基于STM32的智能地震监测预警系统

物联网与传感器 时间：2025-09-08来源：

地震是不可预测的自然灾害，可能对生命和基础设施造成灾难性破坏。早期发现和及时警报在最大限度地降低风险和改善准备方面发挥着至关重要的作用。随着微控制器和传感器技术的进步，构建具有成本效益且可靠的地震监测和警报系统已成为可行。该项目演示了使用 STM32 微控制器设计和开发地震监测和警报系统。该系统采用振动传感器来检测地震活动、处理数据并触发警报以及时发出警告。

项目描述

地震监测和警报系统旨在使用灵敏的加速度计连续感应地面振动。STM32微控制器处理传感器信号，将其与预定义的阈值进行比较，并对振动是指示正常干扰还是潜在地震进行分类。当检测到异常地震活动时，系统会激活视觉和听觉警报，还可以向连接的物联网平台发送警报以进行远程监控。

该系统具有可扩展性，可以部署在城市或农村地区，与无线模块连接，实现实时数据传输。它还可以集成到更大的灾害管理框架中。

目标

  1. 使用加速度计数据检测地震活动。

  2. 使用 STM32 微控制器处理传感器信号以实现准确分类。

  3. 在超过阈值时生成警报（蜂鸣器、LED 指示灯）。

  4. 启用 IoT 连接（可选）以将警报传输到中央服务器。

  5. 低功耗、可靠、高性价比的设计，适合大规模部署。

使用的组件

  1. STM32 微控制器板（STM32F103C8T6“Blue Pill”）——核心处理单元。

  2. 加速度计（ADXL335 或 MPU6050）——感应地面振动。

  3. 蜂鸣器 – 用于声音警报。

  4. LED 指示灯（红/绿/黄）——正常、警告和危险级别的视觉警报。

  5. LCD 显示屏（16×2 或 OLED I2C）——显示系统状态和振动读数。

  6. 电源（5V 稳压） – 用于为系统供电。

  7. Wi-Fi 模块（ESP8266/ESP32，可选）——用于物联网连接和远程监控。

  8. 电阻器、电容器、连接线 – 用于电路集成。

  9. 面包板/PCB – 用于原型设计和最终电路设计。

  10. 电池/适配器 – 便携式电源选项。

方框图

电路图说明

工作原理

  1. 加速度计连续测量三个轴（X、Y、Z）的地面振动。

  2. 数据被输入 STM32，它处理信号并计算振动幅度。

  3. 定义阈值（例如，低振动 = 安全，中等振动 = 警告，高振动 = 危险）。

  4. 如果检测到危险级振动：

    • 蜂鸣器立即激活。

    • 红色 LED 持续闪烁。

    • LCD 上显示警报消息。

    • 物联网模块（如果已连接）将数据传输到远程服务器。

算法

  1. 初始化 STM32 外设（ADC、GPIO、I2C、UART）。

  2. 连续读取加速度计数据。

  3. 使用以下公式计算振动幅度：震级=√（X2+Y2+Z2）震级 = √（X² + Y² + Z²）Magnitude=√（X2+Y2+Z2）

  4. 比较幅度与阈值：

    • 如果<安全阈值→绿色 LED 亮起。

    • 如果介于警告和危险之间→黄色 LED + 蜂鸣器发出短哔声。

    • 如果>危险阈值→红色 LED + 连续蜂鸣器 + 警报消息。

  5. 使用当前状态更新 LCD/OLED。

  6. 如果启用了物联网，则传输振动数据和警报信号。

示例代码（STM32，带有 STM32 内核的 Arduino IDE）

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
int xPin = A0;
int yPin = A1;
int zPin = A2;
int buzzer = PB0;
int ledGreen = PB1;
int ledYellow = PB2;
int ledRed = PB3;
float safeThresh = 0.5;
float warnThresh = 1.5;
float dangerThresh = 3.0;
void setup() {
pinMode(buzzer, OUTPUT);
pinMode(ledGreen, OUTPUT);
pinMode(ledYellow, OUTPUT);
pinMode(ledRed, OUTPUT);
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Earthquake Mon”);
delay(2000);
}
void loop() {
float x = analogRead(xPin) * (3.3 / 4096.0);
float y = analogRead(yPin) * (3.3 / 4096.0);
float z = analogRead(zPin) * (3.3 / 4096.0);
float magnitude = sqrt((x * x) + (y * y) + (z * z));
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Mag: “);
lcd.print(magnitude);
if (magnitude < safeThresh) {
digitalWrite(ledGreen, HIGH);
digitalWrite(ledYellow, LOW);
digitalWrite(ledRed, LOW);
digitalWrite(buzzer, LOW);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Status: Safe”);
} else if (magnitude < dangerThresh) {
digitalWrite(ledGreen, LOW);
digitalWrite(ledYellow, HIGH);
digitalWrite(ledRed, LOW);
tone(buzzer, 1000, 200);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Status: Warning”);
} else {
digitalWrite(ledGreen, LOW);
digitalWrite(ledYellow, LOW);
digitalWrite(ledRed, HIGH);
digitalWrite(buzzer, HIGH);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Status: Danger”);
}
delay(500);
}

应用

  1. 住宅和商业安全系统。

  2. 与智慧城市集成以实现自动化灾难管理。

  3. 工厂和关键基础设施的工业监控。

  4. 通过物联网向中央当局发出远程警报。

未来的增强功能

结论

该项目演示了如何利用 STM32 微控制器构建高效可靠的地震监测和警报系统。通过结合加速度计传感、基于阈值的分类和物联网连接，该系统为早期检测和警报提供了实用的解决方案。此类系统如果广泛部署，可以帮助减轻地震的破坏性影响，并在备灾和管理中发挥至关重要的作用。


关键词： STM32 地震监测预警系统

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