引言

　　渠道實用的水位測量方法很多，但主要是依托建筑物設立相關的測量設施。常用的數位測量儀器有浮子式、壓力式、超聲波式、雷達式水位計，浮子式水位計結構簡單、價格低廉，但需配建水位測井：超聲波與雷達式水位計測量精度高但造價昂貴且維護成本較高：壓力式水位計在保證測量精度的同時還具有成本低、便于維護安裝的特點。通過下位機與上位機相結合的模式，運用物聯網技術可實現對渠道每個重要節點全過程、不間斷的監測，實時采集水位數據信息并通過互聯網上傳至服務器實現數據共享，實現通過網絡隨時獲取最新的數據信息。

　　1壓力式水位檢測原理

　　投入式壓力水位測量技術是將壓力傳感器放置于水底測得壓力P,環境大氣壓力為P0,在壓力傳感器上有與大氣壓力接觸的進氣管，所以傳感器的壓力就等于水位高度所產生的壓力P-P0。假定所測水體密度為p,環境重力加速度為g,則液位高度可由式（1）得出：

　　2系統構建與實現

　　2.1系統整體設計

　　下位機由投入式壓力水位變送器與水位監測設備組成，水位監測設備包括主芯片控制模塊、信號處理模塊、太陽能充電模塊、GPS模塊與GPRS模塊。上位機采B/S結構，wEB瀏覽器是客戶端最主要的應用軟件，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上。下位機與上位機遵循TCP/1P協議進行通信，采用報文傳輸的形式進行數據傳輸與設備控制。

　　2.2硬件電路設計

　　2.2.1電源電路

　　下位機采用12V鋰電池組供電，其可為變壓芯片提供一個較高的初級電壓，初級電壓為投入式壓力傳感器和信號處理電路進行供電。初級電壓經過MC7805電壓轉換芯片轉換成5V電壓，進而可以為GPRS等電路供電。5V電壓再經過LM1117電壓轉換芯片轉換為3.3V電壓，主要為STM32F103ZET6芯片供電。

　　2.2.2信號處理電路

　　信號處理電路如圖1所示。投入式水位壓力變送器輸出4~20mA電流信號，在信號處理電路中采用線性光耦HCNR201進行放大隔離，將電流信號轉化為電壓信號輸入至MCU中進行處理。為滿足HCNR201輸入小電流信號的要求，通過249Ω與100kΩ的電阻分流將輸入信號縮小400倍傳入HCNR201,然后通過后方的100kΩ電阻將信號放大10萬倍并轉換成電壓信號輸入給MCU進行處理。

　　2.3軟件設計

　　2.3.1下位機軟件設計

　　下位機軟件設計包括主程序、GPRS子程序、GPS子程序、A/D采樣子程序設計。

　　主程序流程如下：首先進行系統初始化，讀取當前上報周期以及GPRS模塊啟動周期。在達到啟動周期時間后，啟動GPRS模塊并為變送器供電進行水位數據采集，通過DMA進行A/D采樣，采集20個點的值。采用中值濾波算法處理采集數據，首先對20個點進行排序，然后取中間值作為本次水位數值。通過GPRS模塊將水位數值傳輸到上位機，完成一次測量。

　　2.3.2上位機軟件設計

　　上位機軟件設計框圖如圖2所示。

　　上位機在接收到下位機啟動后發送的心跳包后，解析心跳包數據識別設備編號。根據設備編號下發獲取當前GPS坐標與水位數值信息報文，解析下位機上傳報文得到當前GPS坐標與水位數值信息后，通過水位率定算法計算出水位數值并存入數據庫中進行保存。

　　3試驗結果

　　以水為待測液體進行試驗，多次測量不同高度下的液位值，試驗數據如表1所示。在200c.的測量范圍內，測得液位的誤差小于1c.,實現了較高精度的液位測量。

　　4結語

　　本文設計了可用于灌區渠道的水位監測系統，通過系統硬件與軟件的設計實現了水位高精度檢測、數據網絡傳輸、用戶不同終端實時查看的一體化監測方案。

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