基于微震技术的田野文物信息采集系统设计

发布时间：2017-06-23 19:18

  本文关键词：基于微震技术的田野文物信息采集系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：文物古迹记录了历史，反映了历史的面貌，随着历史的变迁、自然力和人为因素的破坏，，文物面临着前所未有的危险，文物被损毁或被盗的案件时有发生，给国家造成了巨大的损失。现阶段，文物保存环境的监测手段还是通过半人工测量监测的方法来实现，要做到“提前预防，由被动变为主动”的监测保护是很难实现的。现有的安全防范手段，诸如视频监控、红外监控等技术对于地下挖掘或者夜间爆破等盗掘活动不能起到有效的监控作用。在这种情况下，研制出一种实时有效的田野文物监控系统，就成为当下必须解决的问题。 本文依据田野文物监控的现状，对几种常见的监控技术（如视频监控、红外监控等）进行了比较。在分析古墓、石刻等田野文物被盗时人为活动特点的基础上提出了基于微震动传感技术的田野文物信息采集系统，实现对田野文物微震动信息的实时监测。该系统由检波监测网、微处理器控制模块和中继模块协调器三部分组成。微震动检波监测网采集微震动信号，经微处理器控制模块对采集信号进行信号调理、数据转换、数据存储，通过ZigBee射频天线无线发送给中继模块协调器；中继模块协调器进行数据汇聚、数据存储后将采集数据转发给远程控制中心，远程控制中心专家系统对其进行最终分析和处理。 本文对采集系统进行了方案设计与论证，并重点介绍了田野文物信息采集系统的组成原理、硬件设计及软件实现。主要包括采集节点软硬件设计、采集节点与中继模块协调器星型组网设计及Zigbee无线数传软件设计，主要涉及微震动检测技术、ZigBee短距离无线通信、ZigBee组网、串口通信等关键技术。采集系统硬件设计基于CC2430微处理器开发平台，软件设计基于IAR Embedded Workbench开发环境,运用C语言进行软件编程，运用SmartRF04Flash Programmer实现应用程序的下载。论文最后对系统软、硬件及采集数据信息进行了测试，结果表明预期方案可行。 该系统具备实时性、智能性、低功耗、低成本等特点，对田野文物保护工作起到了重要的作用。
【关键词】：文物监控 微震动 数据采集 ZigBee CC2430
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：K87;TP274.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 选题背景9
• 1.2 田野文物保护现状9-11
• 1.3 研究意义11
• 1.4 本论文的主要工作11-13
• 2 田野文物监控技术13-21
• 2.1 田野文物监控技术现状13
• 2.2 视屏监控技术13-15
• 2.2.1 视频监控概述13
• 2.2.2 视频监控系统组成及原理13-14
• 2.2.3 视频监控的特点14-15
• 2.2.4 视频监控适用范围15
• 2.3 红外监控技术15-16
• 2.3.1 红外监控技术概述15
• 2.3.2 红外热成像系统组成及工作原理15-16
• 2.3.3 红外监控的特点16
• 2.3.4 红外监控适用范围16
• 2.4 微地震监测技术16-20
• 2.4.1 微地震监测技术概述17
• 2.4.2 微地震研究现状17-18
• 2.4.3 微地震监测技术的应用18
• 2.4.4 微震动监测原理18-19
• 2.4.5 微地震监控技术的特点19-20
• 2.4.6 微震动监测技术在田野文物监控系统中的应用20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 田野文物监控系统方案分析与设计21-31
• 3.1 田野文物保护需求分析21
• 3.2 田野文物监控系统方案21-26
• 3.2.1 无线方案选择22-25
• 3.2.2 田野文物信息采集（检波检测）系统总体方案设计25-26
• 3.3 ZigBee 技术26-30
• 3.3.1 IEEE802.15.4/ZigBee 技术概述26-27
• 3.3.2 ZigBee 技术特点及应用27-28
• 3.3.3 ZiBee 技术体系架构28-29
• 3.3.4 ZigBee 设备与网络29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 4 基于微震监测技术的田野文物信息采集系统硬件分析与设计31-46
• 4.1 检波监测网31-33
• 4.1.1 检波器特点32
• 4.1.2 检波器技术指标32-33
• 4.2 调理电路设计33-35
• 4.3 微处理器控制部分设计35-42
• 4.3.1 CC2430 微处理器模块35-38
• 4.3.2 时钟复位模块38-39
• 4.3.3 数据存储模块39-40
• 4.3.4 RS232 模块40-41
• 4.3.5 JTAG 接口电路模块41
• 4.3.6 电源模块41-42
• 4.4 PCB 设计42-45
• 4.4.1 系统 PCB 板设计原则42-43
• 4.4.2 硬件电路抗干扰设计43-44
• 4.4.3 天线设计44
• 4.4.4 信息采集节点 PCB 实现及实物44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 5 基于微震监测技术的田野文物信息采集系统软件设计46-69
• 5.1 采集系统软件开发平台46-47
• 5.1.1 IAR Embedded Workbench46-47
• 5.1.2 SmartRF04 Flash Programmer47
• 5.2 采集系统主控程序设计47-48
• 5.3 Z-Stack 协议栈48-53
• 5.3.1 Z-stack 协议栈文件解析49-50
• 5.3.2 Z-Stack 工作流程50-51
• 5.3.3 系统初始化51
• 5.3.4 操作系统的执行51-53
• 5.4 ZigBee 组网53-60
• 5.4.1 通信原语53-54
• 5.4.2 信道设置54-56
• 5.4.3 PANID 设置56
• 5.4.4 网络配置设计56-58
• 5.4.5 Z-Stack 组网实现58-60
• 5.5 采集节点软件设计60-65
• 5.5.1 采集节点程序设计60-61
• 5.5.2 A/D 模块程序设计61-63
• 5.5.3 数据存储模块程序设计63-65
• 5.6 中继模块协调器软件设计65-68
• 5.6.1 协调器程序设计66-67
• 5.6.2 串口通信程序设计67-68
• 5.7 本章小结68-69
• 6 系统测试69-73
• 6.1 系统测试方案69
• 6.2 系统测试工具69-70
• 6.3 系统测试结果70-72
• 6.4 本章小结72-73
• 7 结论73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 附录78

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