【正文】 頭配對(duì)的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。 步進(jìn)電機(jī)的控制原理(1) 步進(jìn)電機(jī)的概念步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(2) 步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)： ① 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35%,且不累積。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)HB）。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳BC－D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。當(dāng)單片機(jī)的一個(gè)口發(fā)出1或者0的時(shí)候來(lái)決定正反轉(zhuǎn)，也可以?xún)蓚€(gè)口來(lái)決定。 AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下，CPU停止工作,允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。 P1口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2口：送出高八位地址。 P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2口輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。 在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。這個(gè)ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。讀這些地址，一般將得到一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)；寫(xiě)入的數(shù)據(jù)將會(huì)無(wú)效。OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I/OTLC549可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機(jī)或微處理器配合使用，應(yīng)用接口及采樣程序。 40℃～85℃（TLC549I）TLC549可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機(jī)或微處理器配合使用，也可與52單片機(jī)連接使用，實(shí)際應(yīng)用程序清單如下：；初始化：　　　　SETB 　?。恢肅S為1。NXT： SETB 　　 MOV C， 　　　RLC A　　　CLR 　　　INC R0　　　CJNE R0，＃8，NXT　　　MOV R0，＃00　　　SETB 　　　MOV DTSVRM，A ；DTSVRM：DATA SAVE RAM.　　　RETTLC549片型小，采樣速度快，功耗低，控制簡(jiǎn)單。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器,可以把輸入的+5V電源變換成RS232C輸出電平所需177。宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。 R1OUT、R2OUT 應(yīng)接MCS51的串行接收引腳RXD。(2) 可以將兩路RS232C電平轉(zhuǎn)換成兩路TTL電平。同樣輸入和輸出的邏輯值保持一致。如果是一個(gè)共陰極數(shù)碼管，則要顯示0時(shí)就要給a、b、c、d、e、f、g七只發(fā)光二極管加高電平，給g管加低電平，十六進(jìn)制數(shù)為7E。八段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。 數(shù)碼管原理圖 LM298芯片LM298是四路輸出的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，每路大概500毫安，其本身有壓降，隨輸出電流的變化而變化。本系統(tǒng)只用到LM298的部分功能。(1) 水位和流量的監(jiān)測(cè)能夠?qū)λ畮?kù)水位、流量等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中不能夠出現(xiàn)誤碼，或者盡可能讓誤碼降到最小。這個(gè)過(guò)程中，由傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)A\D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)處理，相應(yīng)發(fā)出控制信號(hào)來(lái)控制閘門(mén)的開(kāi)與關(guān)。 系統(tǒng)總體方案數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳送AT89S52單片機(jī)AT89S52單片機(jī)控制信號(hào)電機(jī)正反轉(zhuǎn)發(fā)送CC110009接收CC1100A/D轉(zhuǎn)換超聲波傳感器流量傳感器信號(hào)傳輸PC上位機(jī) 系統(tǒng)原理方框圖如上圖所示，該水庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：數(shù)據(jù)的采集、單片機(jī)運(yùn)算控制、數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)、上位機(jī)端的監(jiān)測(cè)分析。4 硬件原理與設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的控制電路利用AT89S52單片機(jī)和LM298驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。上位端的AT89S52單片機(jī)主要是用來(lái)承載CC1100模塊所接收到的信息，實(shí)現(xiàn)串口通訊，將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)上去。 電源模塊 CC1100無(wú)線(xiàn)模塊及串口通訊電路在下面電路圖中，只顯示了上位端的CC1100接收模塊，因?yàn)榘l(fā)送模塊的連接方法是一樣的，為了避免重復(fù)，所以沒(méi)有給出。，是上位機(jī)端的程序流程圖。 CC1100模塊發(fā)送和接收部分程序分析在這里介紹CC1100模塊的部分通訊代碼。 //寫(xiě)入要發(fā)送的數(shù)據(jù)halSpiStrobe(CCxxx0_STX)。}void setRxMode(void){halSpiStrobe(CCxxx0_SRX)。 // 具體多少要根據(jù)datarate和length來(lái)決定halSpiStrobe(CCxxx0_SRX)。 if(i1) return 0。 //讀出所有接收到的數(shù)據(jù) *length = packetLength。 CRC_OK)。 } } else return 0。比如CC1100模塊，假如在其工作的環(huán)境中有不協(xié)調(diào)的磁頻電波，就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通訊，使上位端收集的信號(hào)產(chǎn)生誤碼，導(dǎo)致所監(jiān)測(cè)值與水庫(kù)的實(shí)際情況不相符，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。(2) 脈沖干擾下位機(jī)端，將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)處理好，通過(guò)單片機(jī)編譯分析后，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。特別是對(duì)接收信號(hào)的起始階段影響較大，增加了檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)起始點(diǎn)的難度。對(duì)于這些干擾所造成的影響，本文采用求平均值的方法解決：即連續(xù)監(jiān)測(cè)多次，去掉監(jiān)測(cè)結(jié)果中的最大值和最小值，再對(duì)其余監(jiān)測(cè)結(jié)果求平均值，將其作為最終的監(jiān)測(cè)結(jié)果，用于分析，這樣就減少了隨機(jī)干擾對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果造成的影響。當(dāng)反射頭發(fā)出脈沖，計(jì)時(shí)器同時(shí)開(kāi)始記時(shí)；在記時(shí)器開(kāi)始記時(shí)后再開(kāi)啟檢測(cè)回波信號(hào)，來(lái)減少余波信號(hào)的干擾，等待的時(shí)間可以為1MS左右。因此，必須解決抗干擾問(wèn)題，在系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要采用了以下的抗干擾措施。當(dāng)高速信號(hào)(信號(hào)頻率高、上升沿和下降沿快的信號(hào))在銅膜線(xiàn)上傳輸，由于銅膜線(xiàn)電感和電容的影響，會(huì)使信號(hào)發(fā)生畸變，當(dāng)畸變過(guò)大時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)工作不可靠。電源向系統(tǒng)提供能源的同時(shí)，也將其噪聲加到所供電的系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的復(fù)位、中斷以及其它一些控制信號(hào)最易受外界噪聲的干擾，所以，應(yīng)該適當(dāng)增加濾波電容來(lái)濾掉這些來(lái)自電源的噪聲。⑤ 處理好地線(xiàn)。去耦電容以瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好，設(shè)計(jì)電路板時(shí)，集成電路的電源和地線(xiàn)之間都要加一個(gè)去耦電容。(2) 應(yīng)刷電路板的地線(xiàn)布置合理接地是系統(tǒng)抑制干擾的重要方法之一。使用了大規(guī)模集成電路芯片的電路板，要讓芯片跨越平行的地線(xiàn)和電源線(xiàn)，這樣可以減少干擾。7 系統(tǒng)調(diào)試 軟件調(diào)試首先，必須要將程序調(diào)試成功，這是關(guān)鍵的一步，沒(méi)有內(nèi)核的調(diào)用無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，單純的硬件無(wú)法實(shí)現(xiàn)電路的錄放。通過(guò)檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯(cuò)誤、機(jī)器碼錯(cuò)誤及轉(zhuǎn)移地址的錯(cuò)誤，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)用戶(hù)系統(tǒng)中的硬件故障、軟件算法及硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。Keil C51 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、PLM 語(yǔ)言和C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)。(4) 建立一個(gè)新的源程序文件。(8) 編譯程序，選擇【Project】/【Rebuild all target files 】選項(xiàng)，開(kāi)始編譯程序。編譯成功后，在上面的第（9）步的仿真也是非常重要的，進(jìn)行檢測(cè)編譯好的程序能否實(shí)現(xiàn)硬件電路功能，是否能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳送等功能，如果不能實(shí)現(xiàn)要繼續(xù)編寫(xiě)，檢查什么地方的功能不能實(shí)現(xiàn)等等，反反復(fù)復(fù)地編輯、調(diào)試，直至功能得以實(shí)現(xiàn)。在該系統(tǒng)中，采集程序，步進(jìn)電機(jī)控制程序，CC1100源代碼，串口通訊程序等都用到了全局變量，占用空間很大，所以要特別注意。 硬件調(diào)試(1) 脫機(jī)調(diào)試在電路板加電之前，先用萬(wàn)用表等工具,根據(jù)硬件電路原理圖仔細(xì)檢查電路板線(xiàn)路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求。(2) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 通過(guò)脫機(jī)調(diào)試可排除一些明顯的硬件故障。通電后執(zhí)行讀寫(xiě)指令，對(duì)存儲(chǔ)器、I/O端口進(jìn)行讀寫(xiě)操作、邏輯檢查，若有故障，可用示波器觀察波形（如輸出波形、讀寫(xiě)控制信號(hào)、地址數(shù)據(jù)波形以及有關(guān)控制電平）。本系統(tǒng)中，主要是對(duì)水庫(kù)采集部分的硬件調(diào)試，基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的硬件調(diào)試，以及上位機(jī)端串口通訊部分的調(diào)試。在調(diào)試CC1100無(wú)線(xiàn)模塊時(shí)，接收到的信號(hào)常受到干擾，這可能與CC1100無(wú)線(xiàn)模塊的性能有關(guān)。數(shù)據(jù)用16進(jìn)制的形式表現(xiàn)出來(lái)。