水库控制新版系统资料

摘要在水资源利用方面，对流量、水质等参数测量很关键，但很多水库资源在高山地域，难以对其进行实时监测。无线通讯技术快速发展和普及，为远程监控系统实现提供了理想平台，所以越来越多水文站把基于无线通讯技术监控系统作为水利系统自动化管理新手段。而伴随水利自动化技术不停发展，水利系统自动化水平逐步提升，各水库全部能经过远程监控系统逐步实现少人、无人监管管理模式，以提升生产效益。本文关键探讨了基于无线通讯模拟水库监测系统设计问题。该系统要求对水库水位，流量等参数进行远程实时监测，能控制阀门开/关，调整水位高度，确保水库安全。设计思绪是在下位端利用单片机将传感器采集水库信息进行处理，将处理好数据经过CC1100无线模块传送到上位机端，在上位机上能够清楚地观察水库实时情况。上位机对信息进行监测分析，并将分析后信息反馈回到下位端，经过单片机控制步进电机正反转，模拟阀门开/关，来控制水库水位和流量，确保水库安全。多年来，本课题在中国外已受到很多关注和研究，而且不停地得到改善，在实际应用中也取到了很好效果，含有很好应用推广价值。关键词：水库；CC1100；单片机；自动化AbstractInwaterresourcesutilization,themeasurementofparameterssuchastherainfall,flow,waterquality,etc.Theseareveryimportant,butalotofreservoirresourcesareinthealpineareas,itisdifficulttomonitoritinrealtime.Rapiddevelopmentandpopularizationofwirelesscommunicationtechnology,whichhaveofferedtheidealplatformforrealizationofthelong-rangemonitoringsystem,somoreandmorehydrometricstationsregardmonitoringsystembasedonwirelesscommunicationtechnologyasthesystematicautomaticmanagementnewmeansofwaterconservancy.Andastheautomatictechnologyofwaterconservancyisbeingdevelopedconstantly,theautomaticlevelofthewaterconservancysystemisbeingimprovedprogressively,everyreservoircanrealizethemanagementmodethatfewpeople,nobodysupervisesgraduallythroughthelong-rangemonitoringsystem,inordertoimprovetheproductivityeffect.Thistexthasmainlyprobedintothedesignquestionbasedonsimulationreservoirmonitoringsystemofthewirelesscommunication.Thissystemrequiresthewaterleveltothereservoir,theflowismonitoredwhentheparameteriscarriedonlong-rangeandreally,cancontrolvalveturnonoroff，heighttoregulatewaterlevel,securitytoguaranteereservoir.Mentalityofdesigningtoutilizeone-chipcomputergoon,dealingwithreservoirinformationthattransducergatherinthenextend,itisonesthathandlewelldatauntilCC1100conveytomoduleswirelessforlocationmachine,inlocationcansituationsreal-timetoobservereservoirclearly.Golocationplanegoon,monitor,analyzedtoinformationandinformationfeedbackanalyze,gotbacktothenextend,control,andwalkintoelectricalmachinerytobepositiveandnegativetolookaroundthroughone-chipcomputer,simulationvalveturnonoroff,controllingreservoirwaterlevelandflow,guaranteethesecurityofthereservoir.Inrecentyears,subjectthispaycloseattentiontothefactandstudyaverymanyonealreadyathomeandabroad,andisbeingimprovedconstantly,fetchinpracticalapplicationtobetterresult,havingverygoodapplicationvaluetopopularize.Keyword:Reservoir;CC1100;Monolithicintegratedcircuit;Automation目录引言 11绪论 11.1本课题发展现实状况 11.2本课题发展趋势 21.3本课题研究意义和目标 31.4本课题关键研究工作和各章节内容安排 32相关技术和基础理论介绍 32.1CC1100无线模块相关特征 42.1.1CC1100无线模块接口电路 42.1.2CC1100无线模块特征和应用 52.2串口通讯应用 62.3传感器应用 82.3.1水流量传感器应用 82.3.2超声波传感器应用 102.4步进电机控制原理 122.5关键器件和应用 132.5.1AT89S52单片机 132.5.2TLC549A/D转换器 152.5.3MAX232芯片 172.5.4七段数码管 182.5.5LM298芯片 183系统设计 193.1系统要求 193.2系统总体方案 204硬件原理和设计 214.1步进电机控制电路 214.2单片机工作电路 224.3数码管显示电路 224.4电源模块设计 234.5CC1100无线模块及串口通讯电路 245软件设计 245.1程序步骤图 245.2CC1100模块发送和接收部分程序分析 266误差和干扰分析 276.1干扰原因及处理方法 276.2硬件系统设计抗干扰技术 287系统调试 307.1软件调试 307.2硬件调试 317.3整体调试 328结论和展望 32谢辞 34参考文件 35附录 36引言水库是中国防洪和蓄水广泛采取工程方法之一。伴随计算机及无线通信技术发展，水库自动监测信息采集、处理及公布已完成手工方法向自动方法转变。经过建设水文站实时监控系统，利用优异无线通讯监控手段对水库信息实施监测。采取CC1100无线网络实时网上传输水文数据，能实现对水库及其隶属建筑物及管理区进行全方面视频监控。长久以来，水文工作者全部是，靠手测、目测搜集水文信息。直接影响到测报精度和结果质量。利用无线监控系统采集数据，不仅可提升正确度，还能够使水文工作者离别传统工作方法。在通常情况下，因为水文站点在地理位置上分布较广或位置较偏僻。而且和监控中心距离较远，利用传统有线连接方法，线路铺设成本高昂，而且施工周期长，同时，因为物理原因如河流山脉等障碍而难以架设线缆。