基于GPRS的地下水水情无线监测系统的设计与应用

论文摘要

本论文是在古交市水资源管理局“地下水水情测报项目”资助下,结合古交市水情测报系统建设的实际需求完成的一项应用研究。地下水是水资源的重要组成部分,地下水供水一直是我国用水的主要来源,不仅是维持社会经济发展的重要来源,而且是维持生态地质系统环境稳定的重要因素。古交市位于山西省太原市西北部,很多地下水井用水量计量都还停留在Ⅱ型仪表的水平上,智能化程度远远不够。远远不能满足现代化水资源管理要求,造成了水资源严重的滥采、滥用现象。基于上述原因,本课题结合古交水资源管理的实际情况,利用GPRS移动传输,设计了基于GPRS的地下水水情监测系统。该系统可以满足水资源管理准确、实时获取地下水水情信息的要求,这对地下水资源的合理化管理具有重要的指导意义。结合“基于GPRS的地下水水情无线监测系统”的设计,本课题完成了以下几部分研究内容：(1)根据系统应用的需求,针对系统设计中所涉及的关键技术作了相关调查分析与研究。通过相关技术的研究,确定了系统的总体设计方案。(2)完成了“基于GPRS地下水水情无线监测系统”的设计任务。在系统总体设计中,提出以超声波传感器为流量检测装置,以“压阻式”水位传感器为水位测量装置,并且以智能化数据采集仪为现场数据处理仪器。以MODBUS RTU协议为数据通信格式,借助GPRS DTU的全透明传输方式,依托GSM和Internet网络,并使用基于“组态王6.53”开发的地下水水情监测管理软件系统,实现地下水水情数据的远程、实时、无线处理和记录。(3)对现场流量及水位传感器的选型进行了研究,并对其特点以及原理作了详细的分析和介绍。(4)设计集成了以MSP430单片机为核心的现场水情数据处理仪器,并对数据处理仪器各部分电路的工作原理,设计思路进行了分析与研究。(5)依托GSM及Internet公共网络平台,设计了基于GPRS数据传输技术的地下水水情数据采集通信方式,实现了地下水水情的实时性、网络化监测与管理。(6)采用国产“组态王6.53”为软件开发平台,开发、编写了古交市地下水水情监测系统管理软件,并对软件的设计思路以及各功能模块作了详细的论述。(7)结合工程应用的特点,设计了专用的系统防雷与接地电路,增强了系统的安全性。课题设计完成的“基于GPRS地下水水情监测系统”已经投入实际生产运行。运行数据表明,该系统主要技术指标达到了设计目标,基本满足了客户的需求,并显示出广阔的市场应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外地下水水情无线监测系统研究
• 1.2.1 流量测量机理与方法的研究
• 1.2.2 国内外水位测量方法研究
• 1.2.3 国内外采用的无线监测通信方式概述
• 1.3 课题主要研究的内容
• 第二章 基于GPRS地下水水情无线监测系统总体设计
• 2.1 计算机监测系统概述
• 2.2 地下水水情监测系统设计规划
• 2.2.1 系统的总体设计思想与原则
• 2.2.2 系统各部分功能需求
• 2.3 系统数据通信
• 2.4 本章小结
• 第三章 采集端传感器选型与研究
• 3.1 超声波传感器简介
• 3.1.1 时差法超声波测流量原理
• 3.1.2 压电式超声波换能器原理及能量转换
• 3.1.3 "外夹式"超声波传感器的优点
• 3.1.4 "外夹式"超声波传感器安装
• 3.2 "扩散硅压阻式"水位传感器
• 3.2.1 "压阻式"水位传感器测量原理
• 3.2.2 PTJ301"压阻式"水位传感器性能以及特点
• 3.3 本章小结
• 第四章 现场数据采集仪选型及软硬件设计研究
• 4.1 现场数据采集仪选型
• 4.1.1 数据采集仪选型原则
• 4.1.2 数据采集仪功能
• 4.1.3 数据采集仪电路原理
• 4.2 采集仪硬件接口设计研究
• 4.2.1 MSP430微处理器简介
• 4.2.2 时钟芯片接口电路
• 4.2.3 LCD液晶模块接口电路
• 4.2.4 RS485串行通信接口电路
• 4.2.5 系统电源电路
• 4.2.6 数据存储电路
• 4.2.7 超声波收发处理电路
• 4.3 数据采集仪器软件设计研究
• 4.3.1 显示子程序
• 4.3.2 按键子程序
• 4.3.3 流量计算子程序
• 4.4 本章小结
• 第五章 数据通讯方式设计
• 5.1 串口数据协议介绍
• 5.1.1 MODBUS简介
• 5.1.2 MODBUS传输模式
• 5.1.3 MODBUS RTU功能码介绍
• 5.1.4 数据采集仪通讯功能及变量地址设置
• 5.2 GPRS无线通信技术介绍
• 5.2.1 GPRS技术概述
• 5.2.2 GPRS技术特点
• 5.2.3 GPRS技术的网络结构
• 5.2.4 GPRS技术组网方式
• 5.3 GPRS DTU功能概要
• 5.4 系统GPRS设备选型与设置以及传输格式设计
• 5.4.1 GPRS DTU设备选型
• 5.4.2 W3100G的参数设置
• 5.4.3 GPRS数据传输格式
• 5.5 数据中心ADSL路由器NAT功能配置
• 5.6 本章小结
• 第六章 管理中心水情监测系统软件设计
• 6.1 计算机监控组态软件概述
• 6.2 地下水水情无线监测管理软件开发平台选择
• 6.3 组态王6.53简介
• 6.3.1 组态王软件与IO设备的互联
• 6.3.2 组态王开发管理软件的组成
• 6.3.3 组态王管理软件的主要基本概念
• 6.4 基于GPRS地下水水情无线监测系统管理软件的开发
• 6.4.1 水情监测管理需求分析
• 6.4.2 水情监测管理软件开发主要解决的问题
• 6.4.3 水情监测管理软件画面设计
• 6.4.4 水情监测管理软件数据通讯链路的配置
• 6.4.5 水情监测管理软件基本变量设置
• 6.4.6 水情监测管理软件数据处理程序设计
• 6.4.7 水情监测管理软件日月年报表程序设计
• 6.4.8 水情监测管理软件时间段报表查询设计
• 6.4.9 硬盘存储器容量判断程序设计
• 6.4.10 水情监测管理软件与Access数据库的交互性设计
• 6.4.11 数据的WEB访问功能设计
• 6.5 本章小结
• 第七章 仪表箱电源防雷与控制室接地设计
• 7.1 分站仪表电源防雷措施
• 7.2 中心机房接地设计
• 第八章 工程应用及数据分析
• 8.1 水情监测系统工程应用
• 8.2 水情监测系统数据分析
• 第九章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及获奖情况