【正文】 研究的目的和意義在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲水設(shè)備，由一級或二級水泵從地下市政水管補給[1]。因此，如何建立一個可靠安全、又易于維護的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。水位自動測報系統(tǒng)屬于應(yīng)用現(xiàn)代遙測、通信、計算機技術(shù)，是完成江河流域降雨量、蒸發(fā)量、河流湖泊水位、海洋潮位、流量（流速）、風(fēng)向風(fēng)速、水質(zhì)、閘壩的閘門開度、滲壓、土壤墑情等數(shù)據(jù)的實時采集、報送和處理應(yīng)用的信息系統(tǒng)，屬于非工程性防洪措施[2]。它能將某一流域或區(qū)域內(nèi)的水文氣象、水資源信息在短時間內(nèi)傳遞至決策機構(gòu)，以便進行洪水預(yù)報和水資源優(yōu)化調(diào)度，減少水害損失，提高水資源的利用率，可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。水位自動測報系統(tǒng)多用在重點防洪地區(qū)及大型水利工程上，特別是在流域性、區(qū)域性的水位數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理、 應(yīng)用的自動化方面起到了積極作用。水位自動測報系統(tǒng)包括三種工作制式：自報式、查詢應(yīng)答式 和混合式。（1）自報式工作制式：在遙測站設(shè)備控制下每當(dāng)被測參數(shù)發(fā)生一個規(guī)定的增 減量變化或按設(shè)定的時間間隔，即向中心站發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)，接收端的數(shù)據(jù)接收設(shè)備始終處于值守狀態(tài)。現(xiàn)在已經(jīng)對傳統(tǒng)的自報式工作制式進行了改進，使自報式工作制式有了較大發(fā)展。改進后自報式也是雙向通信方式，不是過去的純單向工作方式。在遙測站設(shè)備控制下每當(dāng)被測參數(shù)發(fā)生一個規(guī)定的增減量變化或按設(shè)定的時間間隔，即向中心站發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)，中心站收到數(shù)據(jù)后，給遙測站發(fā)送“確認(rèn)”信息，告知遙測站這組數(shù)據(jù)接收正確或是接收錯誤。自報式只有采用“確認(rèn)”機制，才可以實現(xiàn)雙信道的自動切換。（2）查詢應(yīng)答式：由中心站自動定時巡測或隨機呼叫遙測站，遙測站響應(yīng)中心站的查詢指令，將所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給中心站。定時自動巡測的時間間隔可根據(jù)數(shù)據(jù)處理和預(yù)報作業(yè)的需要確定。（3）混合式：系統(tǒng)兼容自報式和查詢—應(yīng)答式兩種工作制式。 現(xiàn)在被廣泛運用。特別是采用公網(wǎng)組網(wǎng)（包括VSAT）的水文自動測報系統(tǒng)，為了保證數(shù)據(jù)的時效性，又節(jié)省運行費用，采用混合式工作制式組 網(wǎng)比較合理。在汛情不緊張、數(shù)據(jù)量小的時間段內(nèi)用查詢—應(yīng)答式；當(dāng)出現(xiàn)暴雨或水位變化較快時以自報方式加報。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,遙測及遙控技術(shù)已經(jīng)深入人們的生活與工作當(dāng)中,在工業(yè)與生活中水位的測量與控制是經(jīng)常要測控的一個因素。儀器自動一體化，短距離無線抄表技術(shù)已經(jīng)成為下一代無線技術(shù)發(fā)展的一個重要分支。應(yīng)此勢要求，本設(shè)計就以一水位遙測自動控制系統(tǒng)，對于無線技術(shù)的研究只是作個拋磚引玉。 國內(nèi)外水位測量的發(fā)展我國的水位自動測報系統(tǒng)從70年代末起步，在浙江省浦陽江流域首先應(yīng)用。80年代初期為引進階段，先后在淮河王家壩區(qū)間、長江流域漢江丹江口水庫、黃河的三門峽至花園口建成進口設(shè)備的水情自動測報系統(tǒng)。1985年以后為國產(chǎn)設(shè)備研制、定型階段，有淮河正陽關(guān)以上流域水位自動測報系統(tǒng)、黃河流域陸渾小區(qū)自報式水情自動測報系統(tǒng)、長江流域漢江的黃龍灘水庫水情自動測報系統(tǒng)等[3]。90年代后為推廣應(yīng)用階段。從上世紀(jì)90年代以來，隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，越來越多的新技術(shù)運用于各行各業(yè)，人們對信息傳遞的要求越來越高，尤其是在水文監(jiān)測方面。