而且水文信息安全防范要求高，采取有线通讯在碰到刮风、暴雨、决口等灾难时，线路一断，水文信息就无法立即传输上去，所以有线传输抗灾性比较差，难以适应高可靠性要求，加之流域地形复杂、偏僻，铺设光纤成本也比较高。相比之下，无线通信布线简单、方便，抗灾性比很好，成本也比较低，可大量节省投资。本文中提到CC1100水文数据无线监控处理方案可很好地处理上述问题。用户采取无线水库监测系统，无需铺设网络电缆，可快速方便地采集多种需要实时数据资料，建立新无线监控系统或对现有无线监控系统进行扩展，含有很强灵活性和可扩充性。可实现真正意义实时水文信息采集和监控、统一管理。本课题所研究水库监测系统采取了自动控制、计算机网络和无线通讯新技术，含有实时信息自动采集、传输、视频监控、远程数据和图像传输、信息、查询等功效。系统应用了单片机，传感器，CC1100无线模块，步进电机等元器件。可实时监控管理区水库实时参数。该监控系统采取无线传送，传输速度快，系统结构简单。被监控点实时采集数据文件经过无线网络通信线路立即地传输给监控中心，实时动态地汇报被监测点情，立即发觉问题并进行处理，既方便又简捷。并可确保系统在多种恶劣天气情况下，全部能正常运行，满足系统多种信号相互传输正确性。可全方面实现水文信息采集自动化、数字化和网络化。大大提升了水库了安全系数和水资源利用率。1绪论1.1本课题发展现实状况目前，中国水资源短缺已严重影响了经济可连续发展，能够说已经成为社会经济稳定增加瓶颈。水资源时空分布严重不均，人口众多和传统工业经济发展速度较快等原因加剧了缺水问题；严重水污染又使缺水问题日益突出，伴随流域内经济快速增加和人口增加，水资源供需矛盾将越发急剧。所以，充足利用水资源，防治水污染已成当务之急！在大力加强节水、保护水质，实现水资源可连续利用前提下，怎样提升现有水资源管理水平就显得尤为关键，是一直困扰我们难题。在很多偏远山区或河流峡道口，全部建立了各型水库，它们作用毋庸置疑。经过水库作用，能够充足合理地利用水资源。有了水库蓄水功效，我们就能够充足地将水能转化为所需能源，对社会经济发展有着很深远影响。但福兮祸所依，水库同时存在很严重隐患。如若控制不妥，其结果必造成巨大灾难。所以，在大力加强节水、保护水质，实现水资源可连续利用前提下，怎样提升现有水库管理水平就显得尤为关键。长久以来，水文工作者全部是靠手测、目测搜集水文信息。直接影响到测报精度和结果质量。利用无线监控系统采集数据，不仅可提升正确度，还能够使水文工作者离别传统工作方法。在通常情况下，因为水文站点在地理位置上分布较广或位置较偏僻。而且和监控中心距离较远，利用传统有线连接方法，线路铺设成本高昂，而且施工周期长，同时，因为物理原因如河流山脉等障碍而难以架设线缆。而且水文信息安全防范要求高，采取有线通讯在碰到刮风、暴雨、决口等灾难时，线路一断，水文信息就无法立即传输上去，所以有线传输抗灾性比较差，难以适应高可靠性要求，加之流域地形复杂、偏僻，铺设光纤成本也比较高。1.2本课题发展趋势CC1100模块无线通讯性能很好，能够高效稳定地完成信息传输任务，而且操作简单，能克服复杂环境，传送数据不轻易受到外界干扰，使得上位机能接收到水库完整信息，以对其进行正确地监测分析。伴随中国社会经济快速发展，对水资源需求越来越大，换言之，水库关键性越来越显著，对水库管理力度必需加大。中国山区多，极易发生自然灾难，合理地控制水库参数，能够降低很多损失。本课题所研究模拟水库监测系统采取是无线远程监测，它实用性很强，能有效地监测建在偏远山区人力难至水库实时参数，而且在原设备老化情况下，能够轻松地进行更新和扩展，省却了大量人力物力，工作效率也大大提升。在要求全球自动一体化现代社会，它是相当有研究价值。所以，该系统有着很大发展潜力，基于无线通讯水库监测系统定会得到很广泛应用。1.3本课题研究意义和目标在通常情况下，因为水库在地理位置上分布较高或位置较偏僻。而且和监控中心距离较远，利用传统有线连接方法，线路铺设成本高昂，而且施工周期长，同时，因为物理原因如河流山脉等障碍而难以架设线缆。长久以来，水文工作者全部是靠手测、目测搜集水库水文信息，直接影响到测报精度和结果质量。利用模拟水库无线监控测系统采集数据，不仅可提升正确度，还能够使水文工作者离别传统工作方法。而且水文信息安全防范要求高，采取有线通讯在碰到刮风、暴雨、决口等灾难时，线路一断，水文信息就无法立即传输上去，所以有线传输抗灾性比较差，难以适应高可靠性要求，加之水库区域地形复杂、偏僻，铺设光纤成本也比较高。相比之下，无线通信布线简单、方便，抗灾性比很好，成本也比较低，可大量节省投资。用户采取无线监控处理方案，可快速方便地在采集水库多种需要实时数据，而且能够对现有无线监控系统进行扩展升级，含有很强灵活性和可扩充性。可实现真正意义实时水文信息采集和监控、统一管理。本课题中，利用自动控制、计算机网络和无线通讯新技术来组成无线监测系统，采取CC1100无线模块来进行无线传送，含有实时信息自动采集、传输、无线监控、远程数据和图像传输、信息、查询等功效，可实时监控管理区水库情况。该系统信息传输速度快，结构简单，全方面实现了水文监测自动化。1.4本课题关键研究工作和各章节内容安排本课题关键研究怎样设计模拟水库监测系统问题。因为关键在于数据无线通讯传输上，所以必需对CC1100模块等硬件特征要有一定研究，要设计好功效实现过程，实际上，整个课题难点就在于调试上。各章内容安排：第一二章两章关键是基础理论知识介绍。关键有本课题研究意义、模拟水库监测系统相关理论知识和简明分析了一下所用到芯片相关理论及应用；第三章关键从总体方面分析系统设计思绪和用到相关原理；第四章是此次系统设计硬件电路设计部分，具体分析了每一模块原理、功效、相关原理图和元件和参数选择；第五章叙述了系统软件部分，介绍了各模块软件编译步骤图，并对部分程序进行了分析；第六章和第七章关键讲述了系统干扰和调试情况；最终是关键是总结和参考文件及附录，在附录中介绍采集部分程序，CC1100无线模块通讯代码,步进电机控制程序,串口通讯程序及上位机VC监测界面编译程序。2相关技术和基础理论介绍2.1CC1100无线模块相关特征图2.1CC1100无线模块轮廓图2.1.1CC1100无线模块接口电路图2.2CC1100无线模块接口电路图CC1100单片无线收发器工作在433/868/915MHZISM频段由一个完全集成频率调制器一个带解调器接收器一个功率放大器一个晶体震荡器和一个调整器组成。工作特点是自动产生前导码和CRC能够很轻易经过SPI接口进行编程配置，电流消耗低。表2.1CC1100接口电路引脚特征引脚编号引脚名引脚类型描述1,2VCC电源输入1.9V-3.6V之间3SI数字输入连续配置接口，数据输入4SCLK数字输入连续配置接口，时钟输入5SO(GD01)数字输出连续配置接口，数据输出当CSn为高时为可选通常输出脚6GDO2数字输出通常见途数字输出脚：测试信号，FIFO状态信号，时钟输出，从XOSC向下分割连续输入TX数据7CSn数字输入连续配置接口，芯片选择8GDO0通常见途数字输出脚：测试信号FIFO状态信号时钟输出，从OSC向下分割连续输入TX数据9,10GND地(模拟)模拟接地2.1.2CC1100无线模块特征和应用(1)CC1100无线模块特征①VCC脚接电压范围为1.9V-3.6V之间，不能在这个区间之外，超出3.6V将会烧毁模块。推荐电压3.3V左右。②除电源VCC和接地端，其它脚全部能够直接和一般5V单片机IO口直接相连，无需电平转换。当然对3V左右单片机愈加适用了。③硬件上面没有SPI单片机也能够控制本模块，用一般单片机IO口模拟SPI不需要单片机真正串口介入，只需要一般单片机IO口就能够了，当然用串口也能够了。④9脚，10脚为接地脚,需要和母板逻辑地连接起来⑤排针间距为100mil,标准DIP插针，假如需要其它封装接口，比如密脚插针，或其它形式接口，能够联络我们定做。