引言

地下水是大自然賜予人類的寶貴資源，隨著社會發展和科技進步，地下水資源已被過度地開發利用，不合理地開采地下水資源已經引起地下水水位下降和一系列的環境問題。例如，地面沉降引起建筑物的破壞;沿海地區過量開采地下水，造成海水入侵和倒灌;干旱地區過量開采地下水，引起了土地荒漠化。

大量的地表水被不合理地使用\\(如農田灌溉\\)，地下水位上升近地表，使得土壤次生鹽漬化;一些大壩工程的修筑使得庫區附近地下水位抬升，也會引起斜坡不穩定。因此，對地下水的水位變化進行監測是地下水開發管理、預測與控制的一項重要任務。

為了合理開發利用三江平原的地下水資源，同時優化配置地下水資源，提高用水效率，必須要實時、有效地采集地下水水位數據，通過對地下水水位數據進行長期采集，為水文工作者、地方水利部門等提供最原始、最準確的數據，用以適時制定相應政策，實現灌區水資源的可持續開采和利用。本設計以三江平原綏濱農場灌區為例，對當地灌區水位進行實時監測，從而為當地政府部門合理開發地下水資源提供科學依據。

1 系統硬件設計

本系統中，硬件部分主要功能是對水位數據進行采集、顯示，以及對數據處理并打包傳輸回系統上位機水位監控中心。硬件部分整體框圖如圖 1 所示?！緢D1】

1． 1 微控制器

系統選用 STC12C5A60S2 單片機作為硬件核心，它是宏晶公司生產的新一代增強型 8051 單片機。其指令代碼完全兼容傳統 8051，但速度比傳統的 8051單片機快 8 ～ 12 倍;內部集成 MAX810 專用復位電路，8 路高速 10 位 A/D 轉換。

1． 2 傳感器選擇

水位信息傳感器是水位數據采集系統的一個極其重要的組成部分，是實現水位監測系統自動監測和控制的首要環節。表 1 為幾種常用水位信息采集傳感器的特點和工作原理。通過對幾種常用傳感器比較分析，系統選用 HW － C1000C20 超聲波式水位傳感器來采集地下水位數據?！颈?】

1． 3 無線傳輸模塊

系統選擇華為公司生產的 GTM900 － B 無線通訊模塊，并采用公網動態 IP + DNS 解析方式進行組網。

其解析方式原理圖如圖 2 所示?！緢D2】

1． 4 供電模塊

水位數據采集終端工作在野外，系統選用獨立的太陽能蓄電池為數據采集終端提供持續、穩定的電源。供電模塊的結構如圖 3 所示?！緢D3】

2 系統軟件設計

2． 1 數據采集終端軟件

數據采集終端采用 C 語言編程，按功能的不同，整個程序寫成不同的子程序，程序整體上結構清晰且易于調試和維護。圖 4 為超聲波傳感器采集水位數據的子程序流程圖，圖5 為無線傳輸模塊子程序流程圖。

2． 2 水位監測中心軟件

水位監測中心上位機軟件基于 Visual Basic\\(簡稱VB\\)串口通信開發。VB 是一種面向對象的程序設計方法，即把程序和數據封裝成為一個實體，直接針對這些對象進行程序的設計，不需要重復編寫大量代碼，縮短軟件開發周期。軟件實現了如下功能:

①對各水位監測井數據進行實時準確地接收和存儲，并顯示其水位狀態;②對各監測點的數據進行實時顯示及根據數據變化繪制折線圖形，便于查看其變化趨勢；③對串口信息、水位監測井信息、警戒水位等相關信息進行設置和修改?！緢D4-5】

3 系統應用

本系統于 2013 年 5 月在黑龍江省綏濱縣綏濱農場灌區進行了應用試驗。試驗結果顯示:系統的靈敏度高，能實時監測水位的動態信息，系統的整體誤差介于 0． 1 ～ 0． 5cm 之間，符合《水位觀測標準 GB/T50138 － 2010》的要求。本文由于篇幅限制，表 2 列出 2013 年5 月1 日10:00 －12:00 人工測量與系統測量得到的部分水位數據進行對比?！颈?略】

4 結論

1\\)本系統設計的基于超聲波水位數據采集終端，解決了傳統人工測量不能進行實時監測的問題，同時彌補了壓力式傳感器受大氣壓影響、浮子式傳感器受水中泥沙干擾等實際應用時存在的缺陷。

2\\)根據綏濱農場灌區的特殊環境，本系統應用GPＲS 無線數據傳輸技術，實現了灌區水位數據的實時采集和遠距離傳輸。

3\\) 本系統上位機監測軟件完成了準確接收數據、對數據的大容量存儲、實時顯示數據，并且實時繪制水位數據變化折線圖。圖 6、圖 7 為 2013 年 5 月 1 日10:00 － 11:00 與 11:00 － 12:00 的水位變化折線圖?！緢D6-7】

參考文獻:

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［2］ 李益農，許迪，李福祥． 地面灌溉水深測量儀的研制及性能測試［J］． 農業工程學報，2006，22\\(1\\):32 － 36．