以長江上游為例，該區(qū)域以山區(qū)性河流為主，有三大暴雨中心，災(zāi)害性洪水較多。測報系統(tǒng)除了為國家防總、重慶市防汛辦、長江防總、三峽工程及沿江省、地、市的46個防汛部門提供水情信息外，還為航運、航道、供水、港務(wù)、碼頭等70余個企事業(yè)單位提供水情服務(wù)。在這些大量的監(jiān)測、預(yù)報任務(wù)中，原始數(shù)據(jù)的實時傳輸并匯總上報是一大難題。為了提高水文監(jiān)測預(yù)報的實時性、可靠性，采用先進科技手段對現(xiàn)有水文監(jiān)測管理進行系統(tǒng)改造已勢在必行。根據(jù)水文自動測報系統(tǒng)規(guī)模和性質(zhì)的不同，可將其分為水文自動測報基本系統(tǒng)和水文自動測報網(wǎng)兩部分。水文自動測報基本系統(tǒng)由中心站、遙測站（包括監(jiān)測站）、通信系統(tǒng)（包括中繼站）組成[4]。水位自動測報網(wǎng)是通過計算機的標(biāo)準(zhǔn)接口和各種信道，把若干個基本系統(tǒng)連接起來，組成進行數(shù)據(jù)交換共享的水文自動測報網(wǎng)絡(luò)。 水位測量的優(yōu)缺點水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進行監(jiān)測，用有線電話及時把水位變化情況報知主控室。然后主控室再開動電機進行給排水。很顯然上述重復(fù)性的工作無論從人員、時間和資金上都將造成很大的浪費。同時也容易出差錯。因此急需一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)。水塔很高，水位高低位不便于觀察，水多會溢出來，可用以下方法來解決這個問題，改進供水裝置就能實現(xiàn)供水自動化，供水系統(tǒng)中的水塔和高位水池等設(shè)備由于所處地勢高，上下極為不便，有時水即將用完也不知道，造成需用水時卻無水可用的情況。此外，在向池中注入水的過程中，由于不知道水位的情況，也就無法控制注水量的多少，這會嚴(yán)重影響正常的工作效率。為此需要對水位進行自動顯示、監(jiān)測和報警。傳統(tǒng)的水位檢測系統(tǒng)一般通過有線方式與監(jiān)控中心取得聯(lián)系，這種方式不但維護起來困難，而且在很大程度上限制了其在時空上的拓展性[5]。 課題的主要工作本研究的主要內(nèi)容是設(shè)計一種利用單片機的無線測量和自動控制系統(tǒng)。不需要架設(shè)電纜，而且可以實現(xiàn)水位的遠(yuǎn)程自動控制和遙測[6]。采用無線傳輸模塊與單片機構(gòu)成的系統(tǒng)則能夠解決以上的問題。通過單片機可以很方便的實現(xiàn)水位的顯示功能，還可以通過這種無線通信的方式以實現(xiàn)遠(yuǎn)程終端監(jiān)控和報警的功能。此外,這次設(shè)計還有以下任務(wù):（1）通過這次課程設(shè)計，加深對單片機理論方面的理解。（2）掌握單片機的內(nèi)部模塊的應(yīng)用，如中斷、控制、I/O口、串行口通訊等。（3）了解和掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程、方法及實現(xiàn)，為以后設(shè)計和實現(xiàn)單片器應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。（4）通過簡單的設(shè)計，了解必須提交的各項工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的目的。2 水位遙測自控裝置的設(shè)計方案 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計水位遙測自控裝置從功能上看需要實現(xiàn)以下幾點：水位的測量，水位信息的遠(yuǎn)程傳輸，水位的自動控制。系統(tǒng)由水位測量模塊、無線發(fā)送接收模塊、微控制器模塊、顯示模塊、報警模塊、閥門控制模塊和鍵盤模塊組成。 水位遙測自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖水位測量模塊測量出水位信息，由微控制器將水位信息寫入無線數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，無線數(shù)據(jù)接收裝置接收到的水位信息通過微控制器進行顯示，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)超過警戒水位的上限或低于警戒水位的下線時，微控制器控制報警模塊及閥門控制模塊進行相應(yīng)的動作。 系統(tǒng)設(shè)計思路水位遙測自控系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇主要包括兩方面：水位測量方案的選擇和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方案的選擇。 水位測量方案方案1：壓力傳感器壓力傳感器測