灌区地下水位远程监测系统的设计

发布时间：2020-07-29 19:39

【摘要】：水不仅是人类生产生活的关键资源,而且是维持人类生命的源泉。如今,随着城市建设的快速发展,水资源的保护和治理成为了社会的主要关注问题。地下水是整个水资源的重要组成部分,有效的保护和利用地下水资源才能解决城市用水和农业灌溉的问题。水资源是农业自动化迅速发展的一个瓶颈,因此,要全面掌握地下水资源的信息解决农业灌溉等问题。地下水资源对农业的发展有着特殊的意义。我国北方一些地区缺水严重,特别是农田灌溉的水源得不到有效的保障,都需要开采地下水来解决灌区的灌溉问题。地下水具有地表水所达不到的优点,不受气候所影响,对防旱抗旱有较强的能力,因此,农业灌溉较多的使用地下水资源。但是随着近些年来对地下水过度的依赖,无节制的开采地下水导致地面塌陷等环境问题越来越多。因此对灌区的地下水资源信息建立一个完善的管理系统,合理开发利用,成为解决农业用水的主要手段。本文所设计的灌区地下水远程监测系统的监测终端采集并且处理监测到的水位信息,然后通过GPRS网络将所采集的水位数据远程传送到上位机监测中心,在上位机监测中心用户可以看到当前水位的信息,并且可以查看历史水位信息。系统主要有三个部分：灌区地下水远程监测终端、无线通信GPRS、上位机监测中心。灌区地下水远程监测终端采用STM32为主控芯片,配合扩散硅压力传感器、SIM900A通信模块、LCD显示模块以及电源模块等,完成了终端显示方便、操作简单以及无人值守等特点,实现了地下水位监测终端的自动化。并且远程监测终端采用蓄电池对系统进行供电,同时太阳能电池对蓄电池进行辅助充电,使系统在偏远地区在没有交流供电的情况下也可以正常使用。数据通信采用SIM900A模块,完成了地下水位远程终端与上位机监测中心的通信和数据传输。上位机监测中心采用VC++开发的用户界面模块和数据库模块组成,将接收到的数据信息传送到上位机的数据库保存,采用微软的SQL Server2000来对数据进行存储、管理和查询以及对数据进行分析和处理,可以生成水位信息的报表,为更加合理的管理与较高的利用地下水资源提供科学的数据。通过对灌区地下水远程监测终端进行测试,能够正常的发送到上位机监测中心,上位机能够很好的处理水位数据,并且各个模块都正常运行。灌区地下水位远程监测系统能够可靠、稳定的运行,并且具有较高的自动化性能和良好的人机交互界面,完成了系统整体功能。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S274.2
【图文】：

整体结构

系统方案对比与总体设计针对灌区地下水自有的特点，设计完整的远程监测系统，整体结构如图2-4所示，达到对灌区地下水位的实时监测，更加有效的宏观控制地下水资源。远程数据采集终端置SSBSflBSdH -Vi. 太阳能电池板I STM32蓄电池 ., Jy Sj-'TTi # ■j_ it I I压力传感器 ?； . *远程数据采集终端 ■控制台！■ r—A ‘ Z'5 STM32 ：广等——M GPRS模块#压力—传感器图2-4整体结构图Fig.2-4 Overall Structure灌区地下水位远程监测系统主要有三个部分组成，地下水位远程监测终端、数据无线传输部分、上位机监测中心。下面将详细介绍着三部分的设计。(1)地下水位远程监测终端地下水位远程监测终端放置在每个观测点，功能是将灌区的观测井的水位数据采集上来，然后将数据打包发送给上位机监测中心。监测终端的硬件组成部分由主控制器STM32、水位传感器、GPRS、LCD液晶显示以及供电电源等组成。水位传感器将数据采集上来，然后经过ADC对数据进行处理，得到水位数据，STM32将水位数据保存，并且将其进行数据的转换、打包

演示图,地下水位,计算方法,已知量

图2-9地下水位计算方法演示图Fig.2-9 Underground water level method to calculate the demo figure所示，L代表放线值，W代表水位，h代表测量值，D代表埋深，=H-L+h，因为在测量中，海拔高度H和放线值L都为已知量，因出水位的值。

蓄电池,监测终端,远程监测,终端

采用电池供电，主要的原因在于设计时考虑到监测终端的功耗问题，低功耗可以延长蓄电池的寿命，并且增加蓄电池的利用率。监测终端的电源部分硬件电路如图3-4所示。+i:vZ— R丨 R2： n f——1 PC6^^ loK I太阳能电池I I^ ^ }0 117 对 3r ^ ^ d_ 1 工上 j Vin I 上 Tci3— N CIO 4= T ‘^T =rQ.1ui| lOOuFjCIl 1 C12 j lOOifj O.luF[|1. I^ K U 33uF O.luF,DZeoerl T 1————Lj".ra ui ^^ j ■ . Vm Vom < 1 — VjD Voui 1 ■■ 1 j \^d Vom < | {h5V蓄桃丨 C3^ Gy> I C4 士 C5=i= —C6 士 07=== 1 0 I Csi 丰i lOOuF 7824 1 O.luF J | lOOif 78121 丨 O.luF I lOOuF 7805 I O.luF J ICKXiF-—‘~~I N X X X —图3-4电源模块设计Fig.3-4 Power module design灌区地下水位远程监测终端中的水位传感器采用24V供电，其中主控芯片STM32是采用的3.3V供电模式，其他部分芯片也有采用5V供电的模式。设计中利用蓄电池对远程监测终端进行供电，懫用两块12V的蓄电池进行串联，输出24V的电压，直接给水位传感器进行供电。对于5V供电的电路设计，通过三端集成稳压块进行转换，分别懫用7824、7812、7805稳压管将24V转换成5V电压，这种设计方式主要考虑这种半导体器件具有一定的耐压性能，保护稳压器件

【参考文献】