灌区水情无线监测系统硬件设计(附件)
无线传感技术具有成本低、能耗小、无需布线、相互之间没有电气干扰等优点，极大的迎合了公众的节能，使用方便的需求心理。本文设计了一种基于zigbee技术的水情监测系统，主要有两部分组成：数据采集系统（无线终端下位机）和数据接收系统（上位机），上位机和下位机呈现一对多的关系。通过zigbee协议实现上位机和下位机数据的无线收发功能。本文根据课题设计任务的要求，完成了湿度感器、温度传感器、水位传感器的选型，设计了由电源模块、传感器模块、数据无线传输模块、串口模块等构成系统的相关电路，制定了数据无线传输通讯协议，编制了相关程序，并进行了相关的实验调试。此无线传感系统性价比较高，适应能力强，复杂度低，很大的提高系统可靠性、灵活性和检测范围，降低系统的成本，有较好的应用前景。关键词 Zigbee，无线传感系统，下位机，传感器，通讯协议目录
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 2
1.2 灌区水情监控系统国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 本文研究内容 2
1.4 本文组织结构 2
2 灌区水情监控系统需求分析与总体设计 3
2.1 系统需求分析 3
2.2 灌区水情无线监测系统总体设计 6
3 灌区水情系统的总体设计方案 8
3.1 灌区水情系统的工作原理 8
3.2 系统总体结构 9
4 系统硬件设计部分 10
4.1 STM32核心处理器模块 10
4.2 电源模块 13
4.3 无线通信模块 14
4.4 RS-232串行通信模块 15
5 实验过程以及结果分析 15
5.1 实验准备 15
5.2 实验步骤 17
5.3 实验结论 23
结论 24
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
水能源做为一种基础性资源，俨然成为人们生活的重要保证和社会发展的关键依靠，世界各个国家对水能源的利用和管理都非常重视。我国目前人口多水资源少，并且时空分
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
5
5.2 实验步骤 17
5.3 实验结论 23
结论 24
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
水能源做为一种基础性资源，俨然成为人们生活的重要保证和社会发展的关键依靠，世界各个国家对水能源的利用和管理都非常重视。我国目前人口多水资源少，并且时空分布不均匀，近些年洪旱灾害都给人们生命与财产带来了巨大的损失。2012年中央一号文件《中共中央关于加快水利改革发展的决定》提出中国水情目前遇到的严峻情势，以及加强水资源的节省跟保护工作、加强防减灾的能力。在水情发展现代化建设过程中增加水情信息化率，促进水情的现代化进程，依靠着信息化来带动现代化，减少没有意义的能源损耗，增加利用水能源的效益是日后水情发展的大势所趋。
目前我国10%的需求用水来自农业，灌区做为兼备抗洪、防汛、灌溉等多功效为一体的场所俨然已成为水情自动化的主要战场，灌区自动化也是水利建设信息化的主要组成。在建设灌区自动化的过程中，发明出使用先进通信技术、传感技术和计算机软件技术对灌区的水资源情况进行收集、输送、统一管理并且可根据研究人员的需求对灌区闸控站进行无线监测的灌区水情无线监测系统来代替传统意义的手工监测、限制流量的系统有更加实际的影响。
该论文把灌区水情无线监测系统现实生活中的需求作为背景，对灌区水情的温度、湿度、水位等水利讯息进行监测以及控制研究。灌区系统完成后，能够轻松的对灌区信息实行实时无线监测，以达到水情资源管理的自动化、数据化。
1.2 灌区水情监控系统国内外研究现状及发展趋势
灌区水情自动化系统是一个集视频监视、闸门监控、水情监测、用水管理等各类子系统为一体的集成型系统。已然成为水情方面信息化的标志，从“金水工程”提出到现在，经历过“九五”规划、“十五”实施，“十一五”推进，已在发展道路上迈出了一大步。水情自动化也得到了显著提高，在此之间出台了各项标准规约。目前我国在水资源监测信息化管理建设中完成的较突出的企业如北京水利资源研究所。
