中国是地质灾害最为严峻的国家之一，滑坡、坍塌、泥石流在汛期频频发生，形成巨大的人员和经济损失。而对裂缝位移的监测是一种公认的地质灾害监测的手法，经过对地表裂缝位移改变的监测，能够提早勘探滑坡等地质灾害的发生，到达预警的意图[1-2]。本文介绍了以线性位移传感器、STM32微操控器和无线传输等技能构成的一套具有实时数据收集和处理才能的长途裂缝位移监测仪器。
1 线性位移监测仪总体方案
裂缝位移监测仪选用线性位移传感器感知裂缝的位移改变，把裂缝移动的实践位移量转化为电压信号，原始位移电压信号经滤波、扩大等调度电路，送入A/D转化器，转化为数字信号，经STM32微操控器收集、处理后经过LCD显现，并将数据存储在本地U盘中。一起经过无线传输模块将数据发送到操控中心，以完结对裂缝位移的长途主动监测。本文规划的裂缝位移监测仪的总体方案如图1所示。
2 裂缝位移监测仪的硬件结构
2.1 位移传感器的选型及原理
裂缝位移监测仪首要监测的对象是裂缝，其具有缓变性的特色，针对该特征选用如图2所示的KTC系列线性式位移传感器。当被测裂缝发生改变时，带动线性位移传感器拉杆发生位移，经过转化模块传递给滑动式电阻器，滑动式电阻器将位移物理量转变为电信号量，经电缆传输至裂缝位移监测仪主机，即可测出裂缝位移的改变。
2.2 传感器恒流源电路
为了保证线性位移传感器的位移改变信号具有长距离传输的才能，在规划时，选用恒流源电路给线性位移传感器供电，恒流源电路如图3所示。恒流管选用DH906，经过调整电阻，将供电电流设定在0.3 mV，以保证传感器的输出电压信号在裂缝位移监测仪的A/D所需求的0~3.3 V的电压规模。
2.3 继电器驱动电路
裂缝位移监测仪在规划上能一起监测8通道位移传感器的位移改变，故选用8个松下继电器TX2-5V作为多路开关。继电器驱动电路如图4所示，其间基极和发射极之间的10 kΩ电阻的效果是在没有正向偏置电压的情况下，保证基极的电压为零，以避免三极管受外部的搅扰而误导通。光电耦合器TLP521-2是为了完结阻隔，避免继电器的开、闭对体系形成搅扰。
2.4 信号调度电路规划
信号调度电路由电压跟从器和一阶无源RC低通滤波电路组成，如图5所示。电压跟从器为整个监测仪体系供给高的输入阻抗，一起也起到电压阻隔的效果。裂缝改变的位移信号为缓变的直流信号，因而，选用低通滤波电路滤除传感器位移信号中的高频搅扰。为了保证监测仪体系在不连接传感器时的显现清零，在电路中将放电电阻设为100 kΩ。
2.5 微操控器电路
微操控器是裂缝位移监测仪的操控中心，继电器通断的操控、数据的收集处理、存储及长途发送均由微操控器操控。本位移监测仪选用STM32F103ZE作为仪器的操控中心[3-4]，其自带的12 bit A/D转化器用于转化信号调度电路的输出电压；STM32F103ZE经过GPIO口与LCD1602和输入键盘相接，其内部自带的实时钟模块用于完结守时收集使命；其串口用于驱动U盘存储电路和长途传输模块电路。
U盘存储电路选用南京沁恒公司出产的U盘文件读写模块，其支撑FAT12、FAT16及FAT32文件体系，外围电路简略、操作便利。长途传输模块内嵌完好的TCP/IP协议，将STM32F103ZE收集到的数据经过GSM网络发送到监控中心，然后完结长途监控[5]。
3 裂缝位移监测仪的软件规划
裂缝位移监测仪的软件首要针对STM32F103ZE进行编程，详细完结监测仪的初始化、体系参数的输入、位移信号的数据收集处理，然后将收集到的数据保存在U盘中，一起将收集到的数据经过长途传输模块发送到操控中心。软件主体选用C言语编写，其流程如图6所示。
主程序为循环结构，在主循环结构中根据状况标志位来判别是进行丈量仍是进行参数设定。在丈量分支程序中顺次根据参数完结多通道的收集、数据保存、长途发送功用；在体系参数设定分支中，根据状况标志位完结时刻设定、监测时刻距离设定、通道数设定和操控中心IP设定功用。状况标志位的更改规划在中止程序中，当有键按下时，主程序挂起，进入按键中止程序；在中止程序中根据引起中止的按键而更改状况标志位，完结状况标志位的更改后退出中止程序，主程序再根据设定的状况标志位完结丈量和体系参数设定之间的转化，然后完结位移监测的各项功用。
4 裂缝位移监测仪的模仿试验
在完结裂缝位移监测仪的硬件焊接、软件编写作业后，进行了裂缝位移监测仪的室内模仿试验。试验时，将裂缝位移传感器连接在监测仪的通道1上，然后模仿裂缝位移的改变，不断拉动位移传感器的拉杆，一起用万用表和裂缝位移监测仪丈量传感器的输出电压。试验测试数据如表1所示。
从表1的试验数据中能够看出，自行研发的裂缝位移监测仪同万用表丈量的数据十分挨近，绝对误差最大只要1.2 mV，能够满意实践裂缝位移监测的需求。
本文使用线性位移传感器、STM32F103ZE微操控器和无线传输技能研发了8通道的裂缝位移监测仪，并经过室内模仿试验标明，位移监测仪能安稳作业，能够满意裂缝位移的实践监测需求。在野外裂缝位移监测时，配以太阳能设备，即可完结对地表裂缝位移或地表滑坡位移的长途、实时的主动监测。
