【正文】 ，本文首先放棄了數(shù)字電臺(tái)技術(shù)。簡單介紹之后，本文首先將幾種短距離無線傳輸手段主要特性進(jìn)行比較，所示: ，有的應(yīng)用于工業(yè)控制，而有的應(yīng)用于生活?yuàn)蕵?。Zi少ee適用于一些簡單、低成本的無線局域網(wǎng)絡(luò)，其低耗電特性，只要使用兩顆AA電池，即可維持?jǐn)?shù)月甚至數(shù)年間不用換電池，對于一般工業(yè)環(huán)境或家庭都很適用。ZigBee非常強(qiáng)調(diào)低功耗，發(fā)送時(shí)最大功耗為30mw，用兩節(jié)普通AA電池通?？晒ぷ靼肽甑絻赡辍igBee是一種適用于自動(dòng)化系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制的無線通訊技術(shù)【川，具有低成本、低耗電、雙向傳輸?shù)奶匦?，而且朝開放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方向努力。⑥采取了可靠的碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖。③成本低，因?yàn)閆igBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本。(6)ZigBeeZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。是在現(xiàn)有cDMAIS一95系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為CDMA用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。和現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS有幾個(gè)新特點(diǎn)。(5)CDMA/GPRSGpRS是通用分組無線業(yè)務(wù) (Generalpaeketradioserviee)的英文簡稱，是在GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。數(shù)字電臺(tái)作為比較成熟的技術(shù)，具有自己的技術(shù)特點(diǎn)。沖突可能會(huì)發(fā)生，并且和以太網(wǎng)不同，傳輸節(jié)點(diǎn)可能沒有檢測到它們。需要傳輸幀的無線工作站首先偵聽無線媒體，以確定當(dāng)前是否有另一個(gè)工作站正在傳輸(屬于CSMA/CA的載波偵聽的范疇)。它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，可以達(dá)到11MbPs，另外它的有效距離也很長。目前市場上早己有藍(lán)牙技術(shù)的抄表模塊。但是未來的家居網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備節(jié)點(diǎn)的數(shù)量將會(huì)越來越多，藍(lán)牙有限的網(wǎng)絡(luò)容量將會(huì)大大限制其在低速控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。(2)Bluetooth藍(lán)牙技術(shù)由愛立信、東芝、IBM和英特爾五家公司于1998年提出。IrDA除了傳輸速率由原來的 FIR(Fastinfrared)的4Mbps提高到最新vFIR的16MbPs標(biāo)準(zhǔn)。IrDA的局限性。除了在技術(shù)上有自己的技術(shù)特點(diǎn)外，lrDA的市場優(yōu)勢也是十分明顯的。它在技術(shù)上的主要優(yōu)點(diǎn)有:無需專門申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照，這一點(diǎn)，在當(dāng)前頻率資源匾乏，頻道使用費(fèi)用增加的背景下是非常重要的。(l)IrDAIrDA是 hifraredDataAssociation的英文縮寫，即紅外線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)，成立于1993年。依據(jù)用戶水位觀測和數(shù)據(jù)處理的要求，還為用戶提供了配套的上位機(jī)軟件，提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及定時(shí)采集等功能。通過嵌入式微處理器的高低搭配，能夠充分發(fā)揮不同性能微處理器的最大功效。本研究室可以利用已有的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)格的開發(fā)測試流程，確保系統(tǒng)的安全可靠。其次，嵌入式平臺(tái)方面，本研究室已經(jīng)有了較為豐富的16/32位嵌入式開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)用戶的不同需求，構(gòu)建最合適的嵌入式平臺(tái)滿足用戶的需求?！∮?jì)算機(jī)監(jiān)控軟件為了更直觀、及時(shí)地了解水位信息,采用Visual C開發(fā)了無線水位計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件,如圖5無線水位計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件主界面所示,在尾礦庫的水塔中布置液位變送器,在塔頂安置終端節(jié)點(diǎn),監(jiān)控室離監(jiān)測點(diǎn)比較遠(yuǎn),中間增加了路由節(jié)點(diǎn),在監(jiān)控室安裝基站,完成與計(jì)算機(jī)通信,軟件功能還包括從串口獲得采集節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息,根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及用戶的設(shè)置,實(shí)時(shí)圖形顯示水位、各個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、通信狀態(tài)、各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電池電量以及水位報(bào)警和電池電量報(bào)警等信息,很好地完成了水位信息的監(jiān)控。