目前我国水情无线监测系统在抗干防洪、山洪防暴、用水调制等多个方面有着广泛的运用，自80年代末开始研究投入使用，历经近30年的稳步发展，现在已成为包括各种传感器接收结合多种通讯方式并运用的先进科技。但是在灌区水情自动化建设中，大部分仍然是将水情监测和闸门控制分开，并没有进一步利用集成技术。除此之外，先前完成的的灌区无线监测技术系统相对单一，与水文监测、山洪预报等系统缺少数据共享。
像美国和日本科技相对先进，灌区自动化水平也相对较高，在水情监测技术领先我国很多，他的技术能实现灌区水情的精准统计，并且也能实现灌区系统的数字化控制。像德国灌区无线监测系统，能够一次性收纳100多个测量点的水位、温湿度等水文讯息。
当前我们国家的灌区自动化技术刚刚起步，伴随我国实施更加标准的规约和合理采用各种高科技的传感、交流、通信技术，灌区无线监测将一步步向规范型、集中型、科技型不断迈出坚实步伐。运用灌区无线监测系统，能够完成对灌溉区水文资源的精准测量，进一步把水利进行有效地运用。
1.3 本文研究内容
该文主要针对灌溉渠引水监测节点水情、工作数据来实行无线远程管理，运用先进的传输、电信、电脑软件技术来实现完成一套具有水情监测和闸口控制管理作为一整体的灌区水情无线监测系统，然后编辑对应的软件程序来实现功能。依靠本设计能够完成对灌溉渠水位、温度、湿度等水资源讯息及闸口状态完成实时无线监测。
因为灌区水情无线监测系统不仅要收集处理灌区水情、闸口数据，同时也要对全部监测点的采集数据进行集中存储和远程传输，为此监测系统由遥测站和监控中心两个核心组成，来完成上述要求的实现。
本文首先参照课题的特点，选用GPRS通信来连接遥测站和监控中心的信息传输，初步完成系统的总体的设计，完成软件平台的组成。然后综合地探索了遥测站和监控中心两个核心组成的内容。其中，遥测采集将使用采取自动化、数字化的设计理念，采用先进的RTU、传感器、控制处理器等仪器，构造硬件平台，主要研究RTU与监测中心之间的信息规约，完成上述步骤后，进行相应的软件开发设计。监测中心拟用介于Web的传输结构，介于C语言程序的通信管理服务和数据库控制。
1.4 本文组织结构
该论文的核心章节有如下安排：
第1章主要介绍了课题的研究意义以及背景，灌区水情无线监测系统的研究状况和未来的研究趋势，最终阐述该课题所研究的东西。
第2章在对灌区水情无线监测系统进行研究结果的情况之上，对照各种常用的通信方式，最后选取zigbee当做主要的通信方式，提出总体的系统设计方案，然后列出系统的研究平台和开发环境。
第3章为本次灌区水情系统的总体设计方案，先是介绍了系统的基本设计原则，其次给出了本次灌区水情设计的总体结构框图，最后，阐述了本次设计的总体功能以及各个组成模块功能与特点。
第4章是系统硬件设计部分着重分析了
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 2
1.2 灌区水情监控系统国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 本文研究内容 2
1.4 本文组织结构 2
2 灌区水情监控系统需求分析与总体设计 3
2.1 系统需求分析 3
2.2 灌区水情无线监测系统总体设计 6
3 灌区水情系统的总体设计方案 8
3.1 灌区水情系统的工作原理 8
3.2 系统总体结构 9
4 系统硬件设计部分 10
4.1 STM32核心处理器模块 10
4.2 电源模块 13
4.3 无线通信模块 14
4.4 RS-232串行通信模块 15
5 实验过程以及结果分析 15
5.1 实验准备 15
5.2 实验步骤 17
5.3 实验结论 23
结论 24
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
水能源做为一种基础性资源，俨然成为人们生活的重要保证和社会发展的关键依靠，世界各个国家对水能源的利用和管理都非常重视。我国目前人口多水资源少，并且时空分
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
5
5.2 实验步骤 17
5.3 实验结论 23
结论 24
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
