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基于单片机控制的地下水监测系统设计

作者：郁杰刘艳萍

来源：《电子技术与软件工程》2015年第18期

摘要本文介绍了基于单片机控制的地下水监测系统设计，并给出了硬件设计原理图，利

用Proteus软件进行了系统仿真，与传统监测仪器相比，智能化、准确度与稳定性均得到提

高，能为地下水资源的合理管理和科学利用提供原始的科学数据。

【关键词】单片机仿真地下水

近几年，伴随着人口增加、经济发展与城市化进程加快，水资源危机已经成为我国生态危

机的重中之重。其中地下水超采严重，地下水埋深增大的问题尤为突出，加强地下水监测已经

成为一项十分紧迫的重要工作。

传统的地下水监测系统主要是在监测井内放置简单的现场监测仪器或者人工放线来完成，

效率比较低，且受到自然环境和人为因素影响较大，检测到的数据不够精确，从而给数据分析

和研究带来诸多弊端，使得科学管理和合理利用地下水资源工作滞后、效率低下。

本文设计的地下水监测系统采用单片机控制，利用高精度传感器，结合其他集成芯片，将

水位、浊度等参数及时采集并显示，实现了系统的智能化，处理速度快、数据精度高，且系统

稳定，能为地下水资源的合理管理和科学利用提供原始的科学数据。

系统设计1

单片机1.1选择

在搭建单片机硬件开发系统时，要合理的进行单片机选型，因为单片机就好比是一个硬件

电路的大脑，决定了整个电路的功能和后期的软件开发难易度。一般来说，在进行单片机选型

时要注意以下几点：

（1）在各项参数指标满足的前提下，要选取外部资源丰富的单片机。

（2）认真估算代码工作量，选用合理的RAM、ROM或Flash资源。

（3）对于实验性的设计，尽可能选用双列直插（DIP封装）的单片机，以便于手工焊接

和调试。

（4）考虑产品最终的应用场合，如果是野外或长时间独立供电的情况，则需要尽量选择

低功耗的单片机。

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（5）认真考察单片机的开发成本及编程器与仿真器的选择。

综上所述，本系统采用由Atmel公司生产的AT89C52单片机。其主要功能特性如表1所

示：

表1：单片机AT89C52的主要功能特性

序号功能特性

兼容1MCS-51指令系统

28K可反复擦写（大于1000次）Flash只读存储器

个双向332I/O口

4256字节内部数据存储器

个5316位可编程定时/计数器中断

个外部中断源62

低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能7

传感器选择1.2

1.2.1水位传感器

常用的水位传感器有浮子式、压力式与超声波式，综合考虑环境条件和作业范围，本系统

决定采用压力式水位传感器。市场上常见的GY100投入式液位计，全不锈钢结构，传感器电

路采用美国BB公司进口模块XTR101芯片专用硅压阻传感器设计，宽电压供电，具有过压保

护与限流保护的功能，拥有良好的抗干扰、防雷电能力，并且抗冲击、防腐特性强。

1.2.2浊度传感器

浊度是由水中的悬浮颗粒引起的，一般表现为水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程

度，工业控制中常用浊度计来测量。美国GlobalWater公司生产的WQ720浊度传感器是一种

为环境和工业服务的可侵入水中的高精度浊度传感器。WQ720浊度传感器安装有可拆卸的碎

物防护罩，使用简单方便，应用范围包括：水质检测和管理、废水处理渗透与地下水测量等水

环境监测与工业控制。

1.3A/D转换电路设计

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在地下水监测系统中，各类传感器现场所检测到的信号均为模拟信号，这些模拟信号必须

经过模数转换电路转换成数字信号，才能被单片机接收并处理，因此模数转换功能是地下水位

监测仪的关键功能之一，数据转换的精度、误差与稳定性等指标直接决定了地下水监测系统的

优劣程度。本系统采用美国TI公司的TLC2543A/D转