灌區(qū)多參數(shù)自動遙測系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn).pdf

1、當(dāng)前，全球都面臨水資源的利用和管理問題，農(nóng)業(yè)灌區(qū)的管理是水資源管理的一個重要組成部分。長期以來，一直依靠人工來記錄灌區(qū)的各項參數(shù)數(shù)據(jù)，因此相關(guān)數(shù)據(jù)精度不高、管理落后，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。要想科學(xué)的管理和利用水資源首先就需要快捷并且準(zhǔn)確的獲取灌區(qū)水資源信息，因此必須依靠自動遙測系統(tǒng)。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，世界各國開始開發(fā)并使用灌區(qū)遙測系統(tǒng)來采集和管理灌區(qū)的各項水資源數(shù)據(jù)。我國20世紀(jì)70年代中期也開始對灌區(qū)遙測系統(tǒng)進(jìn)行研究，

2、并取得了一批研究成果，形成的產(chǎn)品在國內(nèi)一些灌區(qū)實地應(yīng)用。但是，隨著灌區(qū)管理水平的不斷提高以及對系統(tǒng)功能需求的不斷變化，現(xiàn)有系統(tǒng)逐漸暴露了諸多缺陷。經(jīng)過實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前的系統(tǒng)存在以下主要問題：采集參數(shù)單一，當(dāng)灌區(qū)管理單位需要采集多個不同的參數(shù)時，就需要安裝多種不同的采集設(shè)備；系統(tǒng)可擴(kuò)展性和通用性不強(qiáng)，隨著管理水平的提高，當(dāng)灌區(qū)管理單位需要增加新功能時，原有系統(tǒng)不能通過軟件升級的方式滿足需要而必須重新開發(fā)硬件平臺；系統(tǒng)軟件管理也是處在一個

3、比較混亂的狀態(tài)，不同的硬件設(shè)備、不同的硬件版本都對應(yīng)不同的軟件版本。所有這些問題將大大增加整個系統(tǒng)的開發(fā)、管理和維護(hù)成本。此外，目前系統(tǒng)的通信組網(wǎng)大都采用一種組網(wǎng)模式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，不能進(jìn)行正常的信息傳輸，這可能會導(dǎo)致重大損失。因此設(shè)計一種集成度高、可靠性高、通用性強(qiáng)、能夠同時采集多個參數(shù)的新型灌區(qū)自動遙測系統(tǒng)具有重要的意義。 論文首先分析了當(dāng)前灌區(qū)遙測系統(tǒng)存在的問題，在此基礎(chǔ)上介紹了灌區(qū)多參數(shù)自動遙測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)

4、主要包括上位機(jī)和遙測終端系統(tǒng)以及通信組網(wǎng)三個部分，同時分別介紹了這三部分的方案設(shè)計以及如何解決目前存在的問題：通過采用將適配器與終端系統(tǒng)相分離，之間通過多機(jī)通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方案，實現(xiàn)一個終端系統(tǒng)同時采集多個參數(shù)的目標(biāo)；使用GSM網(wǎng)絡(luò)和PSTN網(wǎng)絡(luò)相互形成備份的組網(wǎng)模式，解決采用單一組網(wǎng)模式存在的風(fēng)險；構(gòu)建了基于單片機(jī)(MCU)+FPGA的遙測終端硬件平臺，充分利用FPGA可隨意編程和升級的特點以解決目前系統(tǒng)存在的集成度低、可靠性以

5、及可擴(kuò)展性差等問題。 論文對遙測終端的硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計進(jìn)行了較為詳細(xì)的討論，其中MCIJ完成系統(tǒng)的控制和管理功能，F(xiàn)PGA完成系統(tǒng)的多種接口以及邏輯功能。論文用VHDL在FPGA中實現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的UART功能、鍵盤處理功能、邏輯處理功能等多種集成在FPGA中的功能；解決了單片機(jī)如何訪問FPGA以及二者之間如何協(xié)調(diào)工作的問題；用C51語言編寫了遙測終端的各個功能模塊程序。論文還對上位機(jī)進(jìn)行了設(shè)計，主要是用戶界面的實現(xiàn)以及部分功