摘要：由于社會發展和環境變化，滑坡災害發生十分頻繁，傳統的有線通信方式監測系統很難實現。為了減少滑坡災害所帶來的損失，采用高精度CPS模塊和S3C2440芯片進行數據采集和處理，通過內嵌TCP／IP協議棧的SIM300GPRS模塊以無線方式與Internet網絡連接，將采集后的數據傳送至上住機進行分析其是否可能發生滑坡泥石流危害，成功實現了監測系統對測量位置的遠程實時監測，保證了嵌入式滑坡監測系統的可行性。
關鍵詞：滑坡監測系統；ARM；GPS；GPRS

    我國是一個地質災害多發國家，近年來，工礦產業逐漸由城鎮轉向山區，山體結構遭到不同程度的損害，山體滑坡和泥石流等地質災害頻發，嚴重威脅著人們的生命和財產安全，并造成了重大的經濟損失。
    目前，滑坡監測技術主要有宏觀地質觀測法、簡易測量法、大地精密測量法、全球定位系統(Clobal Positioning System，GPS)法、儀器儀表監測法和綜合自動遙測法等。在上述技術中，采用最多的就是GPS技術，GPS技術己經廣泛應用在精密工程測量和滑坡監測中。傳統滑坡監測主要是應用傳統的人工巡回測試、記錄和處理。數據匯總后滑坡可能已經發生破壞，因此不可能及時準確地對滑坡狀況進行預測。其最大弊病是難以及時甚至無法捕捉到滑坡臨近失穩前的寶貴信息。此外，傳統監測方法多采用有線方式連接，但滑坡監視的區域一般是災害發生點，其地形險要、環境惡劣，給現場布線工作帶來很大的難度并有一定的危險性。
    針對這些問題，本文提出了以ARM9嵌入式處理器為核心，以數據采集技術、GPS全球定位技術、GPRS通信網絡技術為一體的實時嵌入式滑坡監控系統，具有無人值守、24小時連續工作、低成本等優勢，并且有效地減小了山體滑坡和泥石流等地質災害所帶來的嚴重危害，提高了預防能力。

1 滑坡監測系統原理
    嵌入式滑坡監測系統主要由ARM9芯片S3C2440、M87GPS數據采集處理終端和GPRS數據傳送終端組成，其系統結構框圖如圖1所示。本系統將GPS接收到的衛星信號傳送至MCU，數據經MCU處理后由GPRS模塊通過GPRS網絡傳送到特定IP地址的網絡中，最后遠程監測PC機通過訪問Int-ernet接收數據。

1．1 嵌入式處理器S3C2440
    S3C2440是一款基于ARM920T內核的32位R1SC嵌入式微處理器，主要應用在手持設備以及高性價比和低功耗產品中。S3C2440處理器主頻400 MHz，最高可達533 MHz，擁有16 kB地址高速緩存，采用16位／32位RISC結構和ARM精簡指令集，并能夠支持WinCE、Linux等操作系統。
1．2 GPS模塊
    本系統選用HOLUX M87 GPS接收芯片，采用低耗電量MTK GPS所設計的超小型衛星接收模塊，可實現GPS進行導航和定位的目的。M87對于導航應用提供高達-159 dBm的絕佳靈敏度與快速的第一次定位時間，可搜尋多達32個衛星頻道，具有快速位置修正、在惡劣環境下持續工作的優點。由GPS模塊輸出的CMOS電平可以直接驅動S3C2440芯片，因此在系統集成時可直接將GPS模塊的串口與S3C2440的串口相連，而不需要電平轉換。
1．3 GPRS通訊模塊
    SIM300是SIMCOM公司推出的GSM／GPRS雙頻模塊，支持TCP／IP協議、三頻／四頻／GSM／GPRS，支持PDU模式和文本模式的短消息傳送，支持數據和傳真信息的高速傳輸，使用時更加方便靈活。SIM300模塊主要由基帶處理器、供電模塊、FLASH模塊、ZIF連接器天線接口和GSM射頻模塊5個部分組成。
    在該設計中，GPRS模塊的接口信號RXD,TXD與S3C2440的TXD0、RXD0連接，當系統和GPRS模塊啟動后，MCU通過串口直接向GPRS模塊發送AT指令使其接入GPRS網絡并進行參數設置。其內容包括波特率、網關、GPRS模塊的類別、測試GPRS服務是否開通等。
    對GPRS主要的設置工作有：
    1)是否為GPRS網絡覆蓋區：AT+CGPRS=1；2)GPRS附著：AT+CGATT=1。表示己連到GPRS網絡上；3)定義PDP上下文：AT+CGDCONT=1，IP，cmnet。設置GPRS接入網關為中國移動網；4)初始化一個新端口并且與遠端建立一個連接；5)“ATDT*99***1#”用來撥通連接GPRS節點服務器，操作成功則返回CONNECT。“*99***1#”是GPRS業務號碼。

