一种地下水水位监测装置制造方法
【专利摘要】一种地下水水位监测装置，包括控制器、压力传感器和GPRS模块，还包括低功耗电源管理模块、锂离子电池、太阳能电池板、调理电路、继电器I和继电器II，所述控制器与低功耗电源管理模块线路连接，低功耗电源管理模块与锂离子电池线路连接，锂离子电池与太阳能电池板线路连接；压力传感器与调理电路线路连接，调理电路与控制器线路连接；低功耗电源管理模块与继电器I线路连接，继电器I与调理电路线路连接；低功耗电源管理模块与继电器II线路连接，继电器II与GPRS模块线路连接；控制器分别与继电器I和继电器II线路连接；控制器线路连接GPRS模块。
【专利说明】一种地下水水位监测装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及地下水开采领域，具体涉及的是一种地下水水位监测装置。
【背景技术】
[0002] 地面沉降是指在一定的区域内发生的地面水平面下降的地质现象，研究表明我国 和世界上的大多数地面沉降都是由于过量开采地下水造成的。出现地面沉降的地区一般 范围大，沉降过程缓慢，所以早期一般不易察觉，也不易引起人们的重视，属于一种缓变性 地面变形地质灾害，它多发生在大中城市，影响着城市的各类基础设施的建设和维护，给人 们的生产、生活带来不便，造成的损失和危害也很大，已成为一种严重的环境地质问题。近 年来随着社会的不断发展，提高地下水水位监测数据的准确性和及时性以及实现由人工监 测向自动化监测的转变显得更加重要，建立一个优化的地下水水位监测系统是最有效的途 径，可以在时间和空间上监测由于环境的变化导致的地下水水位和水量的变化，对建立健 全地下水位动态数据库和保障地下水资源的可持续利用具有重要意义。 实用新型内容
[0003] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种地下水水位监测装置，其基于GPRS无线 传输，能够掌握地下水动态变化规律，为地下水的开采工作、地方生态维护以及工程建设等 方面提供重要参考依据。
[0004] 具体技术方案为：
[0005] -种地下水水位监测装置，包括控制器、压力传感器和GPRS模块，还包括低功耗 电源管理模块、锂离子电池、太阳能电池板、调理电路、继电器I和继电器II，所述控制器与 低功耗电源管理模块线路连接，低功耗电源管理模块与锂离子电池线路连接，锂离子电池 与太阳能电池板线路连接；压力传感器与调理电路线路连接，调理电路与控制器线路连接； 低功耗电源管理模块与继电器I线路连接，继电器I与调理电路线路连接；低功耗电源管理 模块与继电器II线路连接，继电器II与GPRS模块线路连接；控制器分别与继电器I和继 电器II线路连接；控制器线路连接GPRS模块。
[0006] 进一步，控制器型号为LPC2148。
[0007] 进一步，低功耗电源管理模块包括充电控制芯片CN3065。
[0008] 进一步，调理电路为PT100调理电路。
[0009] 进一步，GPRS模块型号为SM300C。
[0010] 本实用新型利用太阳能供电，环保无污染，配合使用具有空闲和掉电两种工作方 式的低功耗嵌入式处理器大大降低了系统的耗电量；在网络传输方面选择了覆盖范围广的 GPRS网路，省去了复杂的网络建设费用，实现了多点分布式的无人值守监测。经实验表明， 该系统工作稳定可靠，通过大范围、长时间监测，能够直观了解地下水水位变化和水源储量 分布情况，一旦出现地面沉降隐患，便于及早发现并采取必要的补救措施，避免地面沉降事 故发生。
【专利附图】
【附图说明】 toon] 图1为本实用新型的结构框图。
[0012] 图2为本实用新型低功耗电源管理模块电路图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本实用新型进行说明。
[0014] 如图1所示，一种地下水水位监测装置，包括控制器40、压力传感器10和GPRS模 块50,还包括低功耗电源管理模块80、锂离子电池70、太阳能电池板60、调理电路20、继电 器131和继电器1132,所述控制器40与低功耗电源管理模块80线路连接，低功耗电源管理 模块80与锂离子电池70线路连接，锂离子电池70与太阳能电池板60线路连接；压力传感 器10与调理电路20线路连接，调理电路20与控制器40线路连接；低功耗电源管理模块80 与继电器131线路连接，继电器131与调理电路20线路连接；低功耗电源管理模块80与继 电器1132线路连接，继电器1132与GPRS模块50线路连接；控制器分别与继电器131和继 电器1132线路连接；控制器40线路连接GPRS模块50。
[0015] 如图2所示，低功耗电源管理模块80包括充电控制芯片U16,本实施例中U16为 CN3065充电控制芯片，CN3065是专门为利用太阳能板等输入电压源对锂电池进行充电管 理的芯片，芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。U16管脚1连接电阻R17,充 电电流通过R17,最大持续充电电流可大1000mA。从U16管脚2连接外部电阻VISET到地 端可以对充电电流进行编程。U16管脚4为太阳能电池板2输入端，此管脚的电压为内部电 路的工作电源。当Vin与BAT管脚的电压差小于20mV时，CN3065将进入低功耗模式。此时 BAT管脚的电流小于3 μ A。当输入电压大于低电压检测阈值和电池端电压时，CN3065开始 对电池充电，管脚输出低电平，表不充电正在进行。如果电池电压检测输入端（FB)的电压 低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压检测输入端（FB)的电压超过3V 时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由I SET管脚和GND之间的电阻VI SET确定。 当电池电压检测输入端（FB)的电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小，CN3065进 入恒压充电模式。当输入电压大于4. 45V，并且充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期 结束，端输出高阻态，端输出低电平，表示充电周期结束，充电结束阈值是恒流充电电流的 10%。如果要开始新的充电周期，只要将输入电压断电，然后再上电就可以了。当电池电压 检测输入端（FB)的电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部的高精 度的电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的误差在± 1 %以内，满 足了电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡 眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。