⑥和52系列单片机P0口连接时候，需要加10K上拉电阻,和其它口连接不需要.其它系列单片机，假如是5V，请参考该系列单片机IO口；输出电流大小，假如超出10mA，需要串联电阻分压，不然轻易烧毁模块!假如是3.3V，能够直接和CC1100模块IO口线连接。(2)CC1100模块应用在本系统中，采取CC1100无线模块工作电压是3.3V,频率波段为300-348MHz、400-464MHz和800-928MHz，有很高灵敏度（1.2kbps，1％数据包误差率），可编程控制数据传输率可达500kbps，有较低电流消耗（RX中15.6mA，2.4kbps，433MHz），有可编程控制输出功率，其全部支持频率可达+10dBm，有优异接收器选择性和模块化性能。①CC1100无线模块中有极少外部元件：芯片内频率合成器，不需要外部滤波器或RF转换，可编程控制基带调制解调器；有理想多路操作特征，有可控数据包处理硬件，可快速频率变动合成器带来适宜频率跳跃系统，有可选带交错前向误差校正，有单独64字节RX和TX数据FIFO高效SPI接口：全部寄存器能用一个“突发”转换器控制，有数字RSSI输出和遵照EN300220(欧洲)和FCCCFR47Part15标准系统相配，还有自动低功率RX拉电路电磁波激活功效，并拥有很多强大数字特征，使得使用廉价微控制器就能得到高性能RF系统。②CC1100无线模块还包含集成模拟温度传感器，及能自由引导绿色数据包，能对数据包导向系统灵活支持：对同时词汇侦测芯片支持，地址检验，灵活数据包长度及自动CRC处理。还有可编程信道滤波带宽OOK和灵活ASK整型支持2-FSK，GFSK和MSK支持自动频率赔偿，可用来调整频率合成器到接收中间频率对数据可选自动白化处理；对现存通信协议向后兼容异步透明接收/传输模式支持可编程载波感应指示器，可编程前导质量指示器及在随机噪声下改善针对同时词汇侦测保护，支持传输前自动清理信道访问（CCA），即载波侦听系统，支持每个数据包连接质量指示。③CC1100无线模块是一个低成本真正单片UHF收发器，为低功耗无线应用而设计。电路关键设定为在315、433、868和915MHzISM和SRD（短距离设备）频率波段，也能够轻易地设置为300-348MHz、400-464MHz和800-928MHz其它频率。RF收发器集成了一个高度可配置调制解调器。这个调制解调器支持不一样调制格式，其数据传输率可达500kbps。经过开启集成在调制解调器上前向误差校正选项，能使性能得到提升。④CC1100无线模块为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清楚信道评定、连接质量指示和电磁波激发提供广泛硬件支持。CC1100关键操作参数和64位传输/接收FIFO（优异先出堆栈）可经过SPI接口控制。本课题经过试验验证，系统中使用CC1100无线模块功效距离大约1.2公里，只要再对其进行部分技术上改善，能够确定地说，在以后对水库无线远程监控应用中，它会起到很大作用。2.2串口通讯应用串行通信是指数据各位是一位一位得按次序传送通讯方法。它突出优点是只需要一根传输线，甚至能够利用电话线作为传输线，这么就大大降低了传输成本，尤其使用于远距离通讯。其缺点是传送速度较低。假如并行传送N位数据所需要时间为T，那么串行传送时间最少为NT，而实际上总是大于NT。(1)串行通讯两种基础方法围绕着当两个设备进行串行通讯时，怎样才能确保接收机接收到正确字符这个问题，通常采取通讯双方全部认可两种传送方法（即通信方法）。①异步传送方法在异步传送方法中，字符是按帧格式进行发送。在帧格式中，先是一个起始位“0”，然后是5至8位数据。异步传送方法要求低位在前，高位在后；接下来是奇偶校验位（可略）；最终一位是停止位“1”。异步通信帧格式图2.3所表示。n-1第N个字符（一串行帧）n+1P10D0D1D2D3D4D5D6D7P10D0起始位数据位校验位停止位图2.3异步通信帧格式这种传送方法利用每一顿起、止信号来建立发送和接收之间同时。其特点是：每一帧内部各位均采取固定时间间隔，但帧和帧之间时间间隔是随机。接收机完全靠每一个帧起始位和停止位来识别字符传送是正在进行还是已经结束，或是一个新字符。这也就是“异步”涵义所在。必需指出，在异步传送时，同时时钟脉冲并不传送到接收方，即双方各用自己时钟源来控制发送和接收。本系统中所用到串口通讯程序，就是采取了异步传送方法。=2\*GB3②同时传送方法同时传送方法是一个连续传送方法，它无须像异步传送方法那样要在每个字符全部加上起止位，而是在要传送数据块前加上同时字符SYN，而且数据没有间隙，图2.4所表示，使用同时传送方法，能够实现高速度，大容量数据传送。开始终止同时字符同时字符数据段CRC字符＃1CRC字符＃2图2.4串行通讯同时传送方法在同时传送中，为了确保接收正确无误，发送方除了传送数据外，还要将时钟信号同时传送。在串行通讯中有一个关键指标叫做波特率。它定义为每秒钟传送二进制数码位数，以位/秒作为单位。波特率反应了串行通讯速率，也反应了对传输通道要求，波特率越高，要求传输通道频带就越宽。在异步通讯中，波特率为每秒传送字符数和每个字符位数乘积。(2)串行口工作方法串行口控制寄存器SCON格式以下：D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON图2.5串行口控制寄存器SCON格式SM0，SM1为串行口工作方法选择位。可选择四种工作方法，如表2.2所表示。表中f为单片机时钟频率。表2.2串行口工作方法选择SM0SM1方式功能波特率000同时移位寄存器f/1201110位异步收发可变10211位异步收发F/64或f/3211311位异步收发可变因为本设计中只用到方法1，故在此具体介绍工作方法1。在方法1状态下，串行口为8位异步通信接口。一帧信息位10位：1位起始位（0），八位数据位（低位在前）和1位停止位（1）。TXD位发送端，RXD为接收端，波特率可变。①发送串行口以方法1发送时，数据由TXD端输出，CPU实施一条写入SBUF指令后，便开启串行口发送，发送完一帧信息时，将发送中止标志TI置1。方法1发送时定时信号，即发送移位脉冲，是由定时器1送来溢出信号经过16或32分频（取决于SMOD值）而取得，所以其波特率是可变。=2\*GB3②接收方法1接收是在REN位置1前提下，从搜索到起始位而开始，在无信号时，RXD线状态为1，当检测到存在由1到0改变时，即认为收到个字符起始位，接收过程随即开始，在接收移位脉冲控制下，把接收到数据一位一位地移入接收寄存器，直到9位数据（包含1位停止位）全部收齐。在9位数据收齐以后，还必需同时满足以下两个条件，这次接收才能被真正确定：RI=0；SM2=0或接收到地停止位为1。当满足这两个条件时，便将接收移位寄存器中8位数据存入串行口数据缓存器SBUF，收到停止位则进入RB8,并使接收中止标志RI置1。若这两个条件不满足，则所接收数据无效，串行口接着又开始寻求下一个起始位，准备接收下一帧数据。2.3传感器应用2.3.1水流量传感器应用(1)流量传感器基础特征流量范围是1－30L/MIN，工作电压范围是3.5－24VDC，脉冲特征F＝（8.5Q－3）（Q=L/MIN）,误差为5%，该水流量传感器和相关电路配合可监测实时流量或计算累计流量，输出信号为脉冲信号。图2.6流量传感器轮廓图该水流量传感器是利用霍尔元件霍尔效应来测量磁性物理量。在霍尔元件正极串入负载电阻，同时通上5V直流电压并使电流方向和磁场方向正交。当水经过涡轮开关壳推进磁性转子转动时，产生不一样磁极旋转磁场，切割磁感应线，产生高低脉冲电平。因为霍尔元件输出脉冲信号频率和磁性转子转速成正比，转子转速又和水流量成正比。其脉冲信号频率经验公式见式(1)。f=8.1q-3(1)式中：f—脉冲信号频率，H2;q—水流量，L／min

