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

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