【正文】 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(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖。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電池通常可工作半年到兩年。簡(jiǎn)單介紹之后，本文首先將幾種短距離無(wú)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?lè)。根據(jù)ZigBee協(xié)議，ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共有3種，它們是:(1)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器:包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是3種設(shè)備類型中最復(fù)雜的一種，存儲(chǔ)容量最大、計(jì)算能力最強(qiáng)。在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。(2)網(wǎng)狀網(wǎng)系統(tǒng)采用多跳式路由通信。其中RFD連接控制傳感器的數(shù)據(jù)采集電路板，而FFD則連接包含CDMA設(shè)備的區(qū)域采集控制系統(tǒng)。它的硬件基本組成包括 ARMgs3c2410處理器的核心板以及擴(kuò)展板，cDMA模塊以及 zigBee中心節(jié)點(diǎn)模塊。下面本文從整體上闡述站北廣場(chǎng)無(wú)線水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和具體實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集終端根據(jù)上位機(jī)要求，執(zhí)行相應(yīng)的采集操作之后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)格式后通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至區(qū)域采集控制系統(tǒng)。處理器的選擇，是硬件設(shè)計(jì)的首要工作。此外，ARM在語(yǔ)音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì)DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。④大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。綜合考慮客戶的需求，對(duì)平臺(tái)的熟悉程度以及項(xiàng)目的成本控制，本文使用SAMSUNG2410(簡(jiǎn)寫為53C2410)作為水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心嵌入式處理器。LCD控制器，支持STN和TFT兩種LCD顯示器。使用越多的處理器引腳就意味著核心板需要更大的面積，同時(shí)布線也更加的復(fù)雜和易出錯(cuò)。這樣將去掉時(shí)間上的延遲，可提高內(nèi)存存取的效率[20l。下面首先簡(jiǎn)單介紹一下Flashmemory。目前市面上應(yīng)用在嵌入式領(lǐng)域主要有兩種類型的閃速存儲(chǔ)器，NOR型和NAND型。這樣如果一次讀出一個(gè)扇面，總的讀取時(shí)間和NOR閃存相差不多。顯示處理機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的LED等等。而擴(kuò)展板主要是一些外圍接口電路，只需要使用2層印刷線路板就可以布線成功[25]。s3e24一。RS232接口是目前工業(yè)上最常用的一種串行通訊接口。SD卡就是SeeureDigitalCard，安全數(shù)碼卡。它還具備版權(quán)保護(hù)技術(shù)，所采用的版權(quán)保護(hù)技術(shù)是DvD中使用的CPRM技術(shù)(可刻錄介質(zhì)內(nèi)容保護(hù))。以太網(wǎng)接口的最主要功能是通過(guò)該接口下載操作系統(tǒng)鏡像。是本系統(tǒng)以太網(wǎng)接口原理圖。16位的數(shù)據(jù)寬度、125us的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實(shí)現(xiàn)乘加)相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法(如FFT等 )[281。有的使用一個(gè)晶體振蕩器(32768Hz)，有的使用兩個(gè)晶體振蕩器(一個(gè)為32768Hz，另一個(gè)為高頻振蕩器)。如果晶體振蕩器在用作CPU時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作。有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)的串行通信接口，可方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。壓阻式壓力水位計(jì)簡(jiǎn)稱壓力式水位計(jì)，是將擴(kuò)散硅集成壓阻式半導(dǎo)體壓力傳感器或壓力變換器直接投入水下測(cè)點(diǎn)感應(yīng)靜水壓力的水位測(cè)量裝置?？梢砸鹑祟惵?tīng)覺(jué)的為可聞聲波。它的標(biāo)稱測(cè)量誤差1%，具有LED發(fā)光數(shù)碼管顯示屏和RS485總線擴(kuò)展接口，使用22OV供電。為了達(dá)到電平轉(zhuǎn)換的目的，本系統(tǒng)采用了MAX3232和MAX34852個(gè)芯片來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化。日歷片的使用，既增強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)的功能，又為今后的系統(tǒng)擴(kuò)充升級(jí)，提供了更大的空間。對(duì)于比較重要的軟件模塊，本文都通過(guò)繪制流程圖進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。