基于现有使用井和物联网技术的地下水远程监测系统搭建及应用周帮平毛潭柴帅梁清爽[摘要]基于现有使用井和物联网技术搭建了地下水远程监测系统，由主机采集传输通信部分、太阳能与市电互补供电系统、液位压力传感器和远程监控管理软件四部分组成，并进行了中试及推广应用，结果表明该系统稳定性能好，适应能力强，为科学利用地下水提供了技术支撑。[关键词]农用机井；物联网；地下水；远程监测；工程应用[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2018.33.170随着经济的发展，日益增长的用水与水资源短缺之间的矛盾逐渐加剧，水资源的短缺已成为全球性的问题。地下水作为优良水资源也面临着过度开采和水位下降过快的问题，为了实现地下水资源的可持续发展和科学利用，对地下水位进行长期、准确的监测成为科学用水决策的必要条件。[1]水利信息化作为水利现代化的重要内容，是实现水资源科学管理、高效利用和有效保护的基础和前提。在此背景下，搭建地下水位远程监测系统，实现实施县区的地下水位远程监测，对水位信息进行管理及分析，为科学利用地下水提供技术支撑。[2]1地下水远程监测系统搭建地下水远程监测搭建系统主要有四大部分，分别为主机采集传输通信部分、太阳能与市电互补供电系统、液位压力传感器和远程监控管理软件部分。四大部分充分结合，可以实现对地下水监测的科学化、现代化管理，是目前国内农村地下水监测建设的系统解决方案。1.1主机采集传输通信部分主要包括数据采集部分[2]和GPRS远程通信部分。[3]数据采集部分主要包括I/V转换电路和A/D转换电路。I/V转换电路采用两级运算放大器可以使零点的处理更加方便，运放选用整个信号范围内放大特性平坦的特点，同时单独供电，解决了单片机和运放器供电稳定性问题。A/D转换电路采用16位分辨率A/D转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程，电路精度可以达毫米级。GPRS远程通信部分采用工业级低功耗、高性能嵌入式32位处理器，可靠处理协议和大量数据。内嵌PPP、TCP、UDP、DNS、ICMP协议栈；外置定时器，内嵌看门狗，继电器断电管理，不死机、掉线自动恢复；抗干扰设计，即使在硬件被锁死，普通看门狗无法服务处理器和通信模块的情况下仍然可以可靠地自动恢复到正常状态；支持GSM拨号唤醒和永远在线的工作模式。通过GPRS模块与GSM网络相结合，利用GSM网覆盖面广、运行可靠、抗干扰能力强等优点，缩短建设周期，降低建设成本。1.2太阳能与市电互补供电系统在项目应用过程中，由于实施县条件限制，大多是市电（农村电网）供电系统。由于农村电网停电、农闲时间不供电、地域或人为因素等诸多客观条件，致使市电（农村电网）供电系统不能长期有效供电。另外，单独的太阳能供电系统在遭遇恶劣天气环境如阴天下雨，或因太阳能板长时间积雪、积尘致使转化效率过低等情况，也不能保证供电系统百分百不间断。为此，需要搭建市电（农村电网）和太阳能互补供电系统。其特点如下。两个供电系统互相独立，在太阳能供电时，市电（农村电网）与此完全物理隔离。传统的太阳能与市电互补供电系统一般采用太阳能与市电互补型充放电控制器，该方案存在一些不足及隐患，极易因市电（农村电网）的瞬间冲击引起控制器被烧坏，从而不能有效供电。而本供电系统采用物理隔离的方式，有效避免了该情况的发生。两个供电系统均受蓄电池电压控制，切换严格。当蓄电池电池低于11.5V时，系统自动启动市电（农村电网）给蓄电池充电。当蓄电池电压高于12.5V时，自动断开市电（农村电网）。对于市电（农村电网）供电系统，采用优质电器配件，确保市电（农村电网）供电稳定。市电（农村电网）充电过程迅速，避免农村电网不稳定冲击。双供电系统平时由太阳能供电，安全稳定。如果遇极端天气，如连续下雪，太阳能板上有积雪（10天以上无太阳能充电时），系统启动市电（农村电网）供电，充满后自动断开。该过程大约为4个小时。1.3液位传感器目前，国内大部分的地下水监测设备使用或需要使用专用的观测井，其打井及维护费用耗資较大，而农用机井的使用条件十分苛刻，例如农村电网的宽幅波动、农用电机的强电干扰、农用机井安装条件复杂苛刻等各种限制条件。为此我们对投...