摘要：本文介紹了一種地下水位實時監測系統的設計方案。該系統主要包括信號采集、無線模塊、數據處理及存儲三部分。壓力傳感器獲得的信號進行調理放大，送入主控制器LM3S615進行A／D轉換等處理，然后通過無線通信模塊PTR8000發送到室內監控室。PTR8000接收端接收到數據后通過串口RS232發送到上位機，人機界面通過LabVIEW軟件實現，可以對數據進行處理、顯示及存儲等。該方案對提高監測系統的便攜性，降低成本和能耗，有一定的參考價值。

　　關鍵詞：地下水位；LM3S615；PTR8000；LabVIEW

　　0 引言

　　我國地下水占水資源總量的三分之一，年供水量占總供水量的近20％，在支撐經濟社會發展中具有重要作用。大規模地下水開發造成局部地區地下水超采，誘發地質災害。如：地面沉降、地裂縫災害等。

　　如今我國對于地下水位的監測，大部分監測點仍以傳統的人工定時測量方法（電表、測鐘、測繩等）為主，因而對于某些突發性的地下水位異常不能起到很好的預警作用，同時也會占用大量的人力，且存在人為誤差，因此實現地下水位重點監測點的自動監測有利于提高各種地質災害的預報、預測。

　　采用ARM作為主控器能夠降低功耗，并為建立無線網絡通信奠定了基礎，使系統更高效、可靠。

　　1 設計方案

　　1．1 方案概述

　　此系統的基本設計思路是：前端利用差壓式傳感器MPX5100DP采集原始信號，經調理放大后，送入主控制器LM3S6l5，經內部AD轉換等處理后，通過無線通信模塊PTR8000發送到室內監控室，PTR8000接收端接收到數據后，在控制器的控制下，通過串口RS232發送到上位機，人機界面通過LabVIEW軟件實現，可以對數據進行處理、顯示及存儲等。系統框圖如圖1所示。

　　此系統主要包括電源模塊、信號調理模塊、ADC模塊、LCD模塊、無線發射模塊、無線接收模塊、串口通信模塊以及上位機模塊等8個部分。發射端電源因為要在野外工作，由12V電瓶供電；接收端電源采用USB供電。信號調理模塊主要包括調零電路、多檔放大電路、低通濾波電路。ADC和LCD模塊分別采用LM3S615內置的10位AD和LM3S615開發板上的配套LCD。無線發射接收模塊采用PTR8000模塊，半雙工工作方式。串口通信模塊有LM3S系列第一款控制器LM3S10l來控制通信。上位機界面采用LabVIEW軟件編寫。

　　1．2 信號采集

　　（1）壓力傳感器

　　MPX5100DP是一種集成硅壓力傳感器，自帶片內信號調理功能和溫度補償功能，輸出為高精度模擬電壓信號。該傳感器特別針對帶內置A／D的微控制器。壓力范圍為0～100kPa，對應水位范圍為0～10m，滿量程輸出為4．7V，靈敏度為45mV／kPa。圖2為MPX5100DP的實物圖和推薦退耦電路。

　　MPX5100DP的上部有兩個孔：Pl孔為壓力孔，直接與水接觸；P2孔為真空孔，通入空氣。電壓的變化與P1和P2的差值P的變化成正比，MPX系列被設計成正壓式傳感器，即P1>P2，P=Pl-P2。

　　（2）信號調理電路設計

　　當P1=P2時，傳感器有個固定偏移電壓約為200mV，設計電路時，設計一個減法器將其減掉，每次測量前通過調節可變電阻，使傳感器輸入為0時，輸出電壓也為0。設計兩檔（×1，×10）對傳感器輸出電壓進行放大，這里選用低噪聲、低偏移電壓的OP27，并且選用了精密的放大電阻18k和2k，保證信號放大倍數的準確。在實際測試前，調節調零電路使輸出為零。