2 滑坡監測系統硬件設計
    嵌入式滑坡監測系統的硬件以S3C2440及其外圍部件為基礎，通過串口控制GPS模塊和GPRS模塊的動作，最終達到系統要求。
2．1 電源電路
    電源電路是整個系統工作的基礎，電源的工作特性直接影響系統的穩定性。在電源的設計過程中著重考慮以下因素：輸入的電壓、電流；電源保護；輸出的電壓、電流和功率；電磁兼容和電磁干擾；體積限制等。由于ARM9芯片的高速、低消耗、低功耗等特性導致其噪聲容限低，對電源瞬態響應性、可靠性、時鐘穩定性等都提出了更高的要求。
    滑坡監測系統的供電電源為變壓器220 V轉5 V供電，5 V電源主要給串口RS232和其他外圍芯片供電，3．3 V主要給I／O口、NandFlash、SDRAM、復位芯片等提供電源。1．25 V供電采用MAXIM公司的低功耗線性電源芯片MAX8860EUA18，為S3C2440提供內核電壓。
2．2 系統時鐘電路
    S3C2440需要兩個外部晶振電路：一路做CPU時鐘；另一路給RTC提供時鐘。時鐘電路如圖2所示。

2．3 JTAG調試接口設計
    聯合測試行動小組(Joint Test Action Group，JTAG)是一種國際標準測試協議，主要用于芯片內部測試及對系統進行仿真、調試。目前大多數比較復雜的器件都支持JTAG協議，標準的5線JTAG包含TCK、TMS、TDI、TDO和TRST，JTAG電路如圖3所示。

3 滑坡監測系統軟件設計
3．1 經緯度計算兩點之間的距離
    由于地球表面是不規則的橢球體，因此十分精確的測量任兩點間的距離是非常困難的。但是，在滑坡監測中一般用于小范圍兩點間距的測量，所以可以通過近似的方法來簡化求解過程，同時也能快速得到令人滿意的求解值。計算位移程序如下：

 
3．2 平臺演示
    本系統通過GPS接收模塊可以準確的輸出定位信息，首先確定基準位置：如$GPRMC，020534．000，A，3746．9012，N，11233．5839，E，0．00，96．40，101210，，，A*50，信息經數據采集終端采集處理后輸出：10：05：34．3746．9012，N，11233．5839，E 2010．  12．10。每隔一分鐘采集一次，本次試驗共采集兩次，偏移位置：如$GPRMC，020634．000，A，3746．8643，N，11233．5916，E，0．00，96．40，101210，，，A*50，信息經數據采集終端采集處理后輸出：10：06：34．3786．8643，N，11233．5916，E 2010．12．10。經GPRS傳送給上位機進行數據比較處理，然后計算出此次采集偏移量，得到是否可能發生滑坡泥石流危害，如圖4所示。
　

4 結論
    本文給出了針對傳統滑坡現場監測系統的改進方案，并對整體結構進行了深入分析，根據所需要實現的功能構建了整體軟硬件開發平臺。提出了一種基于ARM的嵌入式滑坡監測系統，通過GPS定位系統和數據采集終端，并結合GPRS通信網絡實現了一種更加安全穩定的滑坡現場監測方案。