地下水动态水位信号采集系统的设计与实现
1 系统设计
1.1 系统设计要求
采集器的功能是将深井中的水位或水深信息收集起来，通过无线通信将数据发送给上位机系统。为了节省人力资源，采集器需要长时间免维护运行。采集系统要求架设维护方便、无需布线等，这就要求尽量减少施工环节，提高工作效率，降低成本。因此，提出了以下设计要求：
(1)通信可靠；
(2)低功耗，电池供电；
(3)架设成本低；
(4)易维护。
1.2 现状分析
目前市场上出现的采集模块静态功耗较大，一般为200 mW～600 mW不等，制作下位机体积大，需外加蓄电池和太阳能板，容易被盗以及人为破坏；安装复杂，在无电源地区使用时架设成本较高，不适用于条件较苛刻的专用场合；集成无线RTU体积也偏大，不能进阶二次开发成专用产品，不能低压供电也限制了在此系统中的应用。
1.3 系统方案
GSM网络通信方式具有高速、可靠、覆盖范围广等优点，易于实现远程数据通信。 SMS是移动运营商提供的短消息服务，它基于GSM网络通信。SMS支持GSM设备点对点和一点对多点的消息传送，并可传送一条短信和容纳140 B的文本信息。在目标设备未在线或故障等情况下，短消息会暂存在运营商的服务器中，该种方式可以得到较高可靠程度。上位机系统可以是个人移动设备也可以是支持SMS的专用监测设备。
GPRS是基于GSM网络的高速数据业务，资费低，但在网络繁忙时数据丢包、掉线的情况时有发生。由于地下水变化相对缓慢，对系统的实时性要求不高，所以采用SMS方式进行无线数据通信足以满足要求，对于本系统资费同样低廉。
为了易于更换和维护采集器，采用通用的5号碱性电池供电。硬件上采用各功能模块选择性分离供电，软件上采用定时采集、定时上传的方式大大降低了功耗，确定了长时间电池供电的可行性，从而免去了布线和安装太阳能电池的工序和成本。采集器与GSM通信模块集成，缩小了体积，可内置于被测井口处，以方便安装和后期维护。
2硬件设计
2.1 硬件结构
采集器(下位机)由微处理器、电池组、电源管理、GPRS模块、压力传感器、时钟日历、信号调理以及A/D转换器组成，如图1所示。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/188569.htm
2.2 模块设计
(1)主控制器：ATmega88V单片机作为采集器的微控制单元，内置1 KB SRAM以及512 B的EEPROM存储器，免去了外部存储器，1.8 V～5.5 V宽泛的工作电压。为了节省功耗，单片机工作在32.768 kHz 的系统时钟频率下。
(2)时钟日历模块：MAX690芯片作为时钟日历模块，由独立的3 V电压的纽扣电池供电，与CPU进行实时通信，CPU查询时间确定采集器的工作状态。
(3)压力传感器：采用国产的KY型压力传感器，集成电压变送器，工作电压为10.5 V～15 V，输出信号为1 V～5V，量程为0 m～100m
(4)A/D转换器: 使用的是AD7921，12位A/D转换器，SPI串行接口，它由电压基准芯片AD780提供2.5 V的供电电压和参考电压。
(5)信号调理：采用通用双运放LM2904调理传感器输出信号和电池电压信号送给A/D转换器。LM2904的供电电压由LT1613提供(12 V)，对压力变送器的1 V～5 V信号进行调理，首先前级为跟随器，运放的输出用一个电位器分压得到0.5 V～2.5 V信号，第二路信号为电池电压信号，同样的将池组电压VCC的可能的最大值(7 V)调整为小于A/D转换的满度值电压(2.5 V)。两路信号送给A/D转换器进行数字量化。
(6)电源管理：4节5号电池串联，取其中2节电池为单片机供电，用IRFU220与IRFU9530构成2个推挽输出由单片机的GPIO选择性地为测量部分(包括压力传感器、A/D转换器、信号调理电路)和GSM模块供电。在推挽输出后用一个LT1086稳压后为GSM模块提供3.6 V电源，由LT1613升压型电路芯片为传感器/变送器和模拟信号调理电路提供12 V电源。
(7)GSM模块：采用Wavecom公司的GR64模块，与单片机的接口为异步串行接口，编程时采用AT指令对模块进行设置、会话以及打包数据和发送信息。
2.3测量误差分析
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