因此，可以肯定，結(jié)合先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)的水文監(jiān)測(cè)將會(huì)是未來(lái)水文監(jiān)測(cè)控制管理的必然趨勢(shì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是大學(xué)生涯結(jié)束最后一堂結(jié)業(yè)課，整個(gè)做畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，由于平時(shí)多理論，少實(shí)踐的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致做畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常遇到這樣那樣的問(wèn)題，當(dāng)然除了自己看書(shū)，查資料解決問(wèn)題外，也常常求助自己的導(dǎo)師，導(dǎo)師在幫助學(xué)生解決問(wèn)題的過(guò)程中，態(tài)度親和，并且循循善誘的提示去啟發(fā)學(xué)生自己思考，老師“授之于魚(yú)不若授之于漁”的良苦用心學(xué)生體會(huì)很深，故一直心存感激。在桂林電子科技大學(xué)這最美好、最寶貴的四年學(xué)習(xí)生活中，我由一個(gè)當(dāng)初少不更事的孩子成長(zhǎng)為一個(gè)對(duì)社會(huì)、對(duì)人生充滿(mǎn)自信的青年。本系統(tǒng)對(duì)模擬水庫(kù)的水位和流量的測(cè)量值基本達(dá)到課題設(shè)計(jì)要求，其所測(cè)量的技術(shù)參數(shù)和誤差精度以表格形式表示出來(lái)，如下：測(cè)量參數(shù)設(shè)定值第一次測(cè)量值第二次測(cè)量值第三次測(cè)量值平均測(cè)量值測(cè)量誤差水位流量 從圖表中可以看出，該系統(tǒng)測(cè)得的實(shí)際參數(shù)的誤差非常小，精確度極高。之后耐心調(diào)試串口通訊程序，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)間的串口通訊，將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。對(duì)不完善的地方再進(jìn)行進(jìn)一步的修改處理，直到最后達(dá)到整個(gè)預(yù)期為至?？赡艿墓收嫌校壕€(xiàn)路連接上有邏輯錯(cuò)誤、有斷路或短路現(xiàn)象、集成電路失效等。 聯(lián)機(jī)前先斷電，檢查一下電源、接地是否良好。 對(duì)于電路板所用的電源事先必須單獨(dú)調(diào)試，調(diào)試好后，檢查其電壓值、負(fù)載能力、極性等均符合要求，才能加到電路系統(tǒng)上。在模擬水庫(kù)和傳感器之間必須加入一個(gè)比較器，控制電壓，使傳感器能穩(wěn)定地采集水庫(kù)信息，減少誤差。其次，將編譯調(diào)試好的程序下載到單片機(jī)中，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。在調(diào)試程序過(guò)程中，并不是一次性成功的，編輯中出現(xiàn)過(guò)好幾次錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)修改、編譯才最后調(diào)試成功的。(6) 回到編輯界面后，用右鍵單擊Sourece Group 1，在彈出的快捷菜單中選擇Add Files to Group’Sourece Group 1’選項(xiàng)，選擇設(shè)計(jì)匯編文件。(2) 保存文件，選擇保存路徑，輸入工程文件的名字。單步和斷點(diǎn)調(diào)試后，再進(jìn)行連續(xù)調(diào)試，這是因?yàn)閱尾竭\(yùn)行只能驗(yàn)證程序的正確與否，而不能確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問(wèn)題。對(duì)于各個(gè)模塊，進(jìn)行一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)試。為了不產(chǎn)生相互串?dāng)_，在PCB制板布局時(shí)，要盡量將數(shù)字電路與模擬電路分開(kāi)，最后選擇一點(diǎn)連通。印刷板中的地線(xiàn)應(yīng)成網(wǎng)狀，而且，其它布線(xiàn)不要形成環(huán)路，特別是外周若形成環(huán)路，將產(chǎn)生較大的噪聲干擾。一般要求每10 片左右的集成電路增加一個(gè)10uF 的充放電電容。對(duì)噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)該用金屬屏蔽罩屏蔽。元件在電路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問(wèn)題。典型值:長(zhǎng)度不超過(guò)25cm，過(guò)孔數(shù)不超過(guò)2個(gè)。只要控制器性能能夠滿(mǎn)足要求，時(shí)鐘頻率越低越好，低的時(shí)鐘可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的抗干擾技術(shù)電路板設(shè)計(jì)是從電路原理圖變成一個(gè)具體產(chǎn)品的必經(jīng)之路，電路板設(shè)計(jì)的合理性與產(chǎn)品的生產(chǎn)及質(zhì)量密切相關(guān)。在這個(gè)過(guò)程中，需要檢測(cè)的有效信號(hào)為反射物反射的回波信號(hào)，故要盡量避免檢測(cè)到余波信號(hào)，這就要求對(duì)接收頭收到的波束進(jìn)行處理，這也是超聲波檢測(cè)中存在最小測(cè)量盲區(qū)的主要原因。(4) 測(cè)量的隨機(jī)性干擾信號(hào)多呈毛刺狀，作用時(shí)間短且具有隨機(jī)性。為此，必須在單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LM298間加入光耦電路，隔離驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)，來(lái)減少因脈沖而帶來(lái)的干擾。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求，要選擇適合CC1100無(wú)線(xiàn)模塊無(wú)線(xiàn)收發(fā)的頻率，以減少誤差。這些誤差干擾主要來(lái)自一下幾個(gè)方面。 halSpiStrobe(CCxxx0_SFRX)。 //讀出CRC校驗(yàn)位 halSpiStrobe(CCxxx0_SFRX)。 BYTES_IN_RXFIFO)) //如果接的字節(jié)數(shù)不為0 { packetLength = halSpiReadReg(CCxxx0_RXFIFO)。 while (GDO0) { delay(2)。 INT8U packetLength。 // Wait for GDO0 to be cleared end of packet while (GDO0)。程序分析如下：//函數(shù)名：void halRfSendPacket(INT8U *txB