基于GPRS灌区输配水渠道流量自动监测系统的设计

作     者：原超 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周义仁

授予年度：2014年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：超声波液位传感器 MSP430 步进电机 流速仪 GPRS 组态王 

摘      要：我国是世界上人均淡水资源最缺乏的十三个国家之一,因此实施有效的节水措施对于水资源的可持续利用具有重要的意义,我国又是一个农业大国,灌区灌溉用水的浪费是造成农业水资源大量流失的重要原因,因此研究新型的灌区量水设备和对传统量水方法的创新是保证节水措施能否贯彻实施的重中之重,科学现代化的灌区量水不仅是合理调度灌溉水源、正确执行用水计划、加强用水管理的必要措施,而且是衡量灌溉管理水平和灌溉水利用率高低的重要技术手段。 农田用水主要通过输配水渠道进行灌溉,传统的估算流量的方法造成了水资源的大量浪费,因此实行输配水渠道流量实时自动计量监测非常有必要。灌区量水管理主要包括渠道各个测点液位数据采集、明渠流量的监测及用水规划的制定等工作,其中明渠流量实时监测是其核心内容之一。灌区量水的科学自动化管理不仅是现代农业灌溉管理智能化的必然趋势,同时也是传统水利向现代水利进化发展的显著标志。因此,研究并设计一套测量精度高、性能稳定的灌区渠道流量监测系统,对于发展节水农业,推进水利信息化建设具有重要的意义。 基于上述原因,本课题结合灌区的实际情况,利用GPRS无线通讯网络技术,设计了基于GPRS灌区输配水渠道流量自动监测测系统。本装置采用超声波液位传感器、流速仪、步进电机等原件构成的灌区输配水渠道流量监测系统,可以将传感器采集的数据,通过GPRS模块无线传输给监测中心的上位机进行分析处理。系统以较低的成本实现灌区测流系统的自动化和信息化,且现场无需人工值守,节省人力和物力。 结合“基于GPRS灌区输配水渠道流量自动监测系统的设计,本课题完成了以下几部分的研究内容： (1)根据课题的应用需求,针对系统中所涉及的关键技术的研究,确定了整个课题的总体设计方案。 (2)利用超声波液位传感器完成对农田输配水渠道液位的测定,根据超声波传播速度与温度的关系,选择合适的温度传感器并设计温度补偿电路加以校正,从而提高液位测量的精度。 (3)利用流速仪完成对农田输配水渠道流速的测定。测量时,学习对普朗德-卡门对数模式下对施测垂线平均流速计算的方法,从而提高测量断面平均流速的精度。 (4)设计一套定比例自动跟踪流速点的装置。利用步进电机正反转的机械特性,将步进电机连接流速仪跟踪到普朗德-卡门对数模式积点法的位置,实现渠道断面的平均水流速的自动跟踪测量。 (5)现场数据采集仪的选型以及内部模块硬件、软件的设计,在低功耗的原则下,保证现场数据采集仪在无人坚守的情况下能够稳定准确地工作。 (6)针对灌区各监测站点距离长的特点,选择最优的组网方案及合适的GPRS模块无线传输设备GPRS DTU,利用GPRS将监测到的信号传送给监测中心。 (7)利用北京亚控科技发展有限公司开发的国产组态软件“组态王6.55为平台编写流量监测管理软件,完成对数据的接收查询、监控命令、统计分析等功能。