nRFgOS采用Nordic公司的 VLSLShoekBurst技術(shù)， ShoekBurst技術(shù)使nRFgOS能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸而不需要使用高速M(fèi)CU來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。4系統(tǒng)軟件及通信協(xié)議開(kāi)發(fā)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)完成之后，就需要進(jìn)行各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)。(4)日歷片考慮到數(shù)據(jù)采集終端需要一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)鐘源，以提供當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間和報(bào)警時(shí)間定時(shí)，本文為數(shù)據(jù)采集板設(shè)計(jì)了12028日歷片接口電路。(2)RS232/485接口串行通信在本系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，zigBee模塊，cDMA模塊以及超聲波液位儀均采用串口通信，但是不同的設(shè)備根據(jù)應(yīng)用需要使用了不同的電平。換能器安裝在水中的稱之為液介式超聲波液位儀，而換能器安裝在空氣中的稱之為氣介式超聲水位計(jì)，后者為非接觸式測(cè)量。按照聲波傳播介質(zhì)的區(qū)別可分為液介式和氣介式兩大類。(4)適應(yīng)工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境:MSP430系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為一40℃一+85℃，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合運(yùn)行于工業(yè)環(huán)境下。硬件IZc串行總線接口，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展。模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可以設(shè)計(jì)為刀D轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)工作穩(wěn)定，上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)CPU，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。其次，獨(dú)特的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。下面本文簡(jiǎn)單介紹一下MSP43O系列微處理器的特點(diǎn)，從中也可以看出數(shù)據(jù)采集電路板的一些性能指標(biāo)。cs890oA是 cimisLogic公司生產(chǎn)的低功耗、性能優(yōu)越的16位以太網(wǎng)控制器，功能強(qiáng)大。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)SD卡接口的初衷是增加區(qū)域采集控制系統(tǒng)的本地存儲(chǔ)能力，這樣可以根據(jù)需要將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行本地備份，以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展能力。同時(shí)兼容MMe卡，sD卡的插口大多支持MMC卡。本次開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)需要使用RSZ犯串口作為CDMA和zigBee設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。其可靠傳輸距離大為約IOm，最高速率為20kbps。 擴(kuò)展板的顯示器以及觸摸屏的設(shè)計(jì)主要是考慮在程序調(diào)適過(guò)程中可以方便的察看程序運(yùn)行狀態(tài)以及將來(lái)根據(jù)用戶的需求，對(duì)區(qū)域采集系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)充。既然核心板和擴(kuò)展板是配合使用的，那么為什么要將他們分開(kāi)呢?這里主要考慮的是系統(tǒng)的成本以及未來(lái)的平臺(tái)移植擴(kuò)展能力。減少外界干擾的濾波電容。因此NAND閃存往往用來(lái)傳送整“頁(yè)”的數(shù)據(jù)，即將存儲(chǔ)陣列中的數(shù)據(jù)直接傳至微處理器內(nèi)部的容量達(dá)528字節(jié)的寄存器。其獨(dú)特的性能使其廣泛地運(yùn)用于包括嵌入式系統(tǒng)在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)系統(tǒng)斷電的時(shí)候，需要使用非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)保存操作系統(tǒng)鏡像，以便當(dāng)系統(tǒng)上電啟動(dòng)的時(shí)候，可以將操作系統(tǒng)導(dǎo)入內(nèi)存，完成整個(gè)系統(tǒng)的上電運(yùn)行。SDRAM(S” ehronousDRAM)即同步DRAM。53c2410處理器采用272一FBGA封裝形式，共有272個(gè)引腳，按功能分類，可以分為總線控制信號(hào)、內(nèi)存Flash讀寫控制信號(hào)、顯示器控制信號(hào)以及通用1/0口等。SPI串行口。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。②支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件。②無(wú)線通訊領(lǐng)域:目前已有超過(guò)85%的無(wú)線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。下面詳細(xì)介紹這幾個(gè)部分的特性和設(shè)計(jì)思想。