摘 要

灌区明渠的水资源的合理利用一直是困扰中国农业发展的重要瓶颈，因此在农业用水方面需要达到自动化、合理化。合理利用明渠水资源，通过设计一个灌区明渠水量远程监测终端，来实现监测明渠水位的实时监测。

针对该项设计，需要从数据采集、数据传输、数据处理和显示几方面入手。这样才能在远程监测中心直接进行监测。

数据采集模块需要完成水量的实时测量。而灌区地点的水量测量存在明渠规格，水质差异，实际操作等影响因素。最后选取了超声波时差法进行测流。针对该方法，选用了合适的模数转换器组成模数转换电路进行采集量的转换，最后得到实时有效且便于传输的数字信息。

数据传输模块承担数据的传输功能。灌区大多都位于一些较为偏远的地方，且采集点较多且分散。传统的电缆传输费用大、难以操作。使用GPRS模块来进行传输则能够解决这些问题，快速有效的进行数据传输。

对于数据与显示方面，选用以ARM920T为核心的S3CEB2410X01嵌入式系统。该系统能够接收GPRS模块传来的数据并具有处理数据的功能。同时带有显示模块的连接接口，可以完成监测中心对于数据的显示功能。且它能直接连接PC进行控制和操作。

上述的几个模块结合在一起后，就可以完成从监测地点采集数据并传输到监测中心进行远程监测的目的。从而根据实时信息有效的利用灌区水资源，实现水资源利用的最大化。

关键词：明渠水量、超声波时差法、GPRS模块通信控制、嵌入式

ABSTRACT

The rational use of water resources in open channel has always been an important bottleneck in China's agricultural development. Therefore, in the agricultural water needs to be automated, rationalization. Rational use of open channel water resources, through the design of an irrigation channel open water remote monitoring terminal, to monitor the open channel water level real-time monitoring.

For the design, the need for data collection, data transmission, data processing and display several aspects. This can be monitored directly at the remote monitoring center.

For the data acquisition module, it is necessary to complete the real-time measurement of water. The irrigation area of the water measurement there are open channel specifications, water quality differences, the actual operation and other factors. Finally, the ultrasonic time difference method is used to measure the flow. For this method, the appropriate analog-to-digital converter is used to compose the analog-to-digital conversion circuit to convert the acquisition quantity, and finally obtain the real-time effective and easy to transmit the digital information.

For the data transmission module, you need to bear the data transmission function. Most of the irrigation areas are located in some of the more remote areas, and the collection points are more dispersed. Traditional cable transfer costs are large and difficult to operate. The use of GPRS module to carry out transmission can solve these problems, fast and effective data dissemination.

For data and display, select the ARM920T as the core of the S3CEB2410X01 ARM system. The system can receive GPRS module data and has the function of processing data. At the same time with the display module connection interface, you can complete the monitoring center for data display. And it can be directly connected to the PC for control and operation.

After several of the modules are combined, the data can be collected from the monitoring site and transmitted to the monitoring center for remote monitoring. So as to effectively utilize the water resources of the irrigation area according to the real-time information to realize the maximization of water resources utilization.

Key words: open channel water, ultrasonic time difference method, GPRS module communication control, ARM

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 研究的目的及意义 1

1.3 国内灌区明渠水量远程监测终端现状 1

1.4 内容及工作 2

第二章 灌区明渠水量远程监测终端的总体设计方案 3

2.1 总体设计方案 3

2.2 总体结构与各部分说明 3

2.3本章小结 4

第三章 数据采集模块的设计 5

3.1 数据采集模块总体方案的设计与实现 5

3.2 数据采集模块硬件的选取 5

3.2.1 流量计的选取 5

3.2.2 A/D转换器的选取 6

3.3 超声波流量计的A/D转换电路的设计 7

3.4 A/D转换电路的验证 8

3.5电池模块的设计 9

3.6 本章小结 9

第四章 数据传输模块的设计 10

4.1 数据传输方案的设计与选取 10

4.2 GPRS通信控制系统模块硬件设计和选取 10

4.2.1 GPRS基本原理 10

4.2.2 GPRS网络结构 11

4.2.3 GPRS组网方案 11

4.3 数据传输模块功能 11

4.4 本章小结 11

第五章 监测中心的设计 13

5.1 嵌入式系统的介绍 13

5.2 嵌入式处理器的选择与设计 13

5.3 嵌入式系统的设计 15

5.3.1 电源模块 15

5.3.2 时钟电路模块 15

5.3.3 JTAG接口及复位逻辑模块 16

5.3.4 系统储存器 17

5.3.5 液晶显示接口 17

5.3.6 模数转换模块 18

5.3.7 GPRS接口 19

5.4 S3CEB2410X01系统与PC的连接 21

5.5 本章小结 22

第六章 总结与展望 23

6.1 设计小结 23

6.2 展望 23

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 选题背景

灌区明渠水量远程监测终端的设计是针对国内农田灌溉区的水量问题而衍生出的研究课题。灌区作为一个在全国各个地区普遍出现的地点，其水资源的使用和监控是灌区灌溉效果的主要瓶颈。而中国的水资源其实并不丰富，很多灌区的水资源利用不得当，导致大多地区的农作物产量受到水资源不足的影响而无法得到大的提高。现如今，很多灌区都正在使用一些简单的水量监测终端或并未使用水量监测终端。根据调查，很多灌区目前还处于使用人力监控的局面，而一些已经使用自动化监控设备的区域，也会由于灌区地形、灌区信号等多方面因素，并不能得到很好的效果。而中国作为农业大国，灌区的发展尤为重要。在此背景下，得来了该选题。

1.2 研究的目的及意义

中国作为一个农业大国，但同时中国的水资源并不富裕，在各个地域的水资源分布也并不均匀。因此用水管理一直是中国农业发展的一个重要研究方向，只有在农业用水方面达到自动化、合理化、高度的有效化，才能突破“水资源合理利用”这个困扰中国农业发展多年的瓶颈。同时做到水资源管理的自动化既能够节省人力，又能打破以往人力难以随时随地精准的监控水量的僵局，使水资源的使用达到最优化。

同时加大灌区节水设施的研究和推广能够农业用水的节水工程得到更好的认可，而灌区水量的监测也是国家进行灌区信息化的建设的重要组成部分。