功能碼為0x02:數(shù)據(jù)位中數(shù)據(jù)為電壓值,數(shù)值為實(shí)際電壓值的1000倍。目前暫時(shí)定義為0x00為廣播地址,0x01為采集設(shè)備地址,0x02為計(jì)算機(jī)地址。　基站軟件基站軟件主要包括串口通信、無線收發(fā)兩個(gè)模塊。計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件主要是負(fù)責(zé)下達(dá)系統(tǒng)命令,監(jiān)控水位信息,實(shí)施報(bào)警警示用戶。　基站基站通過CC2430的串行通信接口(USART),與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,完成用戶的命令指示,通過CC2430的RF無線電收發(fā)機(jī)與終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行命令、采集信息的交互,完成水位信息的采集。終端節(jié)點(diǎn)將采集到的信息無線發(fā)送出去,路由節(jié)點(diǎn)中繼、轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信息,然后由基站交與計(jì)算機(jī)處理,圖1是無線水位監(jiān)測系統(tǒng)示意圖　終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)主要任務(wù)是采集、發(fā)送水位信息。硬件系統(tǒng)主要包括電源模塊、串口模塊、采集控制模塊、GSM模塊、串行存儲(chǔ)器模塊及CPU控制模塊。整個(gè)系統(tǒng)的供電電壓為5V，單片機(jī)等芯，而TC35的供電電源電壓為，這樣電源部分有兩個(gè)穩(wěn)定的電壓輸出，壓的供電電流必須能達(dá)到2A以上，這是由GSM模塊的峰值電流所要求的。即使為了保護(hù)傳感器免受外力損壞，也只需用直徑為50mm的鍍鋅鋼管作為護(hù)套，費(fèi)用較低，故決定選擇壓力式水位傳感器，如圖3所示。傳感器是指能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)。當(dāng)通訊程序啟動(dòng)后，按照通訊程序的指令將存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，或按指令將計(jì)算機(jī)的當(dāng)前時(shí)間及下次數(shù)據(jù)采集時(shí)間和間隔下傳至?xí)r鐘芯片或相應(yīng)的寄存器中。監(jiān)測儀的水位傳感器的量程范圍為02m；水位分辨率為lmm；在采集數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)需要將數(shù)據(jù)傳向遠(yuǎn)端服務(wù)器。(4)測量下位機(jī)功耗和太陽能電池板、蓄電池的供電能力，為下位機(jī)選擇最為經(jīng)濟(jì)而且滿足系統(tǒng)能夠長期正?？煽抗ぷ饕蟮奶柲茈姵匕搴托铍姵?。這樣一來傳感器的功耗很大，而且當(dāng)水位監(jiān)測點(diǎn)比較分散，地理環(huán)境惡劣時(shí)電纜安裝將十分繁瑣，并且安裝電纜本身就會(huì)增加成本，還會(huì)給未來的檢修和維護(hù)帶來很多麻煩。目前，隨著嵌入式技術(shù)和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，水利土木安全監(jiān)測手段也同樣得到了快速的發(fā)展。 (6)NFC(NearFieldCommunieation，近距離無線傳輸):由PhiliPs、NoKIA和Sony主推的一種類似于R日D(非接觸式射頻識(shí)別)的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。GSM:第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，也是全球第一個(gè)對數(shù)字調(diào)制方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)種類進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，水位傳感器的種類繁多，但能夠在水位數(shù)據(jù)的采集時(shí)就實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的卻很少見，太原理工大學(xué)測控技術(shù)研究所馬福昌教授等人研制的MFC系列水位傳感器就是其中較為突出的一類，該類傳感器現(xiàn)在仍居國內(nèi)外領(lǐng)先地位。依靠電極與水接通拾取水位信號(hào)，也是這種傳感器的特點(diǎn)。電容式水位傳感器的測量電路常見的有變壓器電橋式、運(yùn)算放大器式及脈沖寬度式等。另一種是利用水位變化與電極接觸，來實(shí)現(xiàn)水位信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。這種傳感器適用于腐蝕性液體的測量。這種根據(jù)傳熱原理研制的傳感器，是將水位測量轉(zhuǎn)化為溫差測量。壓阻式水位傳感器靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、精度高、易于微型化和集成化，是目前非電量測量技術(shù)中非常重要的檢測手段。二是無法在流動(dòng)的水中測量水位，需建測井。其采集水位信號(hào)的原理是:浮體浮于水面隨水升降，同理浮體隨水位移的信號(hào)，通過浮體以一定方式傳遞出去，實(shí)現(xiàn)水位采集。嵌入式平臺(tái)大多都是發(fā)達(dá)國家提供的產(chǎn)品，國內(nèi)在平臺(tái)設(shè)計(jì)方面比較落后，但是本研究室也能夠接觸到國際上比較先進(jìn)的嵌入式平臺(tái)，能夠?yàn)橄到y(tǒng)構(gòu)建良好的硬件基礎(chǔ)。