摘 要

为了有效监控农业灌区的水情，本文综合利用机器视觉技术和无线通信技术提出了一种嵌入式远程水位监测系统。该系统不仅效率高，而且实时性强，能同时监测灌区内多处水位并将水位信息及时传输给管理中心，以此全面提升农业灌区的管理效能与经营效益。

该系统首先采用图像传感装置采集水位图像，然后利用内置了图像处理算法的主控平台来识别出水位高度，最后通过GPRS无线网络将水位信息传输给管理中心，实现了灌区水位的远程自动监测。本文主要的设计内容如下：

1.分析我国农业灌区存在的问题并介绍研究远程水位监测系统的意义。

2.详细介绍了远程水位监测系统的总体功能分析、结构设计和工作流程，包括系统设计的总体思路和主要模块。

3.设计了嵌入式主控平台各模块的硬件电路，包括处理器的外围电路、存储芯片电路、系统复位电路和GPRS无线通信模块。

4.研究了基于Hough变换理论的水尺定位算法，并根据自由深水推进波圆余摆线理论解决水位波动干扰测量准确度的问题。

关键词：水位监测 嵌入式系统 图像处理 Hough变换

Abstract

In order to effectively monitor the water condition of agricultural irrigation area, this paper puts forward an embedded remote water level monitoring system based on machine vision technology and wireless communication technology.The system is not only efficient, but also real-time strong, can simultaneously monitor the water level within the irrigation area and the water level information in a timely manner to the management center, in order to comprehensively enhance the agricultural irrigation management efficiency and operating efficiency.

The system firstly uses the image sensing device to collect the water level image, and then uses the master control platform with built-in image processing algorithm to identify the water level. Finally, the water level information is transmitted to the management center through the GPRS wireless network to realize the remote automatic monitoring of the water level.The main design of this paper is as follows:

1.Analyzes the existing problems of agricultural irrigation in China and introduces the significance of remote water level monitoring system.

2.The general function analysis, structural design and working flow of remote water level monitoring system are introduced in detail, including the general idea and main module of system design.

3.The hardware circuit of each module of embedded master platform is designed, including peripheral circuit of processor, memory chip circuit, system reset circuit and GPRS wireless communication module.

4.The algorithm of water level locating based on Hough transform theory is studied, and the accuracy of water level fluctuation and interference measurement is solved according to the theory of free deepwater propulsion wave.

Key Words：Water level monitoring；Embedded Systems；

Image Processing；Hough transform

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2 研究现状 2

1.3论文的研究内容与章节安排 3

第2章 灌区水位监控系统总体设计 5

2.1引言 5

2.2基于图像识别的灌区水位监测系统简介 5

2.2.1系统功能分析 5

2.2.2系统总体结构设计 6

2.3 基于图像识别的远程水位监测系统工作流程 7

2.4本章小结 8

第3章 系统硬件电路设计 9

3.1 引言 9

3.2图像采集模块设计 9

3.3 嵌入式水位识别模块设计 10

3.3.1嵌入式微处理器芯片S3C2410A简介 10

3.3.2系统存储程序芯片的电路设计 12

3.3.3 系统时钟与复位电路设计 13

3.4 GPRS通信模块设计 14

3.5本章小结 15

第4章 图像预处理算法 16

4.1引言 16

4.2 水位高度提取的主要步骤 16

4.3 图像预处理 16

4.3.1 彩色图像灰度化 17

4.3.2直方图均衡化增强 18

4.3.3中值滤波图像去噪 19

4.3.4图像边缘检测及二值化 19

4.3.5边缘检测 21

4.3.6图像形态学去噪 23

4.4本章小结 24

第5章 基于图像处理的水尺定位算法 25

5.1引言 25

5.2基于Hough变换的水位识别 25

5.3 Hough变换简介 25

5.4水位识别 27

5.5 水面波动的影响 27

5.5.1 水面波动规律 27

5.5.2 水位的确定 28

5.6 本章小结 28

第6章 工作总结与展望 30

6.1 工作总结 30

6.2 工作展望 30

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

水是生存之本，是不可代替的生命源泉。虽然我国水资源丰富，但是人均用水量却严重不足，只占全世界人均水资源的1/4。改革开放以来，随着经济的高速发展和对环境保护的忽视，我国部分地区水污染也相当严重，加之农业灌溉用水浪费、效率低下，加剧了我国缺水形势。因此合理运用水资源，节约用水已经迫在眉睫。

灌区是指有可靠水源和引、输、配水渠道系统及相应排水沟道的灌溉面积，是人类经济活动的产物，随社会经济的发展而发展。我国是农业大国，灌溉用水量巨大，大约占全国总用水量的2/3，这也使得对灌区水位监测是水资源管理的重要环节。我国灌区大多兴建于20世纪50~70年代，受限于当时的科技条件，灌区大多采用大水漫灌、串灌，加之这么多年来的疲劳运行，使得我国大多数灌区老化失修，因此灌溉用水浪费，生产效益低下。这些灌区的水位监测多数采用传统的人工测量，监测点数量多导致监测工作量繁重、效率低，而且测量误差较大，不能实时给管理中心提供数据。

我国农业灌区用水所含泥沙杂质较多，灌溉季为夏季，温度高湿气重。浮子式、压力式传感器受泥沙和温度影响大，不适宜使用。而超声波、雷达和激光传感器造价高且维护成本大也难以推广。所以目前的传感器都存在一定的缺陷，国外的一些监测产品技术成熟、性能较好，但是价格较高操作繁复，不适用于我国灌区。