這兩種采集方式所發(fā)送的命令格式是相同的，區(qū)別僅在于強(qiáng)制采集是手動(dòng)采集數(shù)據(jù)，一次一采，而定時(shí)采集則可以完全按照設(shè)定的時(shí)間間隔，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。在本論文構(gòu)建這個(gè)無(wú)線水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，并沒(méi)有用到獨(dú)立數(shù)據(jù)采集終端，這是由于本次應(yīng)用的地理位置決定的。它的主要功能是發(fā)送各種采集命令，控制另外兩種設(shè)備進(jìn)行工作以及接收采集回來(lái)的各種數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)按要求分析、顯示和存儲(chǔ)。，zigBee技術(shù)的組網(wǎng)方式非常靈活，可以依據(jù)不同的應(yīng)用需求，構(gòu)建不同類型的網(wǎng)絡(luò)。所有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)。(3)精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD):RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。為了更好的幫助讀者理解本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，下面本文詳述采集網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。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電池通常可工作半年到兩年。Zi少ee適用于一些簡(jiǎn)單、低成本的無(wú)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(duì)于一般工業(yè)環(huán)境或家庭都很適用。有效范圍依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定。由于各行各業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)不盡相同，它們對(duì)信息化的需求也各有差異，這就要求移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商提供的行業(yè)應(yīng)用解決方案不僅能夠滿足行業(yè)用戶一般化的信息通信需求，而且能夠充分滿足其個(gè)性化的特殊需求[9]。GPRs允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。(4)數(shù)字電臺(tái)常見(jiàn)的數(shù)字電臺(tái)采用數(shù)字信號(hào)處理、糾錯(cuò)編碼、軟件無(wú)線電、數(shù)字調(diào)制解調(diào)和表面貼片一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[7]，電臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)RS232數(shù)據(jù)口可直接與計(jì)算機(jī)、RTu、PLC、GPS接收機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)終端等連接，任何型號(hào)電臺(tái)可設(shè)置為主站或遠(yuǎn)程站使用，無(wú)中轉(zhuǎn)通信距離達(dá)50公里以上，能適應(yīng)室內(nèi)或室外的惡劣工作環(huán)境。在物理層，最大的位速率達(dá)llMbps，使用直接序列擴(kuò)頻 (D555)傳輸技術(shù)[6]。目前己經(jīng)有基于藍(lán)牙的智能家居系統(tǒng)，但是因?yàn)橄到y(tǒng)造價(jià)高，所以無(wú)法推廣開(kāi)來(lái)。這樣，在臺(tái)式電腦上采用低功耗、小體積、移動(dòng)余度較大的含有IrDA接口的鍵盤、鼠標(biāo)就有了基本的技術(shù)保障。有95%的手提電腦安裝了frDA接口。目前在全球擁有160個(gè)會(huì)員，參與的廠商包括計(jì)算機(jī)及通信硬件、軟件及電信公司等。相對(duì)于有線傳輸來(lái)說(shuō)，大大降低了施工布線的復(fù)雜性。本研究室研究過(guò)大多數(shù)的主流無(wú)線通信技術(shù)，也有豐富的無(wú)線開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，使用最合適的無(wú)線通信技術(shù)滿足用戶的需求。(4)CRC校驗(yàn):對(duì)起始位、設(shè)備地址、功能碼和數(shù)據(jù)位進(jìn)行計(jì)算得出的8bitCRC值。協(xié)議每個(gè)字節(jié)含義如下:(1)起始位:標(biāo)識(shí)一個(gè)控制信息的開(kāi)始,包括兩個(gè)字節(jié),分別設(shè)置為0x40和0x00。終端節(jié)點(diǎn)接收基站命令,實(shí)施采集作業(yè)。主程序流程框圖如圖5所示。原理如圖4所示。TC35是Siemens公司推出的新一代無(wú)線通信GSM模塊，自帶RS232通訊接口,可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊，可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)和傳真。定時(shí)部分完成監(jiān)測(cè)周期的時(shí)間設(shè)定。(2)采用低功耗的微控芯片和無(wú)線傳輸方式，在硬件上降低功耗。(8)Wi一Fi技術(shù)，wi一 Fi(WirelessFidehty，無(wú)線高保真)也是一種無(wú)線通信協(xié)議，正式名稱是，與藍(lán)牙一樣，同屬于短距離無(wú)線通信技術(shù)。傳感器信號(hào)輸出采用國(guó)際數(shù)字信息化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)接口電路。(2)電接觸型水位傳感器電接觸型水位傳感器是依靠水的導(dǎo)電性來(lái)采集水位信號(hào)的。