但是國內(nèi)外這方面的研究成果還是具有一定的差距。第六章，給出了ZigBee在水文監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例，首先分析了傳感器終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，對水文傳感器進(jìn)行了選型，然后分析了終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)，最后，從通信距離數(shù)據(jù)傳輸丟包率兩個(gè)方面對該應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和性能分析。第三章，從系統(tǒng)的功能和性能需求分析出發(fā)，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，對系統(tǒng)的組成、工作原理和系統(tǒng)特點(diǎn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析。在水情、雨情信息的采集方面，一些流域和省市建立了一定規(guī)模的水情、雨情信息自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)。2001年，水利部印發(fā)了《全國水利信息化規(guī)劃綱要》，提出了全國水利信息化的發(fā)展思路。二十世紀(jì)七十年代中期開始到八十年代中期為初級(jí)階段。通信方式多樣化且十分先進(jìn)。日本在37萬kmZ的國土面積上，建有26個(gè)雷達(dá)雨量站，2500個(gè)地面雨量站和2100個(gè)水位站，觀測范圍覆蓋整個(gè)日本。其中自報(bào)式超短波系統(tǒng)、衛(wèi)星平臺(tái)獲得廣泛的應(yīng)用，而且美國是大面積使用流星余跡通信進(jìn)行水文遙測的唯一國家。90年代以后，國際上多家公司退出了功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的產(chǎn)品，在水利水電、氣象等領(lǐng)域都適時(shí)得到應(yīng)用。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念的提出，以及水文監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化的需求，ZigBee技術(shù)在水文監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用成為了可能，并具有其它幾種無線技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。因此傳感器能否準(zhǔn)確地檢測水位、穩(wěn)定運(yùn)行就成為了關(guān)鍵。至90年代初，我國很多地方水文測報(bào)設(shè)施經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，大多處于陳舊老化的報(bào)廢狀態(tài)，出現(xiàn)了設(shè)施破爛不堪、難以承擔(dān)日常水文測報(bào)工作的局面。水位測報(bào)系統(tǒng)對充分發(fā)揮防汛減災(zāi)，合理利用水資源具有十分重要的意義。為增加洪水有效預(yù)見期，提高水文預(yù)報(bào)的精度，及時(shí)準(zhǔn)確地為防汛和水利水電調(diào)度提供科學(xué)的依據(jù)，20世紀(jì)70年代我國開始建設(shè)水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)。在大型發(fā)電站、重要水文站水位測量技術(shù)相對先進(jìn)一些，而普通的報(bào)汛站和水文監(jiān)測站的測量技術(shù)仍處于比較落后的狀態(tài)，水文站測洪能力不適應(yīng)監(jiān)測大規(guī)模洪水的要求。在新形勢下，水位檢測要求穩(wěn)定和準(zhǔn)確，傳感器必須準(zhǔn)確的檢測到水位信息，并通過變送器把水位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的呈現(xiàn)給觀測人員。當(dāng)前使用的GPRS、GSM、微波和數(shù)傳電臺(tái)等都有一定范圍的使用，但它們都有其適用的局限性。80年代以來，由于遙控設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸方式和微機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，水位監(jiān)測和防洪調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)在全世界得到廣泛的應(yīng)用。因此各種制式、各種通信方式的測報(bào)系統(tǒng)均比較發(fā)達(dá)。該系統(tǒng)將會(huì)集成目前的海平面及大流域測量網(wǎng)絡(luò)，用最先進(jìn)的傳感器，衛(wèi)星傳輸手段，集中數(shù)據(jù)處理及接收。對于水文監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)和研制，國外發(fā)達(dá)國家始終處于領(lǐng)先地位，其特點(diǎn)是:系統(tǒng)發(fā)展比較完善，傳感器測報(bào)設(shè)備先進(jìn)可靠。我國水文監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)包括三個(gè)階段:初級(jí)階段、發(fā)展階段和網(wǎng)絡(luò)化階段。九十年代后期，為適應(yīng)防汛和水利調(diào)度現(xiàn)代化、信息化的要求，以及近代通信、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代特點(diǎn)，水文監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化階段。