一種地下水水位監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種地下水水位監(jiān)測(cè)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(yáng)能電池板、調(diào)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(yáng)能電池板線路連接；壓力傳感器與調(diào)理電路線路連接，調(diào)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(diào)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(shuō)明】一種地下水水位監(jiān)測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及地下水開(kāi)采領(lǐng)域，具體涉及的是一種地下水水位監(jiān)測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 地面沉降是指在一定的區(qū)域內(nèi)發(fā)生的地面水平面下降的地質(zhì)現(xiàn)象，研究表明我國(guó) 和世界上的大多數(shù)地面沉降都是由于過(guò)量開(kāi)采地下水造成的。出現(xiàn)地面沉降的地區(qū)一般 范圍大，沉降過(guò)程緩慢，所以早期一般不易察覺(jué)，也不易引起人們的重視，屬于一種緩變性 地面變形地質(zhì)災(zāi)害，它多發(fā)生在大中城市，影響著城市的各類基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)，給人 們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)不便，造成的損失和危害也很大，已成為一種嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。近 年來(lái)隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，提高地下水水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性以及實(shí)現(xiàn)由人工監(jiān) 測(cè)向自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的轉(zhuǎn)變顯得更加重要，建立一個(gè)優(yōu)化的地下水水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是最有效的途 徑，可以在時(shí)間和空間上監(jiān)測(cè)由于環(huán)境的變化導(dǎo)致的地下水水位和水量的變化，對(duì)建立健 全地下水位動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和保障地下水資源的可持續(xù)利用具有重要意義。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種地下水水位監(jiān)測(cè)裝置，其基于GPRS無(wú)線 傳輸，能夠掌握地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為地下水的開(kāi)采工作、地方生態(tài)維護(hù)以及工程建設(shè)等 方面提供重要參考依據(jù)。
[0004] 具體技術(shù)方案為：
[0005] -種地下水水位監(jiān)測(cè)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(yáng)能電池板、調(diào)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(yáng)能電池板線路連接；壓力傳感器與調(diào)理電路線路連接，調(diào)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(diào)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(jìn)一步，控制器型號(hào)為L(zhǎng)PC2148。
[0007] 進(jìn)一步，低功耗電源管理模塊包括充電控制芯片CN3065。
[0008] 進(jìn)一步，調(diào)理電路為PT100調(diào)理電路。
[0009] 進(jìn)一步，GPRS模塊型號(hào)為SM300C。
[0010] 本實(shí)用新型利用太陽(yáng)能供電，環(huán)保無(wú)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(tǒng)的耗電量；在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面選擇了覆蓋范圍廣的 GPRS網(wǎng)路，省去了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)分布式的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明， 該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，通過(guò)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，能夠直觀了解地下水水位變化和水源儲(chǔ)量 分布情況，一旦出現(xiàn)地面沉降隱患，便于及早發(fā)現(xiàn)并采取必要的補(bǔ)救措施，避免地面沉降事 故發(fā)生。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 toon] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0012] 圖2為本實(shí)用新型低功耗電源管理模塊電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。
[0014] 如圖1所示，一種地下水水位監(jiān)測(cè)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(yáng)能電池板60、調(diào)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(yáng)能電池板60線路連接；壓力傳感 器10與調(diào)理電路20線路連接，調(diào)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(diào)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(shí)施例中U16為 CN3065充電控制芯片，CN3065是專門(mén)為利用太陽(yáng)能板等輸入電壓源對(duì)鋰電池進(jìn)行充電管 理的芯片，芯片內(nèi)部的功率晶體管對(duì)電池進(jìn)行恒流和恒壓充電。U16管腳1連接電阻R17,充 電電流通過(guò)R17,最大持續(xù)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(duì)充電電流進(jìn)行編程。U16管腳4為太陽(yáng)能電池板2輸入端，此管腳的電壓為內(nèi)部電 路的工作電源。當(dāng)Vin與BAT管腳的電壓差小于20mV時(shí)，CN3065將進(jìn)入低功耗模式。此時(shí) BAT管腳的電流小于3 μ A。當(dāng)輸入電壓大于低電壓檢測(cè)閾值和電池端電壓時(shí)，CN3065開(kāi)始 對(duì)電池充電，管腳輸出低電平，表不充電正在進(jìn)行。如果電池電壓檢測(cè)輸入端（FB)的電壓 低于3V，充電器用小電流對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電。當(dāng)電池電壓檢測(cè)輸入端（FB)的電壓超過(guò)3V 時(shí)，充電器采用恒流模式對(duì)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(dāng)電池電壓檢測(cè)輸入端（FB)的電壓接近電池端調(diào)制電壓時(shí)，充電電流逐漸減小，CN3065進(jìn) 入恒壓充電模式。當(dāng)輸入電壓大于4. 45V，并且充電電流減小到充電結(jié)束閾值時(shí)，充電周期 結(jié)束，端輸出高阻態(tài)，端輸出低電平，表示充電周期結(jié)束，充電結(jié)束閾值是恒流充電電流的 10%。如果要開(kāi)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(dāng)電池電壓 檢測(cè)輸入端（FB)的電壓降到再充電閾值以下時(shí)，自動(dòng)開(kāi)始新的充電周期。芯片內(nèi)部的高精 度的電壓基準(zhǔn)源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)確保電池端調(diào)制電壓的誤差在± 1 %以內(nèi)，滿 足了電池的要求。當(dāng)輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，充電器進(jìn)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(jī)時(shí)間。
