基于IPv6和ARM9的地震烈度計(jì)開(kāi)發(fā)

以低功耗微型電容式三軸向加速度傳感器作為傳感部件，采用基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)并定制Linux作為總控系統(tǒng)，選擇符合802.11b標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通訊技術(shù)作為儀器的網(wǎng)絡(luò)接入方式，研制完成基于無(wú)線IPv6的SI一2型地震烈度計(jì)，實(shí)現(xiàn)了地震烈度的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化觀測(cè)，解決了我國(guó)缺乏直接測(cè)定地震烈度儀器的問(wèn)題。

　　引 言

　??? 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已建設(shè)的城市地震災(zāi)害速報(bào)系統(tǒng)一般以地震烈度計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)為主體。日本東京煤氣公司在1994年就完成了由331臺(tái)譜烈度計(jì)、20臺(tái)液化傳感器和5臺(tái)強(qiáng)震儀構(gòu)成的地震監(jiān)測(cè)與震害快速評(píng)估系統(tǒng)(SIGNAL)。阪神地震取得顯著的減災(zāi)效益后，東京煤氣公司于1997年～2007年的十年間布設(shè)了3 800個(gè)新型地震譜烈度計(jì)。

　　目前我國(guó)儀器測(cè)定地震烈度是通過(guò)強(qiáng)震儀觀測(cè)數(shù)據(jù)換算得到的。但強(qiáng)震儀結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，制造成本很高，不便于大規(guī)模布設(shè)，而大量應(yīng)用國(guó)外地震烈度測(cè)定儀器也不現(xiàn)實(shí)，因此自主開(kāi)發(fā)我國(guó)適用的地震烈度傳感器很有必要。

　　近年來(lái)，傳感器網(wǎng)絡(luò)研究和應(yīng)用已成為熱點(diǎn)。專業(yè)傳感元器件產(chǎn)品也在向小型化、高精度發(fā)展，傳感器的發(fā)展出現(xiàn)了智能化、網(wǎng)絡(luò)化的新趨勢(shì)而非傳統(tǒng)的單純檢測(cè)功能。網(wǎng)絡(luò)傳感器以嵌入式微處理器為核心，集成了傳感器、信號(hào)處理器和網(wǎng)絡(luò)接口，由于引入了微處理器，采用了嵌入式技術(shù)和集成技術(shù)，使傳感器的體積減小，抗干擾性能和可靠性得到提高，同時(shí)提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性;網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)的應(yīng)用，為系統(tǒng)的擴(kuò)充提供了極大的方便，具有便于遠(yuǎn)程操作、維護(hù)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。因此，嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在地震觀測(cè)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。

　　鑒于此，新開(kāi)發(fā)的SI一2型地震烈度計(jì)不只是一個(gè)單純的地震烈度檢測(cè)儀器，而是一個(gè)高度集成的網(wǎng)絡(luò)化傳感器，它集成了地震烈度感知器件、采集模塊、嵌入式處理器與存儲(chǔ)器、通信器件、嵌入式軟件系統(tǒng)等，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通訊、定位等功能，可以通過(guò)無(wú)線方式接入IPv6網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用SI一2型地震烈度計(jì)搭建的基于IPv6的地震傳感器示范網(wǎng)絡(luò)，在地震監(jiān)測(cè)預(yù)警、地震應(yīng)急快速響應(yīng)以及減輕地震災(zāi)害方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　基于IPv6的SI一2型地震烈度計(jì)的軟、硬件資源由加速度傳感器，數(shù)據(jù)采集模塊(A/D)，電源，嵌入式系統(tǒng)(CPU)，符合802.11b標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)卡，GPS，內(nèi)置測(cè)控軟件等模塊構(gòu)成。市場(chǎng)上現(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)自帶的操作系統(tǒng)一般是Linux 2.4內(nèi)核，為支持IPv6須將操作系統(tǒng)的內(nèi)核進(jìn)行重新編譯，升級(jí)為2.6版本內(nèi)核。圖1所示是SI一2型地震烈度計(jì)的總體架構(gòu)。

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　　2 主要部件選型

　　2.1 傳感部件

　　選用美國(guó)Freescale公司出品的MMA7260Q低功耗微型電容式三軸向加速度傳感器。傳感器自身具有信號(hào)調(diào)理、一階低通鋁箔和溫度補(bǔ)償、高靈敏度、低噪聲、低功耗、線性輸出、自檢等特點(diǎn)。測(cè)量范圍：+/-2 g，測(cè)量精度：O.2μg。

　　2.2 數(shù)據(jù)采集A/D

　　地震烈度通過(guò)測(cè)量加速度換算而得，依據(jù)中國(guó)地震烈度表，最大的地震烈度2 g對(duì)應(yīng)的加速度在200 cm/s2左右，采用10位A/D進(jìn)行采樣，其加速度分辨率為0.04 g，對(duì)應(yīng)的烈度分辨率為O.024度，遠(yuǎn)高于人們所能接受的精度。