在國家防汛指揮系統(tǒng)工程項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)中，提出了在全國將建立224個(gè)水情分中心、228個(gè)雨情分中心。第二章，對 ，然后介紹了ZigBee協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)，為以后的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。其中，系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，對系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行了劃分，分析了任務(wù)間的通信方式，然后對各個(gè)任務(wù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，并給出了軟件的流程圖。嵌入式技術(shù)應(yīng)用于水利土木監(jiān)測領(lǐng)域，為各種安全監(jiān)測提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。國內(nèi)這方面的研究目前開展的也很多，發(fā)展相對來說也很快，市場前景也比較看好。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是必須有浮體浮于水面。浮體式水位傳感器的主要缺點(diǎn)有兩個(gè):一是冬季結(jié)冰時(shí)無法正常工作。也就是說，半導(dǎo)體單晶硅在受到水的壓力后，其電阻會(huì)發(fā)生改變，且改變量與水的壓力成正比。水的導(dǎo)熱速度與空氣相比差別很大，若將功率一定的發(fā)熱體分別置于水及其同溫的空氣中，發(fā)熱體表面的溫度顯著不同，即發(fā)熱體在水中的表面溫度低于其在空氣中的溫度，發(fā)熱體功率越大，差別就越明顯。超聲波水位傳感器采集水位信號(hào)的原理是:傳感器內(nèi)部放射源向水表面發(fā)射超聲波，水反射部分回波，這種反射波被同一傳感器探測，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。轉(zhuǎn)換方式有兩種:一種是將水位變化轉(zhuǎn)換成電容變化。(1)電容型水位傳感器這種傳感器是利用的水的導(dǎo)電性，把水構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，將水位變化轉(zhuǎn)換成電容變化來檢測水位信號(hào)的。它利用水的導(dǎo)電性，通過水位變化與相應(yīng)的電極接通，把水位信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。安裝使用都很方便、性能較穩(wěn)定、價(jià)格低廉，因此備受用戶歡迎。(l)數(shù)傳電臺(tái) (dataradio):借助DSP技術(shù)和無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電匕頭口0 (2)GPRs(GeneralPacketRadioservice)通用分組無線業(yè)務(wù):一種基于包的無線通訊服務(wù)。川(5)紅外線通訊技術(shù)(LDA):一種廉價(jià)、近距離、無線、低功耗、保密性強(qiáng)的通訊方案，主要應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)傳輸，有時(shí)也用于無線網(wǎng)絡(luò)接入和近程遙控。水位監(jiān)測屬于水利土木安全監(jiān)測的一個(gè)分支，是一項(xiàng)有重大實(shí)際意義的研究課題。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案在感應(yīng)式水位傳感傳統(tǒng)應(yīng)用中，需要給傳感器接上電源線、地線和信號(hào)線，即使用戶不需要水位數(shù)據(jù)，傳感器也始終處于工作狀態(tài)。(3)控制系統(tǒng)處于“休眠”和“喚醒”狀態(tài)，平時(shí)下位機(jī)處于“休眠”狀態(tài)，當(dāng)用戶需要水位數(shù)據(jù)并向下位機(jī)發(fā)出水位采集命令時(shí)，下位機(jī)才被“喚醒”，從工作方式上降低功耗。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，儀器內(nèi)部的自控電路將自動(dòng)接通單片機(jī)、傳感器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器的電源，依次選通各路模擬信號(hào)，完成放大和A/D轉(zhuǎn)換，并將A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線調(diào)入單片機(jī)內(nèi)部，由單片機(jī)處理后存入RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）內(nèi)保存。該系列單片機(jī)典型應(yīng)用是智能儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、保安系統(tǒng)和家電等方面。TC35—,可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段,所在頻段功耗分別為2w(900M)和1w(1800M)。壓力式水位傳感器的輸出為4～20mA（4mA對應(yīng)最大水位，20mA對應(yīng)最小水位）電流信號(hào)，只需二芯電纜即可傳輸該信號(hào)，且壓力式水位傳感器體積小巧，一般其直徑約為30mm，長度約為150mm，安裝時(shí)只要簡單地將其投入至水中即可。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)通過系統(tǒng)框圖可以看出：整個(gè)系統(tǒng)包括電源及復(fù)位模塊、串口模塊、A/D采集模塊、控制模塊、GSM模塊和串行存儲(chǔ)器模塊。此外，系統(tǒng)通過串行存儲(chǔ)器