磁致伸縮水位傳感器與灌區(qū)渠道水位流量采集系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著全球工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市的發(fā)展，水資源緊缺已經(jīng)是一個(gè)全球性的問(wèn)題。我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉用水占據(jù)全國(guó)總用水量的60％以上，但是灌溉水利用系數(shù)平均不足0.5，為了實(shí)現(xiàn)灌區(qū)節(jié)約用水和科學(xué)用水，對(duì)用水進(jìn)行精確測(cè)量顯得尤為重要。傳統(tǒng)的測(cè)量工具已經(jīng)無(wú)法滿足灌區(qū)對(duì)實(shí)時(shí)用水情況的需要，因此對(duì)水情的自動(dòng)化測(cè)量成為一種趨勢(shì)。本文在對(duì)灌區(qū)水位流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展、研究現(xiàn)狀的分析基礎(chǔ)上，結(jié)合目前灌區(qū)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了高精度、低成本的磁致伸縮水位傳感器，并基于磁致伸縮水

2、位傳感器研究了灌區(qū)渠道水位流量采集系統(tǒng)。取得主要進(jìn)展如下:
　　(1)磁致伸縮水位傳感器開(kāi)發(fā)。根據(jù)灌區(qū)渠道水位測(cè)量要求，設(shè)計(jì)傳感器頭部外殼、金屬探測(cè)桿外形、活動(dòng)浮子形狀和大小、線圈骨架等的機(jī)械機(jī)構(gòu)。通過(guò)對(duì)激勵(lì)脈沖參數(shù)的分析，確定選用方波單脈沖，并確定了脈沖的幅值、寬度等參數(shù)，最終采用單片機(jī)引腳模擬激勵(lì)脈沖、電荷泵升壓電路和場(chǎng)效管電路組成激勵(lì)放大電路。針對(duì)微弱回波信號(hào)，通過(guò)對(duì)回波檢測(cè)線圈結(jié)構(gòu)和回波信號(hào)的分析，最終確定采用AD8420

3、放大器和比較整形電路組成回波信號(hào)處理電路，將回波信號(hào)調(diào)制成幅值為5V的方波信號(hào)?；诠鄥^(qū)水位測(cè)量精度的要求，采用D觸發(fā)器、與非門(mén)和單片機(jī)構(gòu)成計(jì)時(shí)電路，將激勵(lì)脈沖與回波信號(hào)之間時(shí)間間隔調(diào)制成PWM波形，便于準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。最后設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍電路。完成各個(gè)模塊的硬件電路后，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)傳感器程序，實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量。本傳感器具有精度高、功耗低、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。
　　(2)灌區(qū)渠道水位流量采集系統(tǒng)。選用梯形渠道作為本研究的典型渠道，利用自主研制的

4、磁致伸縮水位傳感器作為灌區(qū)渠道水位采集傳感器，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸設(shè)備WG-8010 GPRS DTU將水位信息發(fā)送到遠(yuǎn)程云服務(wù)，并在遠(yuǎn)程云服務(wù)器上根據(jù)擬合的水位-流量公式計(jì)算出相應(yīng)的流量值，將數(shù)據(jù)保存到云服務(wù)的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集器將傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行本地SD卡存儲(chǔ)。為方便管理人員隨時(shí)登錄查看水情趨勢(shì)和下載歷史數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)基于Linux云服務(wù)器的灌區(qū)渠道水位流量采集系統(tǒng)網(wǎng)站。
　　本文綜合應(yīng)用了傳感器技術(shù)、GPRS無(wú)線