基于无线传输的灌区自动量水系统的研究

论文摘要

对于灌区的水情监测是充分合理分配水量资源的前提条件与核心技术之一。基于监测站点散布灌区且数量较大,若采用传统的有线监测方式,则建设和维护费用都非常高,例如,采取专用通讯设施、专门电话线路、特定短波等传统数据传输方式,则会因为灌溉数据采集密度小而造成专项建设资金的利用效率偏低,加之灌溉季节性较强的特点,效果更加不理想。而且,系统养护困难、通讯信号也不稳定。本文针对灌区量水过程中存在的问题,在分析现有GSM通讯模块特点的基础上,提出一种利用短消息功能传输数据的自动量水系统的技术方案。该方案不需要独立组构网络,并且可以充分利用现有通讯资源的既定条件,另外由于现有网络运营商即可提供系统的安全运行保障,其稳定、灵活、可靠的系统特点非常适合用于灌区自动量水系统。该系统由信号处理模块、通讯模块、无线通信模块、计算机终端等构成,其中信号处理模块采用单片机C8051F120,主要完成数据采集、处理、系统设置、通信控制等功能。无线通信模块选择工业专用级别的GSM通讯模块TC35i,从而完成短信息接收与发送功能。上一级通信模块与计算机终端连接,采取短消息方式接收数据。计算机终端使用Lab-VIEW软件完成数据的采集和处理,建立了个人用计算机和无线通信模块的串联通信,实现了信号实时采集、分析、计算和存储功能,人机交互性好,用户可实时观察水位及水量的变化,测试结束后还可读取存储的数据文件进行详细分析。在理论分析的基础上,本研究提出了基于微控制器的自动量水系统的优化设计,设计出TC35i与单片机以及监控计算机之间的接口电路、编制出下位仪器的数据采集和通信程序,利用Lab-VIEW软件实现对测量数据分析处理和保存。模拟测试实验结果显示,系统运行正常,可实现对数据的采集、计算和保存,误差较小,可以利用GSM模块TC35i进行数据传输。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 灌区量水的意义
• 1.2 灌区量水的现状
• 1.2.1 灌区水量测量方法
• 1.2.2 灌区水量测量工作存在的主要问题
• 1.3 灌区量水自动化的发展
• 1.3.1 国外量水系统的发展
• 1.3.2 灌溉用水量测的发展现状
• 1.4 本文的研究目的
• 1.5 本文的研究内容和技术路线
• 1.5.1 本文的研究内容
• 1.5.2 本文拟采用的技术路线
• 第二章 灌区自动量水系统的组成及原理
• 2.1 灌区自动量水系统的组成
• 2.2 水位测量模块
• 2.2.1 U 型渠道平底抛物线形量水槽
• 2.2.2 水位传感器
• 2.3 无线通信模块
• 2.3.1 卫星通信系统
• 2.3.2 短波（含超短波）通信系统
• 2.3.3 微波中继通信
• 2.3.4 基于GSM 短信功能的无线通讯系统
• 2.4 数据采集与处理部分
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统硬件电路设计
• 3.1 水位传感器
• 3.2 信号放大电路
• 3.2.1 信号放大芯片简要介绍
• 3.2.2 信号放大电路设计
• 3.3 单片机及其外围电路
• 3.3.1 单片机的选择
• 3.3.2 单片机的模/数转换功能选择
• 3.3.3 单片机复位电路
• 3.3.4 单片机时钟电路
• 3.4 无线通讯电路
• 3.4.1 通讯模块的选择
• 3.4.2 串口通信部分
• 3.4.3 数据发送模块总体设计
• 3.5 计算机串口电路
• 3.6 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 单片机软件设计
• 4.1.1 主程序设计
• 4.1.2 ADC 程序设计
• 4.1.3 UART 程序设计
• 4.1.4 通信部分程序设计
• 4.1.5 软件抗干扰措施
• 4.2 虚拟仪器软件设计
• 4.2.1 LabVIEW 简介
• 4.2.2 程序设计结构
• 4.2.3 数据采集处理设计
• 4.2.4 数据存取设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统调试与实验
• 5.1 模/数转换功能和串口通信功能的验证
• 5.2 GSM 通信模块调试
• 5.3 传感器标定实验
• 5.4 系统的修正方法
• 5.5 系统总体调试
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介