由水流量传感器反馈信号经过控制器判定水流量值。(2)水流量传感器结构

水流量传感器关键由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。它装在模拟水库中，用来测量水流量。当水流过转子组件时，磁性转子转动，而且转速伴随流量成线性改变。霍尔元件输出对应脉冲信号反馈给控制器，由控制器判定水流量大小，调整控制百分比阀电流。水流量传感器从根本上处理了压差式水气联动阀开启水压高和翻板式水阀易误动作等缺点。它含有反应灵敏、安全可靠、连接方便利开启流量超低(1.5L水流转子组件关键由涡轮开关壳、磁性转子、制动环组成。使用水流开关方法时，其性能优于机械式压差盘结构，且尺寸显著缩小。当水流经过涡轮开关壳，推进磁性子旋转，不一样磁极靠近霍尔元件时霍尔元件导通，离开时霍尔元件断开。(3)水流量传感器工作原理在本系统中，利用水流量传感器特征，设计了一个小型模拟水库。用通常见于给金鱼供氧小型抽水换氧机作为抽水机，抽动水流运动，使水流经过水流量传感器涡轮，水流量传感器开始采集数据.经过调整连接在抽水机和水流量传感器间导水管高度来调整水流量大小；下位端数码管显示所测水流量值。测得流量值相当好，能够正确到毫秒，误差几乎能够忽略不计。2.3.2超声波传感器应用图2.7超声波传感器本系统设计中，使用了一对超声波传感器，配置对应电路，来实现对模拟水库水位测量。(1)超声波传感器包含发送和接收两部分，电路图介绍以下：图2.8超声波发送电路由三个NPN三极管组成差动放大电路，其放大倍数由电阻R7，R8和R9等电阻决定，所采集信号波从J6口输入，经由NPN管级数放大，在消除共模干扰后，从J6口发送出去。图2.9超声波接收电路超声波换接收电路所接收到从发送端传来微弱信号，要经过LM358芯片进行放大，使得所采集信号足够大，然后经过J2口送到单片机上，信号经AT89S52单片机处理后，由数码管显示出来。(2)超声波接收和处理接收头采取和发射头配正确UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器放大后，作为中止请求信号，送至单片机处理。(3)测试中所碰到干扰信号超声波测量水位时，需要测是开始发射到接收到信号时间差，需要检测有效信号为反射物反射回波信号，故要尽可能避免检测到余波信号，这就要求对接收头收到波束进行处理，这也是超声波检测中存在最小测量盲区关键原因。在软件中处理方法就是，当反射头发出脉冲，计时器同时开始记时。我们在记时器开始记时后再开启检测回波信号，能够消除余波信号干扰，等候时间能够为1MS左右，更正确等候时间能够大大地降低最小测量盲区。2.4步进电机控制原理(1)步进电机概念步进电机是一个将电脉冲转化为角位移实施机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定方向转动一个固定角度(称为“步距角”)，它旋转是以固定角度一步一步运行。能够经过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达成正确定位目标；同时能够经过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度，从而达成调速目标。步进电机能够作为一个控制用特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)特点，广泛应用于多种开环控制。(2)步进电机部分特点：

①通常步进电机精度为步进角3-5%,且不累积;

②步进电机外表许可最高温度。步进电机温度过高首先会使电机磁性材料退磁，从而造成力矩下降乃至于失步，所以电机外表许可最高温度应取决于不一样电机磁性材料退磁点。

③步进电机力矩会随转速升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它作用下，电机随频率（或速度）增大而相电流减小，从而造成力矩下降。

④步进电机低速时能够正常运转,但若高于一定速度就无法开启,并伴有啸叫声。(3)步进电机控制原理

①步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，所以很适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。

②步进电机区分于其它控制电机最大特点是，它是经过输入脉冲信号来进行控制，即电机总转动角度由输入脉冲数决定，而电机转速由脉冲信号频率决定。

③步进电机驱动电路依据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基础原理作用以下：

通电换相这一过程称为脉冲分配。比如：三相步进电机三拍工作方法，其各相通电次序为A-B-C－D,通电控制脉冲必需严格根据这一次序分别控制A,B,C，D相通断。

控制步进电机转向。假如给定工作方法正序换相通电，步进电机正转，假如按反序通电换相，则电机就反转。

控制步进电机速度

假如给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出脉冲频率，就能够对步进电机进行调速。但脉冲形式电机控制，使控制端轻易受到干扰，所以必需在电机驱动电路中加入光耦电路来降低干扰。电机正反转是由单片机来控制。当单片机一个口发出1或0时候来决定正反转，也能够两个口来决定。电机开启我们选择用LM298。本文中，关键应用到步进电机换相功效，经过单片机控制步进电机正反转动，来模拟实现阀门开/关。2.5关键器件和应用2.5.1AT89S52单片机图2.10AT89S52单片机AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable)可反复擦写1000次Flash只读程序存放器，器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存放单元，功效强大微型计算机AT89S52可为很多嵌入式控制应用系统提供高性价比处理方案。

