基于LM3S615的地下水位监测系统设计

　　摘要：本文介绍了一种地下水位实时监测系统的设计方案。该系统主要包括信号采集、无线模块、数据处理及存储三部分。压力传感器获得的信号进行调理放大，送入主控制器LM3S615进行A／D转换等处理，然后通过无线通信模块PTR8000发送到室内监控室。PTR8000接收端接收到数据后通过串口RS232发送到上位机，人机界面通过LabVIEW软件实现，可以对数据进行处理、显示及存储等。该方案对提高监测系统的便携性，降低成本和能耗，有一定的参考价值。

　　关键词：地下水位；LM3S615；PTR8000；LabVIEW

　　0 引言

　　我国地下水占水资源总量的三分之一，年供水量占总供水量的近20％，在支撑经济社会发展中具有重要作用。大规模地下水开发造成局部地区地下水超采，诱发地质灾害。如：地面沉降、地裂缝灾害等。

　　如今我国对于地下水位的监测，大部分监测点仍以传统的人工定时测量方法（电表、测钟、测绳等）为主，因而对于某些突发性的地下水位异常不能起到很好的预警作用，同时也会占用大量的人力，且存在人为误差，因此实现地下水位重点监测点的自动监测有利于提高各种地质灾害的预报、预测。

　　采用ARM作为主控器能够降低功耗，并为建立无线网络通信奠定了基础，使系统更高效、可靠。

　　1 设计方案

　　1．1 方案概述

　　此系统的基本设计思路是：前端利用差压式传感器MPX5100DP采集原始信号，经调理放大后，送入主控制器LM3S6l5，经内部AD转换等处理后，通过无线通信模块PTR8000发送到室内监控室，PTR8000接收端接收到数据后，在控制器的控制下，通过串口RS232发送到上位机，人机界面通过LabVIEW软件实现，可以对数据进行处理、显示及存储等。系统框图如图1所示。

　　此系统主要包括电源模块、信号调理模块、ADC模块、LCD模块、无线发射模块、无线接收模块、串口通信模块以及上位机模块等8个部分。发射端电源因为要在野外工作，由12V电瓶供电；接收端电源采用USB供电。信号调理模块主要包括调零电路、多档放大电路、低通滤波电路。ADC和LCD模块分别采用LM3S615内置的10位AD和LM3S615开发板上的配套LCD。无线发射接收模块采用PTR8000模块，半双工工作方式。串口通信模块有LM3S系列第一款控制器LM3S10l来控制通信。上位机界面采用LabVIEW软件编写。

　　1．2 信号采集

　　（1）压力传感器

　　MPX5100DP是一种集成硅压力传感器，自带片内信号调理功能和温度补偿功能，输出为高精度模拟电压信号。该传感器特别针对带内置A／D的微控制器。压力范围为0～100kPa，对应水位范围为0～10m，满量程输出为4．7V，灵敏度为45mV／kPa。图2为MPX5100DP的实物图和推荐退耦电路。

　　MPX5100DP的上部有两个孔：Pl孔为压力孔，直接与水接触；P2孔为真空孔，通入空气。电压的变化与P1和P2的差值P的变化成正比，MPX系列被设计成正压式传感器，即P1>P2，P=Pl-P2。

　　（2）信号调理电路设计

　　当P1=P2时，传感器有个固定偏移电压约为200mV，设计电路时，设计一个减法器将其减掉，每次测量前通过调节可变电阻，使传感器输入为0时，输出电压也为0。设计两档（×1，×10）对传感器输出电压进行放大，这里选用低噪声、低偏移电压的OP27，并且选用了精密的放大电阻18k和2k，保证信号放大倍数的准确。在实际测试前，调节调零电路使输出为零。