灌区地下水位远程监测终端设计

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1、2015年6月农机化研究第6期灌区地下水位远程监测终端设计刘璐，房俊龙，赵忠泽，关化楠，朱岩(东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨150030)摘要:为实现灌区地下水资源的合理开发利用，采用嵌入式和无线通信网络GPＲS技术，设计了以STM32芯片为主控制器的地下水位远程监测终端，并介绍了相关的硬件以及软件的设计方案。模拟试验表明，系统可将水位传感器采集的水位数据利用GPＲS网络传输给上位机系统，满足设计要求。关键词:灌区;地下水位;远程监测;STM32;GPＲS中图分类号:S274．4文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015

2、)06－0097－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.0240引言地下水是水资源的重要组成部分，也一直是农田灌溉和生活用水的重要来源。近年来，在我国北方地区，由于不合理的开发和利用等原因，使得地下水的水位正在逐年下降，造成了灌区地下水资源的浪费和流失。目前，我国针对灌区地下水资源的管理和利用仍然存在诸多弊端，在灌区地下水位监测方面也处于起始阶段。为此，针对我国北方灌区地下水资源的现状，设计了一套采用高精度传感器、单片机以及一些集成芯片的地下水位远程监测终端，使对地下水位的监测实现智能化，并且具有高精度

3、、高效率、高可靠性［1］等突出特点。1系统总体设计图1系统框图Fig．1Systemchart本设计以STM32为主控芯片，充分利用了STM32丰富的片上资源，使系统的精度、可靠性以及实时性都大大提升。数据的采集由压力传感器完成，将采集到的信息转换成数字信号，并通过ＲS232串口与现场单片机(STM32)进行通信。STM32将数据打包发送，由GPＲS传到上位机，上位机将接收到的水位数据进［2－3］行处理。系统框图如图1所示。2终端硬件设计本设计的硬件结构框图如图2所示。图2硬件结构框图收稿日期:2014－03－28Fig．2Theha

4、rdwarestructurediagram基金项目:博士后研究人员落户黑龙江科研启动基金项目(LBH－Q11173)硬件中主要的是数据采集模块，其由液位传感器作者简介:刘璐(1987－)，女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，构成。液位传感器输出0～3．3V直流电压信号，利用(E－mail)liulu19870511@126．com。通讯作者:房俊龙(1971－)，男，黑龙江延寿人，教授，博士生导师，A/D模数转换器，将采集来的模拟量转换成数字量，(E－mail)junlongfang@126．com。微控制器模块将采集的水位数据通过串

5、口与无线通·97·2015年6月农机化研究第6期信GPＲS模块交互，可以实现对各个模块的控制。无为115200b/s，就可以使用AT指令AT+IPＲ=“115线通信GPＲS模块接入互联网并且将采集的数据打200”发送设置。包，把水位数据传递给上位机。2)网络参数的配置。第1步设置接入的网关，然2．1主控制器芯片后设置移动终端类别，最后激活GPＲS加入网络。意法半导体公司推出了一款微控制器STM32，其3)建立可靠TCP连接。GPＲS模块的连接协议基于AＲMCortex－M3内核，以低成本、低功耗、高性TCP和端口号可以通过STM32发

6、送AT指令设置，发能的特点在各个领域得到了广泛的应用。其中，送指令(如AT+CLPOＲT=“TCP”、“8086”)，就可以STM32F103ＲBT6内嵌128kB大小的FLASH存储器，控制GPＲS模块通过TCP连接到服务器。若连接成时钟频率达到72MHz，具备较高运算能力;其引脚封功，数据就可以透明传输，将采集到的水位数据通过装兼容其它STM32系列处理器，具备丰富的外设，快GPＲS发送到TCP服务器上。速的中断处理能够满足控制领域的较高实时性要求;2．3电源模块配合ST公司发布的库文件，可以大大缩短开发周期，地下水位远程监测终端

7、的电源模块采用蓄电池［4］降低开发成本。和太阳能两种供电模式，主要依靠蓄电池供电，在蓄2．2GPＲS通信模块电池电力不足的时候，采用备用的太阳能供电。地下SIM900A是ALIENTEK推出的一款高性能工业水井都在偏远地区，要尽量减少对蓄电池的消耗，电级GPＲS模块，工作频段分别为900/1800MHz，支持源设计模块中都采用低功耗的芯片。电路中，利用场ＲS232串口和LVTTL串口，5～24V的超宽工作范围;效应管漏极的状态管理蓄电池和太阳能电池之间的具有CS－1、CS－2、CS－3、CS－4等4种GPＲS编码充放电关系。场效应管与

8、太阳能并联，当蓄电池电压方案，支持通用PPP连接的PAP协议，且可以实现语低于预设的最低电压值时，场效应管漏极处于断开状［5］音、短信和数据的传输。态，这时太阳能给蓄电池充电;反之，漏极处于导通状在设计方案中，将STM3