AT89S52含有以下特点：40个引脚，8kBytesFlash片内程序存放器，256bytes随机存取数据存放器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中止优先级2层中止嵌套中止，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。另外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可经过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口和外中止系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保留RAM数据，停止芯片其它功效直至外中止激活或硬件复位。使用Atmel企业高密度非易失性存放器技术制造，和工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash许可程序存放器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。表2.3关键功效特征

·兼容MCS-51指令系统·8k可反复擦写(>1000次）ISPFlashROM

·32个双向I/O口·4.5-5.5V工作电压

·3个16位可编程定时/计数器·时钟频率0-33MHz

·全双工UART串行中止口线·256x8bit内部RAM

·2个外部中止源·低功耗空闲和省电模式

·中止唤醒省电模式·3级加密位

·看门狗（WDT）电路·软件设置空闲和省电功效

·灵活ISP字节和分页编程·双数据寄存器指针AT89S52含有以下标准功效：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中止结构，全双工串行口，片内晶振立即钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作,许可RAM、定时器/计数器、串口、中止继续工作。掉电保护方法下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中止或硬件复位为止。

P0口：P0口是一个8位漏极开路双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入.当访问外部程序和数据存放器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0含有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：P1口是一个含有内部上拉电阻8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低引脚因为内部电阻原因，将输出电流（IIL）。另外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2触发输入（P1.1/T2EX），具体以下表所表示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功效P2口：P2口是一个含有内部上拉电阻8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低引脚因为内部电阻原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存放器或用16位地址读取外部数据存放器（比如实施MOVX@DPTR）时，P2口：送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存放器时，P2口输出P2锁存器内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和部分控制信号。

P3口：P3口是一个含有内部上拉电阻8位双向I/O口，p2口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低引脚因为内部电阻原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功效（第二功效）使用，以下表所表示。在flash编程和校验时，P3口也接收部分控制信号。

引脚号第二功效

RST:复位输入。晶振工作时，RST脚连续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上DISRTO位能够使此功效无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存放器时，锁存低8位地址输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。

在通常情况下，ALE以晶振六分之一固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，尤其强调，在每次访问外部数据存放器时，ALE脉冲将会跳过.假如需要，经过将地址为8EHSFR第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在实施MOVX或MOVC指令时有效。不然，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EHSFR第0位）设置对微控制器处于外部实施模式下无效。

PSEN:外部程序存放器选通信号（PSEN）是外部程序存放器选通信号。当AT89S52从外部程序存放器实施外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存放器时，PSEN将不被激活。

EA/VPP:访问外部程序存放器控制信号。为使能从0000H到FFFFH外部程序存放器读取指令，EA必需接GND。为了实施内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路输入端。

XTAL2:振荡器反相放大器输出端。

AT89S52特殊寄存器映象及复位值特殊功效寄存器特殊功效寄存器(SFR)地址空间映象。并不是全部地址全部被定义了。片上没有定义地址是不能用。读这些地址，通常将得到一个随机数据；写入数据将会无效。2.5.2TLC549A/D转换器(1)TLC549原理图2.11，作为数据采集芯片，TLC549全部有片内系统时钟，该时钟和I/O

CLOCK是独立工作，无须特殊速度或相位匹配。当CS为高时，数据输出(DATA

OUT)端处于高阻状态，此时I/O

CLOCK不起作用。这种CS控制作用许可在同时使用多片TLC549时，共用I/O

CLOCK，以降低多路(片)A/D并用时I/O控制端口。TLC549可方便地和含有串行外围接口(SPI)单片机或微处理器配合使用，应用接口及采样程序。该芯片有一个模拟输入端口，3态数据串行输出接口能够方便地和微处理器或外围设备连接。TLC549仅仅使用输入／输出时钟（I/CLOCK）和芯片选择（CS）,就能够正常开启。图2.11TLC549A/D转换器(2)TLC549特点表2.4TLC549基础特征CMOS技术低功耗数据采集系统8位转换结果电池供电系统和微处理器或外围设备接口工业控制差分基准电压输入工厂自动化系统等转换时间：最大17us

