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近些年来,随着中国经济的发展以及人口的增加,地下水面临着过度开采的问题,这不仅导致地下水水位大幅下降形成地面沉降湖泊枯竭,而且会影响植被生长造成水土流失使生态恶化。因此,精确的地下水水位监测对于合理的利用地下水资源维持生态平衡至关重要。 目前中国地下水位监测主要采用人工手动监测的方法,监测手段包括测绳、电测尺、浮子式水位计等。这些测量方法容易受到人为因素影响,测量精度不高,并且耗费人力物力,难以满足地下水监测工作的需要。因此,研制高精度地下水位监测仪具有重要意义。 随着半导体电子工业的发展,体积小、精度高、使用方便的地下水监测仪器越来越多的应用于水文地质工作中。本文通过对已有的地下水位监测设备采用的方法和结果进行了分析和研究,并结合国外在这一方面的研究成果,完成了地下水位监测仪的研制。该仪器利用半导体压力传感器作为压力感受元件,将压力转换电压,通过微处理器将模拟信号转换成数字信号,在微处理器内进行数据处理之后远程发送到上位机。 压力传感器是水位数据的直接来源,对于整个仪器的测量精度至关重要。通过对比不同压力传感器的特点,硅阻式压力传感器具有灵敏度高、动态响应好、便于集成的优点,适合作为地下水位监测仪的压力感受元件,但是作为一种半导体元件,在受到温度影响时会产生温度漂移的现象,因此选用MAX1452温度调理芯片对其进行温度补偿。 压力传感器采集到的压力信号需要传输到微处理器,微处理器负责数据处理、数据显示、通讯等工作,是设备的核心元件,因此对微处理器的要求较高。通过对比不同微处理器的特点,MSP430具有功耗低、价格适中、内部资源较多等优点,因此选用MSP430F5438芯片作为地下水位监测仪的控制核心,设计的外围电路包括时钟芯片、数据存储电路、GPRS数据传输等,可以将采集的数据通过GPRS数据传输的方式传输到上位机。 利用多元回归分析和BP神经网络对通过实验得到的数据进行分析,通过对比两种方法的补偿效果,发现BP神经网络在压力较小时补偿效果较好,而多元回归分析在压力较大时补偿效果较好。 实验证明本仪器可以实现地下水位自动监测以及数据远程传输的功能,测量精度可以达到0.6%,可以达到国外先进同类设备的测量精度。通过在不同地区进行实验对比,证明该仪器具有良好的稳定性。