我国是世界上受到地质灾害损失较为严重的国家,滑坡、泥石流等地质灾害严重威胁着经济社会的发展。地质灾害预警监测系统作为一种提前预知和及时发现地质灾害发生的一种监测手段,对减少人员伤亡、财产损失以及灾害救援等都具有重要的意义。本文以地质灾害预警为背景,设计了一种通用型的数据采集装置,可以同时采集野外环境中的降雨量、泥水位和次声等数据,为地质灾害预警提供可靠的信息,以保障预警决策的准确性和可靠性。本文的主要研究工作如下:(1)结构设计。根据监测现场的特殊环境,确定了由数据采集节点和边界路由节点组成的监测网络完成数据的采集工作,即数据采集装置的设计包括数据采集节点和边界路由节点两部分。数据采集节点完成地质灾害预警监测现场原始数据的采集、处理和上传等工作,边界路由节点管理无线传感器网络内所有节点,将数据向外部有线网络进行路由转发。(2)硬件设计。针对地质灾害预警数据采集装置的数据采集与传输、电源管理和调试等功能,完成了采集节点和路由节点的硬件电路设计。选用Tiva C系列的ARM Cortex-M4微控制器作主控单元,扩展了数字和模拟采集电路、无线和有线通信接口、电源管理电路、JTAG和串口调试接口等外部模块。(3)软件设计。为实现该装置基本的数据采集、处理、传输等功能,在Contiki操作系统环境下,设计了节点的硬件驱动程序、数据采集和处理程序、线程组织与调度程序。所有程序都通过交叉编译工具生成在了可以在节点微控制器中运行的可执行文件。(4)数据远传。采用基于IPv6的6Lo WPAN通信协议以实现数据的远程传输。每个节点都配置了独一无二的IPv6地址,并利用TCP/IP、MQTT、Co AP等应用层通信协议实现了数据包的上传功能。云服务器作为数据接收端,也采用了与节点对应的通信协议完成数据的接收和数据库存储任务。这种无线传输方式,对于数据汇聚的功能没有太大需求,仅使用只有路由功能的边界路由节点,就可实现外部有线网络设备和内部无线通信节点的端到端的访问功能。(5)实验测试。在完成软、硬件设计和实现的基础上,对数据采集装置样机进行了实验室调试,分别验证了数据采集、处理和传输各个部分功能。并以泥石流预警系统为例,进行了野外环境测试。整个装置达到了最初的设计目标,实现了设计的各种功能。地质灾害预警数据采集装置能够为地质灾害预警提供了稳定、可靠的现场环境数据,保障了预警系统的准确判断与决策,能够对即将发生或已经发生的地质灾害提供更多的实时、历史地理环境信息,为现场的人员疏散和救援行动提供科学依据。