一種地下水水位監測裝置制造方法
【專利摘要】一種地下水水位監測裝置，包括控制器、壓力傳感器和GPRS模塊，還包括低功耗電源管理模塊、鋰離子電池、太陽能電池板、調理電路、繼電器I和繼電器II，所述控制器與低功耗電源管理模塊線路連接，低功耗電源管理模塊與鋰離子電池線路連接，鋰離子電池與太陽能電池板線路連接；壓力傳感器與調理電路線路連接，調理電路與控制器線路連接；低功耗電源管理模塊與繼電器I線路連接，繼電器I與調理電路線路連接；低功耗電源管理模塊與繼電器II線路連接，繼電器II與GPRS模塊線路連接；控制器分別與繼電器I和繼電器II線路連接；控制器線路連接GPRS模塊。
【專利說明】一種地下水水位監測裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及地下水開采領域，具體涉及的是一種地下水水位監測裝置。
【背景技術】
[0002] 地面沉降是指在一定的區域內發生的地面水平面下降的地質現象，研究表明我國 和世界上的大多數地面沉降都是由于過量開采地下水造成的。出現地面沉降的地區一般 范圍大，沉降過程緩慢，所以早期一般不易察覺，也不易引起人們的重視，屬于一種緩變性 地面變形地質災害，它多發生在大中城市，影響著城市的各類基礎設施的建設和維護，給人 們的生產、生活帶來不便，造成的損失和危害也很大，已成為一種嚴重的環境地質問題。近 年來隨著社會的不斷發展，提高地下水水位監測數據的準確性和及時性以及實現由人工監 測向自動化監測的轉變顯得更加重要，建立一個優化的地下水水位監測系統是最有效的途 徑，可以在時間和空間上監測由于環境的變化導致的地下水水位和水量的變化，對建立健 全地下水位動態數據庫和保障地下水資源的可持續利用具有重要意義。 實用新型內容
[0003] 為了解決上述問題，本實用新型提供一種地下水水位監測裝置，其基于GPRS無線 傳輸，能夠掌握地下水動態變化規律，為地下水的開采工作、地方生態維護以及工程建設等 方面提供重要參考依據。
[0004] 具體技術方案為：
[0005] -種地下水水位監測裝置，包括控制器、壓力傳感器和GPRS模塊，還包括低功耗 電源管理模塊、鋰離子電池、太陽能電池板、調理電路、繼電器I和繼電器II，所述控制器與 低功耗電源管理模塊線路連接，低功耗電源管理模塊與鋰離子電池線路連接，鋰離子電池 與太陽能電池板線路連接；壓力傳感器與調理電路線路連接，調理電路與控制器線路連接； 低功耗電源管理模塊與繼電器I線路連接，繼電器I與調理電路線路連接；低功耗電源管理 模塊與繼電器II線路連接，繼電器II與GPRS模塊線路連接；控制器分別與繼電器I和繼 電器II線路連接；控制器線路連接GPRS模塊。
[0006] 進一步，控制器型號為LPC2148。
[0007] 進一步，低功耗電源管理模塊包括充電控制芯片CN3065。
[0008] 進一步，調理電路為PT100調理電路。
[0009] 進一步，GPRS模塊型號為SM300C。
[0010] 本實用新型利用太陽能供電，環保無污染，配合使用具有空閑和掉電兩種工作方 式的低功耗嵌入式處理器大大降低了系統的耗電量；在網絡傳輸方面選擇了覆蓋范圍廣的 GPRS網路，省去了復雜的網絡建設費用，實現了多點分布式的無人值守監測。經實驗表明， 該系統工作穩定可靠，通過大范圍、長時間監測，能夠直觀了解地下水水位變化和水源儲量 分布情況，一旦出現地面沉降隱患，便于及早發現并采取必要的補救措施，避免地面沉降事 故發生。
【專利附圖】
【附圖說明】 toon] 圖1為本實用新型的結構框圖。
[0012] 圖2為本實用新型低功耗電源管理模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合附圖對本實用新型進行說明。