[0016] 本實(shí)用新型使用LPC2148作為控制器40,控制器40LPC2148是一個(gè)基于支持實(shí)時(shí) 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(tài)RAM和 512kB高速Flash存儲(chǔ)器；通過(guò)一個(gè)可編程的片內(nèi)PLL可實(shí)現(xiàn)最大為60MHz的CPU操作頻 率；2個(gè)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器為單個(gè)10位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)轉(zhuǎn)換器每秒可 執(zhí)行400k次的10位采樣；多個(gè)串行通信接口，包括2個(gè)UART、2個(gè)高速I(mǎi)IC總線、高速SPI 總線；2個(gè)32位定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器；工作電壓為3. 3V，內(nèi)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(jiān)控節(jié)點(diǎn)的核心，LPC2148 主要負(fù)責(zé)通過(guò)ADCO 口對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過(guò)UART 口對(duì)GPRS模塊控制進(jìn)行與監(jiān) 測(cè)中心的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。該控制器豐富的片上資源不用擴(kuò)展其他芯片就能滿 足本系統(tǒng)的需要。
[0017] 本實(shí)用新型使用DX130作為壓力傳感器10，DX130采用流體靜力學(xué)原理設(shè)計(jì)，量程 可達(dá)200m;滿度和零位長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá)0. 1% FS/年?？刂破鱈PC2148的ADC0接口與壓力 傳感器的電壓輸出相連，即可完成壓力數(shù)據(jù)的采集和數(shù)字化處理，并將其轉(zhuǎn)化為水位高度 信息。
[0018] 本實(shí)用新型采用SM300C作為GPRS模塊50，SM300C是由SMC0M公司推出的GPRS 無(wú)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(nèi)部集成了 TCP/IP 協(xié)議棧，并且擴(kuò)展了 TCP/IP的AT指令，使用戶利用該模塊開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備變得更為方 便簡(jiǎn)單；同時(shí)，SM300C采用節(jié)電技術(shù)設(shè)計(jì)，在睡眠模式下工作電流僅為2. 5mA ;GPRS下行 數(shù)據(jù)傳輸最大為85. 6kbps，GPRS上行數(shù)據(jù)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(guò)發(fā)送AT指令來(lái)控制模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
[0019] 對(duì)SIM300C的參數(shù)設(shè)定、TCP/IP連接和數(shù)據(jù)傳送都是通過(guò)AT指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 SM300C的TCP/IP功能支持普通和透?jìng)鲀煞N模式。在透?jìng)髂Ｊ较?，一旦建立連接，模塊就進(jìn) 入數(shù)據(jù)模式，所有從串口接收到的數(shù)據(jù)都被看作是數(shù)據(jù)包發(fā)送出去；數(shù)據(jù)模式和命令模式 之間可以來(lái)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(tǒng)采用的是透?jìng)髂Ｊ剑诮CP連接之前需要通過(guò)命令A(yù)T+CIPM0DE來(lái)設(shè) 置模塊的透?jìng)髂Ｊ?，?〇 "為命令模式，置"1 "為透?jìng)髂Ｊ?。SM300C的TCP連接需要 3個(gè)過(guò)程：⑴初始化。用AT+CSTR指令啟動(dòng)任務(wù)并設(shè)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(dòng)場(chǎng)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(wù)器 AT+CIP START =" TCP "，" XX X. X xx. x xx. x xx 丨丨，丨丨 2020 " 〇
[〇〇21] 系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)利用太陽(yáng)能供電，環(huán)保無(wú)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(shí)在軟件設(shè)計(jì)上采用定時(shí)供電的方法進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集和傳輸，大大降低了系統(tǒng)的耗電量；在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面選擇了覆蓋范圍廣的GPRS網(wǎng)路， 省去了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)分布式的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)工作 穩(wěn)定可靠，通過(guò)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，能夠直觀了解地下水水位變化和水源儲(chǔ)量分布情況， 一旦出現(xiàn)地面沉降隱患，便于及早發(fā)現(xiàn)并采取必要的補(bǔ)救措施，避免地面沉降事故發(fā)生。
【權(quán)利要求】
1. 一種地下水水位監(jiān)測(cè)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(yáng)能電池板、調(diào)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(yáng)能電池板線路連接；壓力傳感器與調(diào)理電路線路連接，調(diào)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(diào)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下水水位監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：所述控制器型號(hào)為 LPC2148。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下水水位監(jiān)測(cè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下水水位監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：所述調(diào)理電路為 PT100調(diào)理電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下水水位監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：所述GPRS模塊型號(hào) 為 SM300C。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203881404SQ201420197273
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】張樂(lè)君, 魏雙亭, 程廣河 申請(qǐng)人:天津市龍晴機(jī)電設(shè)備銷(xiāo)售有限責(zé)任公司