水能源做为一种基础性资源，俨然成为人们生活的重要保证和社会发展的关键依靠，世界各个国家对水能源的利用和管理都非常重视。我国目前人口多水资源少，并且时空分布不均匀，近些年洪旱灾害都给人们生命与财产带来了巨大的损失。2012年中央一号文件《中共中央关于加快水利改革发展的决定》提出中国水情目前遇到的严峻情势，以及加强水资源的节省跟保护工作、加强防减灾的能力。在水情发展现代化建设过程中增加水情信息化率，促进水情的现代化进程，依靠着信息化来带动现代化，减少没有意义的能源损耗，增加利用水能源的效益是日后水情发展的大势所趋。
目前我国10%的需求用水来自农业，灌区做为兼备抗洪、防汛、灌溉等多功效为一体的场所俨然已成为水情自动化的主要战场，灌区自动化也是水利建设信息化的主要组成。在建设灌区自动化的过程中，发明出使用先进通信技术、传感技术和计算机软件技术对灌区的水资源情况进行收集、输送、统一管理并且可根据研究人员的需求对灌区闸控站进行无线监测的灌区水情无线监测系统来代替传统意义的手工监测、限制流量的系统有更加实际的影响。
该论文把灌区水情无线监测系统现实生活中的需求作为背景，对灌区水情的温度、湿度、水位等水利讯息进行监测以及控制研究。灌区系统完成后，能够轻松的对灌区信息实行实时无线监测，以达到水情资源管理的自动化、数据化。
1.2 灌区水情监控系统国内外研究现状及发展趋势
灌区水情自动化系统是一个集视频监视、闸门监控、水情监测、用水管理等各类子系统为一体的集成型系统。已然成为水情方面信息化的标志，从“金水工程”提出到现在，经历过“九五”规划、“十五”实施，“十一五”推进，已在发展道路上迈出了一大步。水情自动化也得到了显著提高，在此之间出台了各项标准规约。目前我国在水资源监测信息化管理建设中完成的较突出的企业如北京水利资源研究所。
目前我国水情无线监测系统在抗干防洪、山洪防暴、用水调制等多个方面有着广泛的运用，自80年代末开始研究投入使用，历经近30年的稳步发展，现在已成为包括各种传感器接收结合多种通讯方式并运用的先进科技。但是在灌区水情自动化建设中，大部分仍然是将水情监测和闸门控制分开，并没有进一步利用集成技术。除此之外，先前完成的的灌区无线监测技术系统相对单一，与水文监测、山洪预报等系统缺少数据共享。
像美国和日本科技相对先进，灌区自动化水平也相对较高，在水情监测技术领先我国很多，他的技术能实现灌区水情的精准统计，并且也能实现灌区系统的数字化控制。像德国灌区无线监测系统，能够一次性收纳100多个测量点的水位、温湿度等水文讯息。
当前我们国家的灌区自动化技术刚刚起步，伴随我国实施更加标准的规约和合理采用各种高科技的传感、交流、通信技术，灌区无线监测将一步步向规范型、集中型、科技型不断迈出坚实步伐。运用灌区无线监测系统，能够完成对灌溉区水文资源的精准测量，进一步把水利进行有效地运用。
1.3 本文研究内容
该文主要针对灌溉渠引水监测节点水情、工作数据来实行无线远程管理，运用先进的传输、电信、电脑软件技术来实现完成一套具有水情监测和闸口控制管理作为一整体的灌区水情无线监测系统，然后编辑对应的软件程序来实现功能。依靠本设计能够完成对灌溉渠水位、温度、湿度等水资源讯息及闸口状态完成实时无线监测。
因为灌区水情无线监测系统不仅要收集处理灌区水情、闸口数据，同时也要对全部监测点的采集数据进行集中存储和远程传输，为此监测系统由遥测站和监控中心两个核心组成，来完成上述要求的实现。
本文首先参照课题的特点，选用GPRS通信来连接遥测站和监控中心的信息传输，初步完成系统的总体的设计，完成软件平台的组成。然后综合地探索了遥测站和监控中心两个核心组成的内容。其中，遥测采集将使用采取自动化、数字化的设计理念，采用先进的RTU、传感器、控制处理器等仪器，构造硬件平台，主要研究RTU与监测中心之间的信息规约，完成上述步骤后，进行相应的软件开发设计。监测中心拟用介于Web的传输结构，介于C语言程序的通信管理服务和数据库控制。
1.4 本文组织结构
该论文的核心章节有如下安排：
第1章主要介绍了课题的研究意义以及背景，灌区水情无线监测系统的研究状况和未来的研究趋势，最终阐述该课题所研究的东西。
第2章在对灌区水情无线监测系统进行研究结果的情况之上，对照各种常用的通信方式，最后选取zigbee当做主要的通信方式，提出总体的系统设计方案，然后列出系统的研究平台和开发环境。
第3章为本次灌区水情系统的总体设计方案，先是介绍了系统的基本设计原则，其次给出了本次灌区水情设计的总体结构框图，最后，阐述了本次设计的总体功能以及各个组成模块功能与特点。
第4章是系统硬件设计部分着重分析了
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