[0014] 如圖1所示，一種地下水水位監測裝置，包括控制器40、壓力傳感器10和GPRS模 塊50,還包括低功耗電源管理模塊80、鋰離子電池70、太陽能電池板60、調理電路20、繼電 器131和繼電器1132,所述控制器40與低功耗電源管理模塊80線路連接，低功耗電源管理 模塊80與鋰離子電池70線路連接，鋰離子電池70與太陽能電池板60線路連接；壓力傳感 器10與調理電路20線路連接，調理電路20與控制器40線路連接；低功耗電源管理模塊80 與繼電器131線路連接，繼電器131與調理電路20線路連接；低功耗電源管理模塊80與繼 電器1132線路連接，繼電器1132與GPRS模塊50線路連接；控制器分別與繼電器131和繼 電器1132線路連接；控制器40線路連接GPRS模塊50。
[0015] 如圖2所示，低功耗電源管理模塊80包括充電控制芯片U16,本實施例中U16為 CN3065充電控制芯片，CN3065是專門為利用太陽能板等輸入電壓源對鋰電池進行充電管 理的芯片，芯片內部的功率晶體管對電池進行恒流和恒壓充電。U16管腳1連接電阻R17,充 電電流通過R17,最大持續充電電流可大1000mA。從U16管腳2連接外部電阻VISET到地 端可以對充電電流進行編程。U16管腳4為太陽能電池板2輸入端，此管腳的電壓為內部電 路的工作電源。當Vin與BAT管腳的電壓差小于20mV時，CN3065將進入低功耗模式。此時 BAT管腳的電流小于3 μ A。當輸入電壓大于低電壓檢測閾值和電池端電壓時，CN3065開始 對電池充電，管腳輸出低電平，表不充電正在進行。如果電池電壓檢測輸入端（FB)的電壓 低于3V，充電器用小電流對電池進行預充電。當電池電壓檢測輸入端（FB)的電壓超過3V 時，充電器采用恒流模式對電池充電，充電電流由I SET管腳和GND之間的電阻VI SET確定。 當電池電壓檢測輸入端（FB)的電壓接近電池端調制電壓時，充電電流逐漸減小，CN3065進 入恒壓充電模式。當輸入電壓大于4. 45V，并且充電電流減小到充電結束閾值時，充電周期 結束，端輸出高阻態，端輸出低電平，表示充電周期結束，充電結束閾值是恒流充電電流的 10%。如果要開始新的充電周期，只要將輸入電壓斷電，然后再上電就可以了。當電池電壓 檢測輸入端（FB)的電壓降到再充電閾值以下時，自動開始新的充電周期。芯片內部的高精 度的電壓基準源，誤差放大器和電阻分壓網絡確保電池端調制電壓的誤差在± 1 %以內，滿 足了電池的要求。當輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，充電器進入低功耗的睡 眠模式，電池端消耗的電流小于3uA，從而增加了待機時間。
[0016] 本實用新型使用LPC2148作為控制器40,控制器40LPC2148是一個基于支持實時 仿真和嵌入式跟蹤的32/16位ARM7TDMI-S的嵌入式微控制器，并帶有32kB的靜態RAM和 512kB高速Flash存儲器；通過一個可編程的片內PLL可實現最大為60MHz的CPU操作頻 率；2個ADC模數轉換器，這些轉換器為單個10位逐次逼近模數轉換器，每個轉換器每秒可 執行400k次的10位采樣；多個串行通信接口，包括2個UART、2個高速IIC總線、高速SPI 總線；2個32位定時器/外部事件計數器；工作電壓為3. 3V，內核工作電壓僅為1.8V，大大 降低了芯片的功耗；并且支持空閑和掉電兩種低功耗模式。作為監控節點的核心，LPC2148 主要負責通過ADCO 口對電壓信號進行模數轉換，再通過UART 口對GPRS模塊控制進行與監 測中心的數據交換，實現數據的傳輸。該控制器豐富的片上資源不用擴展其他芯片就能滿 足本系統的需要。
[0017] 本實用新型使用DX130作為壓力傳感器10，DX130采用流體靜力學原理設計，量程 可達200m;滿度和零位長期穩定性可達0. 1% FS/年。控制器LPC2148的ADC0接口與壓力 傳感器的電壓輸出相連，即可完成壓力數據的采集和數字化處理，并將其轉化為水位高度 信息。