每秒访问和转换次数：达成40000

片上软件控制采样和保持功效

全部非校准误差：±0.5LSB宽电压供电：3～6V封装及引脚低功耗：最大15mW5V供电时输入范围：0～5V输入输出完全兼容TTL和CMOS电路全部非校准误差：±1LSB工作温度范围：0℃～70℃（TLC549）;-40℃～85℃（TLC549I）TLC549可方便地和含有串行外围接口(SPI)单片机或微处理器配合使用，也可和52单片机连接使用，实际应用程序清单以下：；初始化：SETBP1.2；置CS为1。CLRP1.0；置I/OCLOCK为零。MOVR0，＃00H；移位计数为零。；A/D过程：A/DP：CLRP1.2NOP；等候1.4μs，nop数依据晶振情况选择。NXT：SETBP1.0MOVC，P1.1RLCACLRP1.0INCR0CJNER0，＃8，NXTMOVR0，＃00SETBP1.2MOVDTSVRM，A；DTSVRM：DATASAVERAM.RETTLC549片型小，采样速度快，功耗低，控制简单。适适用于低功耗袖珍仪器上单路A/D或多路并联采样。2.5.3MAX232芯片MAX232芯片是MAXIM企业生产低功耗、单电源双RS232发送/接收器。适适用于多种EIA-232E和V.28/V.24通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器,能够把输入+5V电源变换成RS-232C输出电平所需±10V电压,所以采取此芯片接口串行通信系统只要单一+5V电源就能够。MAX232外围需要4个电解电容C1、C2、C3、C4,是内部电源转换所需电容。其取值均为1μF/25V。宜选择钽电容而且应尽可能靠近芯片。C5为0.1μF去耦电容。MAX232引脚T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT为接TTL/CMOS电平引脚。引脚T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN为接RS-232C电平引脚。所以TTL/CMOS电平T1IN、T2IN引脚应接MCS-51串行发送引脚TXD;R1OUT、R2OUT应接MCS-51串行接收引脚RXD。和之对应RS-232C电平T1OUT、T2OUT应接PC机接收端RD;R1IN、R2IN应接PC机发送端TD。MAX232使用方法以下：(1)在C1+和C1-两端、C2+和C2-两端、V+和地两端、V-和地两端分别接一个0.1μf(105)电容。(2)能够将两路RS-232C电平转换成两路TTL电平。分别从R1IN和R2IN输入，对应从T1OUT和T2OUT输出。注意，输入和输出逻辑值保持一致，如输入-5V，即逻辑1，输出也是逻辑1，TTL电平为高电平，即3.6V左右。(3)能够将两路TTL电平转换成两路RS-232C电平，分别从T1IN和T2IN输入，对应从R1OUT和R2OUT输出。一样输入和输出逻辑值保持一致。图2.12MAX232芯片2.5.4七段数码管LED数码管多段发光二极管组成，其形状有7段8字形、14段米字形等。依据接法不一样又可分为共阴极和共阳极两类。每一段由一个引脚控制，依据要求，对各个引脚加上不一样电压，使其显示需要数字或字符。假如是一个共阴极数码管，则要显示0时就要给a、b、c、d、e、f、g七只发光二极管加高电平，给g管加低电平，十六进制数为7E。从0～9十六进制显示码分别为3F，06，5B，4F，66，6D，7D，07，7F，6F。在该单片机系统中，使用了LED数码显示器来显示采集到水库水位和流量。因为它含有显示清楚、亮度高、使用电压低、寿命长特点，所以使用很广泛。八段LED显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形发光管排列成“日”字形，另一个点形发光管在显示器右下角作为显示小数点用，它能显示多种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不一样形式：一个是8个发光二极管阳极全部连在一起，称之为共阳极LED显示器；另一个是8个发光二极管阴极全部连在一起，称之为共阴极LED显示器。如2.5.4图所表示。本系统中使用了一块四位七段数码管。图2.13数码管原理图2.5.5LM298芯片LM298是四路输出电机驱动芯片，每路大约500毫安，其本身有压降，随输出电流改变而改变。它能够同时控制两个直流电机，能够驱动一个步进电机。LM298管脚我们已经知道，它作用是控制电机正反转和驱动电机。下位端单片机和LM298连接(管脚以下图)，但电机脉冲会对下位机产生很强干扰，所以必需在单片机和LM298之间加上一个光耦电路来隔离，降低干扰影响。本系统只用到LM298部分功效。图2.14LM298驱动芯片3系统设计3.1系统要求本系统要求对水文站雨量，流量进行监测，自动控制阀门开/关。利用超声波传感器和流量传感器采集水位、流量等信息，利用CC1100无线模块实现上位机和下位机之间无线通信。上位机存放数据，并经过编译VC界面实时显示水库参数改变情况。(1)水位和流量监测能够对水库水位、流量等参数进行数据采集。而且精度需要达成0.5CM，数据用无线传送。采集到水位、流量等数据需要从下位机传输到上位机。为了完成这一过程，本系统采取了CC1100无线传输模块，利用其无线通讯技术，把上位机和下位机联络起来，实现数据无线传送。在传输过程当中不能够出现误码，或尽可能让误码降到最小。(2)闸门控制水文站控制最关键一点就是：让水位保持在一定范围内。当水位过高时，需要放水。当水位过低时，则需要蓄水。这个过程中，由传感器传输数据经A\D转换送入单片机处理，对应发出控制信号来控制闸门开和关。这个过程能够由下位机单片机端直接控制。系统中经过单片机控制步进电机正反转，来模拟阀门开关运转情况。所采集到数据在PC机上采取图形或例表形式显示，来直观地监测水库实时参数。3.2系统总体方案数据传输数据传送AT89S52单片机数据传输数据传送AT89S52单片机AT89S52单片机控制信号电机正反转发送CC110009接收CC1100A/D转换A/D转换超声波传感器流量传感器信号传输超声波传感器流量传感器信号传输PC上位机图3.2系统原理方框图如上图所表示，该水库监测系统结构关键由四部分组成：数据采集、单片机运算控制、数据无线收发、上位机端监测分析。设计思绪是将传感器所采集到水库参数，经A/D转换送入单片机进行处理，然后将处理结果，经CC1100无线模块传输到上位机端，再经过串口通讯技术，利用MX232芯片将数据传到上位机上，在上位机上经过编译界面能够清楚地知道水库情况，然后对所监测到数据进行分析，将分析结果反馈到下位端，下位机端接收到反馈信息后，由单片机输出脉冲，来控制步进电机正反转（相当于控制阀门开/关），从而实现对水库流量和水位适时控制，确保水库安全。为了提升系统可靠性，本方案中，进行是双保险.系统分两个部分，一个是单片机独立控制,二是人为远程控制。整个过程完全自动运行，不需要人为地实地监控，这么就确保了控制速度和正确度.采取远程控制，能够轻易地对硬件设备进行更换扩展，这么就避免了因系统老化而可能产生系统损坏或无法正常工作等问题,从而使系统能连续地正常运转，降低了系统故障发生。4硬件原理和设计4.1步进电机控制电路利用AT89S52单片机和LM298驱动芯片组成步进电机控制系统，控制电机正反转。在该电路设计中，加入了TLP521_4光耦电路，使单片机和步进电机驱动电路完全隔离，以降低电机脉冲对单片机干扰；电路图中还包含单片机外接四个插槽，方便对单片机上各个接口使用，它们经过网络标志分别和各相关电路元件连接。步进电机接收是脉冲信号，所以极轻易受到干扰。