[0016] 本实用新型使用LPC2148作为控制器40,控制器40LPC2148是一个基于支持实时 仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TDMI-S的嵌入式微控制器，并带有32kB的静态RAM和 512kB高速Flash存储器；通过一个可编程的片内PLL可实现最大为60MHz的CPU操作频 率；2个ADC模数转换器，这些转换器为单个10位逐次逼近模数转换器，每个转换器每秒可 执行400k次的10位采样；多个串行通信接口，包括2个UART、2个高速IIC总线、高速SPI 总线；2个32位定时器/外部事件计数器；工作电压为3. 3V，内核工作电压仅为1.8V，大大 降低了芯片的功耗；并且支持空闲和掉电两种低功耗模式。作为监控节点的核心，LPC2148 主要负责通过ADCO 口对电压信号进行模数转换，再通过UART 口对GPRS模块控制进行与监 测中心的数据交换，实现数据的传输。该控制器丰富的片上资源不用扩展其他芯片就能满 足本系统的需要。
[0017] 本实用新型使用DX130作为压力传感器10，DX130采用流体静力学原理设计，量程 可达200m;满度和零位长期稳定性可达0. 1% FS/年。控制器LPC2148的ADC0接口与压力 传感器的电压输出相连，即可完成压力数据的采集和数字化处理，并将其转化为水位高度 信息。
[0018] 本实用新型采用SM300C作为GPRS模块50，SM300C是由SMC0M公司推出的GPRS 无线模块，可工作在EGSM900MHz、DCS1800MHz和PCS1900MHz三种频率下，具有提供GPRS多 信道类型的能力，支持CS-l、CS-2、CS-3和CS-4四种GPRS编码方案，在内部集成了 TCP/IP 协议栈，并且扩展了 TCP/IP的AT指令，使用户利用该模块开发数据传输设备变得更为方 便简单；同时，SM300C采用节电技术设计，在睡眠模式下工作电流仅为2. 5mA ;GPRS下行 数据传输最大为85. 6kbps，GPRS上行数据传输最大为42. kbps ;控制器LPC2148的串口与 GPRS模块50的串口连接，通过发送AT指令来控制模块实现数据的传输。
[0019] 对SIM300C的参数设定、TCP/IP连接和数据传送都是通过AT指令来实现的。 SM300C的TCP/IP功能支持普通和透传两种模式。在透传模式下，一旦建立连接，模块就进 入数据模式，所有从串口接收到的数据都被看作是数据包发送出去；数据模式和命令模式 之间可以来回切换，切换到命令模式就可以使用所有的AT命令。
[0020] 该系统采用的是透传模式，在建立TCP连接之前需要通过命令AT+CIPM0DE来设 置模块的透传模式，置"〇 "为命令模式，置"1 "为透传模式。SM300C的TCP连接需要 3个过程：⑴初始化。用AT+CSTR指令启动任务并设置APN、USERID、PASSW0RD，直接输入 AT+CSTT 命令，安装缺省值 APN= " CMNET "，USERID = " "，PASSW0RD = " " ;(2)激活移 动场景。即GPRS附着和激活PDP上下文，使用AT+CIICR指令；（3) TCP连接：用AT+CLP0RT ="TCP "，" 2022 "指令指定本地端口；连接服务器 AT+CIP START =" TCP "，" XX X. X xx. x xx. x xx 丨丨，丨丨 2020 " 〇
[〇〇21] 系统的监测节点利用太阳能供电，环保无污染，配合使用具有空闲和掉电两种工 作方式的低功耗嵌入式处理器LPC2148,同时在软件设计上采用定时供电的方法进行数据 采集和传输，大大降低了系统的耗电量；在网络传输方面选择了覆盖范围广的GPRS网路， 省去了复杂的网络建设费用，实现了多点分布式的无人值守监测。经实验表明，该系统工作 稳定可靠，通过大范围、长时间监测，能够直观了解地下水水位变化和水源储量分布情况， 一旦出现地面沉降隐患，便于及早发现并采取必要的补救措施，避免地面沉降事故发生。
【权利要求】
1. 一种地下水水位监测装置，包括控制器、压力传感器和GPRS模块，其特征在于：还包 括低功耗电源管理模块、锂离子电池、太阳能电池板、调理电路、继电器I和继电器II，所述 控制器与低功耗电源管理模块线路连接，低功耗电源管理模块与锂离子电池线路连接，锂 离子电池与太阳能电池板线路连接；压力传感器与调理电路线路连接，调理电路与控制器 线路连接；低功耗电源管理模块与继电器I线路连接，继电器I与调理电路线路连接；低功 耗电源管理模块与继电器II线路连接，继电器II与GPRS模块线路连接；控制器分别与继 电器I和继电器II线路连接；控制器线路连接GPRS模块。
2. 根据权利要求1所述的一种地下水水位监测装置，其特征在于：所述控制器型号为 LPC2148。
3. 根据权利要求1所述的一种地下水水位监测装置，其特征在于：所述低功耗电源管 理模块包括充电控制芯片CN3065。
4. 根据权利要求1所述的一种地下水水位监测装置，其特征在于：所述调理电路为 PT100调理电路。
5. 根据权利要求1所述的一种地下水水位监测装置，其特征在于：所述GPRS模块型号 为 SM300C。
【文档编号】G08C17/02GK203881404SQ201420197273
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】张乐君, 魏双亭, 程广河 申请人:天津市龙晴机电设备销售有限责任公司