[0018] 本實用新型采用SM300C作為GPRS模塊50，SM300C是由SMC0M公司推出的GPRS 無線模塊，可工作在EGSM900MHz、DCS1800MHz和PCS1900MHz三種頻率下，具有提供GPRS多 信道類型的能力，支持CS-l、CS-2、CS-3和CS-4四種GPRS編碼方案，在內部集成了 TCP/IP 協議棧，并且擴展了 TCP/IP的AT指令，使用戶利用該模塊開發數據傳輸設備變得更為方 便簡單；同時，SM300C采用節電技術設計，在睡眠模式下工作電流僅為2. 5mA ;GPRS下行 數據傳輸最大為85. 6kbps，GPRS上行數據傳輸最大為42. kbps ;控制器LPC2148的串口與 GPRS模塊50的串口連接，通過發送AT指令來控制模塊實現數據的傳輸。
[0019] 對SIM300C的參數設定、TCP/IP連接和數據傳送都是通過AT指令來實現的。 SM300C的TCP/IP功能支持普通和透傳兩種模式。在透傳模式下，一旦建立連接，模塊就進 入數據模式，所有從串口接收到的數據都被看作是數據包發送出去；數據模式和命令模式 之間可以來回切換，切換到命令模式就可以使用所有的AT命令。
[0020] 該系統采用的是透傳模式，在建立TCP連接之前需要通過命令AT+CIPM0DE來設 置模塊的透傳模式，置"〇 "為命令模式，置"1 "為透傳模式。SM300C的TCP連接需要 3個過程：⑴初始化。用AT+CSTR指令啟動任務并設置APN、USERID、PASSW0RD，直接輸入 AT+CSTT 命令，安裝缺省值 APN= " CMNET "，USERID = " "，PASSW0RD = " " ;(2)激活移 動場景。即GPRS附著和激活PDP上下文，使用AT+CIICR指令；（3) TCP連接：用AT+CLP0RT ="TCP "，" 2022 "指令指定本地端口；連接服務器 AT+CIP START =" TCP "，" XX X. X xx. x xx. x xx 丨丨，丨丨 2020 " 〇
[〇〇21] 系統的監測節點利用太陽能供電，環保無污染，配合使用具有空閑和掉電兩種工 作方式的低功耗嵌入式處理器LPC2148,同時在軟件設計上采用定時供電的方法進行數據 采集和傳輸，大大降低了系統的耗電量；在網絡傳輸方面選擇了覆蓋范圍廣的GPRS網路， 省去了復雜的網絡建設費用，實現了多點分布式的無人值守監測。經實驗表明，該系統工作 穩定可靠，通過大范圍、長時間監測，能夠直觀了解地下水水位變化和水源儲量分布情況， 一旦出現地面沉降隱患，便于及早發現并采取必要的補救措施，避免地面沉降事故發生。
【權利要求】
1. 一種地下水水位監測裝置，包括控制器、壓力傳感器和GPRS模塊，其特征在于：還包 括低功耗電源管理模塊、鋰離子電池、太陽能電池板、調理電路、繼電器I和繼電器II，所述 控制器與低功耗電源管理模塊線路連接，低功耗電源管理模塊與鋰離子電池線路連接，鋰 離子電池與太陽能電池板線路連接；壓力傳感器與調理電路線路連接，調理電路與控制器 線路連接；低功耗電源管理模塊與繼電器I線路連接，繼電器I與調理電路線路連接；低功 耗電源管理模塊與繼電器II線路連接，繼電器II與GPRS模塊線路連接；控制器分別與繼 電器I和繼電器II線路連接；控制器線路連接GPRS模塊。
2. 根據權利要求1所述的一種地下水水位監測裝置，其特征在于：所述控制器型號為 LPC2148。
3. 根據權利要求1所述的一種地下水水位監測裝置，其特征在于：所述低功耗電源管 理模塊包括充電控制芯片CN3065。
4. 根據權利要求1所述的一種地下水水位監測裝置，其特征在于：所述調理電路為 PT100調理電路。
5. 根據權利要求1所述的一種地下水水位監測裝置，其特征在于：所述GPRS模塊型號 為 SM300C。
【文檔編號】G08C17/02GK203881404SQ201420197273
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】張樂君, 魏雙亭, 程廣河 申請人:天津市龍晴機電設備銷售有限責任公司