這類傳感器采集水位信號(hào)的基本原理是利用水的導(dǎo)電性將水位信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。3傳熱式水位傳感器這類傳感器是基于水的導(dǎo)熱特性而研制的。浮子式光纖水位傳感器是一種常見(jiàn)的浮體式水位傳感器。國(guó)際上處于領(lǐng)先水平的技術(shù)相對(duì)于國(guó)內(nèi)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于:傳感器技術(shù)更先進(jìn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)能力更強(qiáng)，從業(yè)公司比較多，市場(chǎng)認(rèn)知度比較高。第五章，對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，首先提出了軟件的整體結(jié)構(gòu)，然后依次介紹了軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立、林c/os一n嵌入式操作系統(tǒng)在LPc2210上的移植、SMAC協(xié)議棧的移植、系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)等。目前，從水利部機(jī)關(guān)到各流域、各省市實(shí)現(xiàn)了水情、雨情信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸，實(shí)現(xiàn)了信息的自動(dòng)化接收、處理和分析。在監(jiān)測(cè)設(shè)備方面，國(guó)外的數(shù)據(jù)采集終端除了具有數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸這些基本功能外，在傳感器集成、多參數(shù)采集、監(jiān)測(cè)設(shè)備智能化方面技術(shù)也比較成熟。近年美國(guó)的suTRON公司被美國(guó)海洋和大氣局 (NOAA)授權(quán)研制下一代水位測(cè)量系統(tǒng)州GwLMs)。1976年美國(guó)SM公司與美國(guó)氣象局合作研制的一套水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。但距離水文工作現(xiàn)代化還有很大的距離。第一章緒論我國(guó)洪水災(zāi)害頻繁，給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失。近年來(lái)，在國(guó)家計(jì)委和水利部的關(guān)心下，我國(guó)水文建設(shè)項(xiàng)目增多，建設(shè)步伐加快，使得水文測(cè)報(bào)設(shè)施破舊落后的狀況得以改善。20世紀(jì)70年代后期，隨著微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展水位監(jiān)測(cè)技術(shù)有了較快的發(fā)展。使用衛(wèi)星的系統(tǒng)如極軌衛(wèi)星環(huán)境數(shù)據(jù)(包括水文數(shù)據(jù))收集系統(tǒng)ARGos系統(tǒng)，及大量氣象同步衛(wèi)星平臺(tái)，均可進(jìn)行水文數(shù)據(jù)傳輸。分析預(yù)報(bào)技術(shù)成熟并積極采用各種先進(jìn)的技術(shù)。在水利系統(tǒng)的信息化工作中，防汛信息系統(tǒng)建設(shè)起到了先鋒帶頭作用。第四章，對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，分為最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)和外圍接口電路設(shè)計(jì)兩部分，對(duì)各個(gè)電路的芯片選型、特點(diǎn)、電路設(shè)計(jì)原理等進(jìn)行分析和介紹，并給出了各個(gè)電路的電路原理圖或示意圖。主要體現(xiàn)在，國(guó)際先進(jìn)水平的水利土木安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，己經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，形成了一定的市場(chǎng)規(guī)模和占有率。浮體式水位傳感器依據(jù)浮體傳遞水位信號(hào)方式的不同，又可劃分為不同種類。這類傳感器的主要缺點(diǎn)是，在大應(yīng)變狀態(tài)中有較明顯的非線性，輸出信號(hào)弱，故抗干擾能力差。5導(dǎo)電式水位傳感器自然界的水具有導(dǎo)電性，人們利用水的導(dǎo)電性研究出了各種水位傳感器，人們把這些水位傳感器統(tǒng)稱為導(dǎo)電式水位傳感器。與其它水位傳感器相比，電容型水位傳感器具有靈敏性好、輸出電壓高、誤差小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、對(duì)惡劣環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?！案袘?yīng)式水位傳感器”就是是其中的一種，該傳感器應(yīng)用數(shù)字化數(shù)據(jù)采集的新技術(shù)，采用全數(shù)字化電路，通過(guò)刻度采集水位信號(hào)，從開(kāi)始采集水位信號(hào)就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，經(jīng)過(guò)內(nèi)部電路處理，輸出電流信號(hào)，由于從采集水位信號(hào)到輸出的信號(hào)是全數(shù)字的，數(shù)字信號(hào)受溫度的影響很小，不但解決了微弱信號(hào)抗干擾的問(wèn)題，而且也基本克服了溫度漂移問(wèn)題。(7)ZigBee技術(shù):zigBee名字來(lái)源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過(guò)跳Zigzag形狀的舞蹈來(lái)分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息。介于如上問(wèn)題，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是:(