图4.1步进电机驱动电路4.2单片机工作电路AT89S52单片机是模拟水库监测系统关键部分，用它来控制整个系统运行，下面是它电路图及对应配置电路，本系统中，共用到两块AT89S52单片机，上下位端各一块，下位端即CC1100模块无线发送端，这一块单片机有三个作用，一是对传感器所采集信息进行处理；二是将处理好数据信息送入到CC1100模块中进行发送；三是依据信息处理结果，控制步进电机正反转。上位端AT89S52单片机关键是用来承载CC1100模块所接收到信息，实现串口通讯，将数据传到上位机上去。要对AT89S52单片机进行保护，在XTAL1和XTAL2间要加入晶振电路来确保单片机正常运行。图4.2单片机工作电路4.3数码管显示电路显示模式采取是四位七段LED数码管显示，如同单片机使用一样，该系统电路中也使用了两块数码管，它们功效分别是：下位端数码管是用来显示传感器所采集信号，经过其显示方波信号来计算时间差，求出水位，和显示由流量传感器所采集水流量大小；上位端数码管用来监测CC1100模块无线通讯是否成功，假如它显示数字和下位端数码管一样，就证实无线发送/接收成功。图4.3数码管显示及其驱动电路4.4电源模块设计因为本系统中CC1100工作电压是3.3V,为了给其提供稳定电压，使用了LM1117电压调整器，它能产生3.3V稳压；该电源模块中还包含上电显示，给步进电机和单片机供电电压块。图4.4电源模块4.5CC1100无线模块及串口通讯电路在下面电路图中，只显示了上位端CC1100接收模块，因为发送模块连接方法是一样，为了避免反复，所以没有给出。上位端接收从CC1100无线发射模块传来信号，再将搜集信号传送到单片机上。由MX232串口通讯电路，把单片机中数据信号传到上位机中去，经过上位机显示水库实时参数，并对数据进行分析反馈。图4.5CC1100接收模块及串口通讯电路5软件设计5.1程序步骤图在本系统中，程序步骤图可分为上位机端和下位机端两部分。图5.1以下所表示，是上位机端程序步骤图。开始开始初始化串口和无线模块初始化串口和无线模块是向上位机转发数据是否接收到下位机数据是向上位机转发数据是否接收到下位机数据否否是向下位机转发数据是否接收到上位机数据是向下位机转发数据是否接收到上位机数据 否延时否延时图5.1上位机端程序步骤图图5.2以下所表示，是下位机端程序步骤图。开始开始初始化计数器0，定时器2及无线模块初始化计数器0，定时器2及无线模块是是处理上位机命令是否收到上位机命令处理上位机命令是否收到上位机命令是否是否进行流量转换，并送入显示缓冲区界面切换进行流量转换，并送入显示缓冲区界面切换否否进行水位测量，并送入显示器缓冲区进行水位测量，并送入显示器缓冲区数码管扫描数码管扫描是判定电机方向是判定电机方向正转正转否否反转反转图5.1下位机端程序步骤图在本系统中，程序步骤图分为上位机端程序步骤图和下位机端程序步骤图两大部分。在上位机端，是编译程序来完成上下位机之间串口通讯，和实现数据在上下位机间传送；而下位机端程序步骤图能够实现以下系统功效：一是实现传感器对模拟水库实时参数采集，如水位，流量等；二是实现CC1100无线模块无线通讯；三是实现AT89S52单片机对步进电机控制。5.2CC1100模块发送和接收部分程序分析在这里介绍CC1100模块部分通讯代码。因为CC1100无线模块源代码很多，下面只介绍CC1100无线模块发送/接收部分程序代码。程序分析以下：//函数名：voidhalRfSendPacket(INT8U*txBuffer,INT8Usize)//输入：发送缓冲区，发送数据个数//输出：无//功效描述：CC1100发送一组数据voidhalRfSendPacket(INT8U*txBuffer,INT8Usize){ halSpiWriteReg(CCxxx0_TXFIFO,size);halSpiWriteBurstReg(CCxxx0_TXFIFO,txBuffer,size); //写入要发送数据halSpiStrobe(CCxxx0_STX); //进入发送模式发送数据//WaitforGDO0tobeset->synctransmittedwhile(!GDO0);//WaitforGDO0tobecleared->endofpacketwhile(GDO0); halSpiStrobe(CCxxx0_SFTX);}voidsetRxMode(void){halSpiStrobe(CCxxx0_SRX); //进入接收状态}INT8UhalRfReceivePacket(INT8U*rxBuffer,INT8U*length){INT8Ustatus[2];INT8UpacketLength; INT8Ui=(*length)*4;//具体多少要依据datarate和length来决定halSpiStrobe(CCxxx0_SRX); //进入接收状态 delay(2); while(GDO0) { delay(2); --i; if(i<1) return0; } if((halSpiReadStatus(CCxxx0_RXBYTES)&BYTES_IN_RXFIFO))//假如接字节数不为0 {packetLength=halSpiReadReg(CCxxx0_RXFIFO);//读出第一个字节，此字节为该帧数据长度if(packetLength<=*length) //假如所要有效数据长度小于等于接收到数据包长度 {halSpiReadBurstReg(CCxxx0_RXFIFO,rxBuffer,packetLength);//读出全部接收到数据*length=packetLength; //把接收数据长度修改为目前数据长度//Readthe2appendedstatusbytes(status[0]=RSSI,status[1]=LQI)halSpiReadBurstReg(CCxxx0_RXFIFO,status,2); //读出CRC校验位 halSpiStrobe(CCxxx0_SFRX); //清洗接收缓冲区return(status[1]&CRC_OK); //假如校验成功返回接收成功} else {*length=packetLength;halSpiStrobe(CCxxx0_SFRX); //清洗接收缓冲区return0;}} else return0;}6误差和干扰分析6.1干扰原因及处理方法在模拟水库监测系统设计中，因为系统所包含面广，需要处理问题就相对比较多，自然会出现不少误差，干扰等情况，影响系统操作。这些误差干扰关键来自一下多个方面。(1)环境和本身性能影响因为系统硬件设计中所用到流量传感器，超声波传感器，CC1100模块等全部是比较精密器件，水流量过大，室内温度过高，或外界电磁波干扰等全部会影响这些器件正常工作。比如CC1100模块，假如在其工作环境中有不协调磁频电波，就会严重影响系统无线通讯，使上位端搜集信号产生误码，造成所监测值和水库实际情况不相符，会造成严重后果。所以在使用CC1100无线模块前，必需使用场强仪对现场环境进行电测，使无线发送信号避开外界干扰频率。依据系统实际要求，要选择适合CC1100无线模块无线收发频率，以降低误差。还有部分元器件本身性能存在不足，如对步进电机控制，步进电机计算步数时，因为不可避免本身原因干扰，造成所测量值往往出现偏差。(2)脉冲干扰下位机端，将采集到数据信号处理好，经过单片机编译分析后，控制步进电机运转。在这个过程中，步进电机接收到控制信号是以脉冲形式发出，很轻易引发脉冲干扰。为此，必需在单片机和电机驱动芯片LM298间加入光耦电路，隔离驱动电路和单片机，来降低因脉冲而带来干扰。(3)无线通讯距离影响本系统中，CC1100模块作用距离可达1.2公里，但因为信号波在传输介质中受空气热对流扰动和尘埃吸收影响，接收回幅值随传输距离增加成指数规律衰减，使得远距离回波检测误差较大。尤其是对接收信号起始阶段影响较大，增加了检测数据信号起始点难度。因为基于CC1100无线模块开发板是固定，无发再加入运算放大器来缓解干扰，为了控制精度，该系统无线传输距离实际上是很有限。