторинга о состоянии источника энергии, так как предполагается применить данное устройство с учётом лимита, то-есть рекомендуется периодически менять аккумулятор.
Последовательным этапом функционирования системы является процесс формирования сигналов извещения и уведомления. Микроконтроллер ATMEGA запрограммирован так, что под его контролем GSM-модуль непрерывно отправляет информацию к серверу об уровнях параметров, а также он отправляет SMS оповещение в случае если значения параметров превышают порог установленных границ. Одновременно с отправлением SMS, система раздает сигнальный звук тревоги с помощью пьезоэлемента, подключенного к центральной плате. С учётом динамический изменяемости калибровочного уровня Rx, этот параметр должен перенастраиваться каждый раз заново, то-есть, если установить устройство на другой объект, то предустановленные значения могут не совпадать с нынешней ситуацией. Это проблема решена с помощью специальных кодсодержащих SMS команд. Можно увеличить чувствительность системы путем приближение пороговых значений Rx к калибровочному уровню Rx, а также можно изменить пороговый уровень влажности, непосредственно всего лишь отправляя SMS команд.

Рис 10. Принципиальная схема устройства мониторинга состояние земной почвы

Принципиальная схема разработанного устройства приведена на рис 10. Полное принципиальное описание данной электрической схемы по функциональному назначению можно разделить на управления технологическими процессами, регулирования, защиты, измерения и сигнализации.

а) б)



в) г)
Рис 11. Чертежи печатной платы:
а) верхняя сторона платы; б) нижняя сторона платы; в) верхний 3D вид сборочной платы; г) нижний 3D вид сборочной платы.

Рис 12. Внешний вид устройства мониторинга земной почвы.

На основе разработанной схемы формировано чертеж двухсторонней печатной платы для нашего устройства (Рис. 11).
Кроме это изготовлен специальный корпус для устройства с помощью 3D печати. Внешний вид разработанного устройства приведена на рис 12.