(4)测量随机性干扰信号多呈毛刺状，作用时间短且含有随机性。对于一次监测结果，其受到干扰信号影响几率比较大，可能造成监测结果含有较大误差。对于这些干扰所造成影响，本文采取求平均值方法处理：即连续监测数次，去掉监测结果中最大值和最小值，再对其它监测结果求平均值，将其作为最终监测结果，用于分析，这么就降低了随机干扰对监测结果造成影响。比如在本系统中，超声波采集水位时，需要测是开始发射到接收到信号时间差，测量方法是将测量所得时间差，乘以314，再除以2，结果就是要检测水位值。在这个过程中，需要检测有效信号为反射物反射回波信号，故要尽可能避免检测到余波信号，这就要求对接收头收到波束进行处理，这也是超声波检测中存在最小测量盲区关键原因。除此之外，还能够经过软件来处理余波信号。当反射头发出脉冲，计时器同时开始记时；在记时器开始记时后再开启检测回波信号，来降低余波信号干扰，等候时间能够为1MS左右。等候时间越正确，最小测量盲区就越少，以此来得到更正确水库水位信息。6.2硬件系统设计抗干扰技术电路板设计是从电路原理图变成一个具体产品必经之路，电路板设计合理性和产品生产及质量亲密相关。在本课题中，系统牵涉硬件设计很多，画图时，硬件布局和走线很关键，图画好，画简便，硬件调试工作就能很轻易地进行，系统性能也会提升。所以，必需处理抗干扰问题，在系统电路板设计过程中，关键采取了以下抗干扰方法。(1)电路板抗干扰方法为增加系统抗电磁干扰能力应该采取以下方法：①选择时钟频率低微控制器。只要控制器性能能够满足要求，时钟频率越低越好，低时钟能够有效降低噪声和提升系统抗干扰能力。②减小信号传输中畸变。当高速信号(信号频率高、上升沿和下降沿快信号)在铜膜线上传输，因为铜膜线电感和电容影响，会使信号发生畸变，当畸变过大时，就会使系统工作不可靠。通常要求，信号在电路板上传输铜膜线越短越好，过孔数目越少越好。经典值:长度不超出25cm，过孔数不超出2个。③减小来自电源噪声。电源向系统提供能源同时，也将其噪声加到所供电系统中，系统中复位、中止和其它部分控制信号最易受外界噪声干扰，所以，应该合适增加滤波电容来滤掉这些来自电源噪声。④元件部署要合理分区。元件在电路板上排列位置要充足考虑抗电磁干扰问题。标准之一就是各个元器件之间铜膜线要尽可能短，在布局上，要把模拟电路、数字电路和产生大噪声电路(继电器、大电流开关等)合理分开，使它们相互间信号耦合最小。⑤处理好地线。将模拟地、数字地、大功率器件地分开连接，再聚集到电源接地点。对噪声和干扰很敏感电路或高频噪声尤其严重电路应该用金属屏蔽罩屏蔽。⑥去耦电容。去耦电容以瓷片电容或多层陶瓷电容高频特征很好，设计电路板时，集成电路电源和地线之间全部要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用，首先是集成电路蓄能电容，提供和吸收该集成电路开门和关门瞬间充放电电能，其次旁路掉该器件产生高频噪声，通常情况下，选择0.01uF-0.1uF电容全部能够。通常要求每10片左右集成电路增加一个10uF充放电电容。另外在电源端、电路板四角等位置应该跨接一个10-100uF电容。(2)应刷电路板地线部署合理接地是系统抑制干扰关键方法之一。印刷线路板(PCB)地线关键指TTL,CMOS集成电路接地线。印刷板中地线应成网状，而且，其它布线不要形成环路，尤其是外周若形成环路，将产生较大噪声干扰。印刷电路板上接地线，依据电流通路最好逐步加宽。使用了大规模集成电路芯片电路板，要让芯片跨越平行地线和电源线，这么能够降低干扰。另外，在数字、模拟混合电路板中，同时存在数字地和模拟地。为了不产生相互串扰，在PCB制板布局时，要尽可能将数字电路和模拟电路分开，最终选择一点连通。因为该水库监测系统基础上是在高频环境下运行，所以设计PCB时，制作好PCB图必需铺成网格形式，板四面还需加上四个大焊孔，这么就能够避免部分来自板面内在干扰，使硬件部分稳定。7系统调试7.1软件调试首先，必需要将程序调试成功，这是关键一步，没有内核调用无法实现系统功效，单纯硬件无法实现电路录放。所以，程序编译就变尤其关键，设计中重视软件编译仿真，其中采取KeilC51软件编辑、编译、仿真。对于各个模块，进行一个个子程序分别调试。采取单步运行方法和断点运行方法，经过检验用户系统CPU现场、RAM内容和I/O口状态，检测程序实施结果是否符合设计要求。经过检测，能够发觉程序中死循环错误、机器码错误及转移地址错误，同时也能够发觉用户系统中硬件故障、软件算法及硬件设计错误。在这阶段发生过故障包含子程序在运行时破坏现场，缓冲单元发生冲突，零位建立和清除在设计上有失误，堆栈区域有溢出等问题。单步和断点调试后，再进行连续调试，这是因为单步运行只能验证程序正确是否，而不能确定定时精度、CPU实时响应等问题。待全部完成后，应反复运行数次观察。KeilC51软件是众多单片机应用开发优异软件之一，它集编辑、编译、仿真于一体，支持汇编、PLM语言和C语言程序设计。程序编译、调试基础过程以下：(1)建立一个新工程文件NewProject。(2)保留文件，选择保留路径，输入工程文件名字。(3)选择设计使用单片机型号。(4)建立一个新源程序文件。(5)在弹出程序文本框中输入设计程序，然后以后缀扩展名为.asm保留。(6)回到编辑界面后，用右键单击SoureceGroup1，在弹出快捷菜单中选择AddFilestoGroup’SoureceGroup1’(7)然后对目标进行部分设置，在OptionsforTarget’Target1’(8)编译程序，选择【Project】/【Rebuildalltargetfiles】选项，开始编译程序。(9)编译完成后，选择【Debug】/【Start/StopDebugSession】选项，进入仿真环境。在调试程序过程中，并不是一次性成功，编辑中出现过好几次错误，经过修改、编译才最终调试成功。最初调试时，出现采集部分定义错误，即系统反复定义，经过认真仔细查找，在程序中对其进行了两次定义，使得程序无法调试成功。编译成功后，在上面第（9）步仿真也是很关键，进行检测编译好程序能否实现硬件电路功效，是否能够实现数据采集和传送等功效，假如不能实现要继续编写，检验什么地方功效不能实现等等，反反复复地编辑、调试，直至功效得以实现。程序编译、调试工作量比较大，是设计灵魂，所以在系统设计中占用了很多时间，要对单片机语言进行深入而细致学习和思索，它中止/定时、上电、延时和数据写入等等软件设计调试，从而成为设计重中之重。其次，将编译调试好程序下载到单片机中，进行硬件系统调试，实现设计功效。因为CC1100无线模块占用单片机存放量很大，所以下载前需要检测，在CC1100模块中加入采集信号后编译程序是否超出单片机容量，AT89S52容量是256K，假如超出，就难以生成工程文件。在该系统中，采集程序，步进电机控制程序，CC1100源代码，串口通讯程序等全部用到了全局变量，占用空间很大，所以要尤其注意。在对系统采集部分进行调试时，要尤其注意传感器工作频段和电压。在模拟水库和传感器之间必需加入一个比较器，控制电压，使传感器能稳定地采集水库信息，降低误差。当接收到采集数据经单片机处理后，能在数码管上稳定正确地显示时，证实采集部分已经调试成功。7.2硬件调试(1)脱机调试在电路板加电之前，先用万用表等工具,依据硬件电路原理图仔细检验电路板线路正确性，并查对元器件型号、规格和安装是否符合要求。应尤其注意电源走线，预防电源之间短路和极性错误，并关键检验扩展系统总线是否存在相互间短路；或其它信号线短路。

对于电路板所用电源事先必需单独调试，调试好后，检验其电压值、负载能力、极性等均符合要求，才能加到电路系统上。在不插芯片情况下，加电检验各插件上引脚电位，仔细测量各地点电位是否正常，尤其应注意单片机插座上各点电位是否正常。(2)联机调试

经过脱机调试可排除部分显著硬件故障。有些硬件故障还是要经过联机调试才能发觉和排除。

联机前先断电，检验一下电源、接地是否良好。一切正常，即可打开电源。