【正文】 有不協(xié)調(diào)的磁頻電波，就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的無線通訊，使上位端收集的信號產(chǎn)生誤碼，導(dǎo)致所監(jiān)測值與水庫的實(shí)際情況不相符，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。所以在使用CC1100無線模塊前，必須使用場強(qiáng)儀對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行電測，使無線發(fā)送信號避開外界的干擾頻率。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求，要選擇適合CC1100無線模塊無線收發(fā)的頻率，以減少誤差。還有部分元器件自身性能存在不足，如對步進(jìn)電機(jī)的控制，步進(jìn)電機(jī)計(jì)算步數(shù)時(shí)，由于不可避免的自身因素干擾，導(dǎo)致所測量的值往往出現(xiàn)偏差。(2) 脈沖干擾下位機(jī)端，將采集到的數(shù)據(jù)信號處理好，通過單片機(jī)編譯分析后，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在這個(gè)過程中，步進(jìn)電機(jī)接收到的控制信號是以脈沖形式發(fā)出的，很容易引起脈沖干擾。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)，來減少因脈沖而帶來的干擾。(3) 無線通訊距離的影響本系統(tǒng)中，但由于信號波在傳播介質(zhì)中受空氣熱對流擾動(dòng)以及塵埃吸收的影響，接收回的幅值隨傳播距離的增加成指數(shù)規(guī)律的衰減，使得遠(yuǎn)距離回波檢測誤差較大。特別是對接收信號的起始階段影響較大，增加了檢測數(shù)據(jù)信號起始點(diǎn)的難度。由于基于CC1100無線模塊的開發(fā)板是固定的，無發(fā)再加入運(yùn)算放大器來緩解干擾，為了控制精度，該系統(tǒng)的無線傳輸距離實(shí)際上是非常有限的。(4) 測量的隨機(jī)性干擾信號多呈毛刺狀，作用時(shí)間短且具有隨機(jī)性。對于一次監(jiān)測的結(jié)果，其受到干擾信號影響的幾率比較大，可能造成監(jiān)測結(jié)果具有較大的誤差。對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)測多次，去掉監(jiān)測結(jié)果中的最大值和最小值，再對其余監(jiān)測結(jié)果求平均值，將其作為最終的監(jiān)測結(jié)果，用于分析，這樣就減少了隨機(jī)干擾對監(jiān)測結(jié)果造成的影響。例如在本系統(tǒng)中，超聲波采集水位時(shí)，需要測的是開始發(fā)射到接收到信號的時(shí)間差，測量方法是將測量所得的時(shí)間差，乘以314，再除以2，結(jié)果就是要檢測的水位值。在這個(gè)過程中，需要檢測的有效信號為反射物反射的回波信號，故要盡量避免檢測到余波信號，這就要求對接收頭收到的波束進(jìn)行處理，這也是超聲波檢測中存在最小測量盲區(qū)的主要原因。除此之外，還可以通過軟件來處理余波信號。當(dāng)反射頭發(fā)出脈沖，計(jì)時(shí)器同時(shí)開始記時(shí)；在記時(shí)器開始記時(shí)后再開啟檢測回波信號，來減少余波信號的干擾，等待的時(shí)間可以為1MS左右。等待時(shí)間越精確，最小測量盲區(qū)就越少，以此來得到更精確的水庫水位信息。 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)。在本課題中，系統(tǒng)牽涉的硬件設(shè)計(jì)非常多，畫圖時(shí)，硬件布局和走線非常重要，圖畫的好，畫的簡便，硬件調(diào)試工作就能很容易地進(jìn)行，系統(tǒng)性能也會(huì)提升。因此，必須解決抗干擾問題，在系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì)過程中，主要采用了以下的抗干擾措施。(1) 電路板的抗干擾措施為增加系統(tǒng)抗電磁干擾能力應(yīng)該采取以下措施：① 選用時(shí)鐘頻率低的微控制器。只要控制器性能能夠滿足要求，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。② 減小信號傳輸中的畸變。當(dāng)高速信號(信號頻率高、上升沿和下降沿快的信號)在銅膜線上傳輸，由于銅膜線電感和電容的影響，會(huì)使信號發(fā)生畸變，當(dāng)畸變過大時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)工作不可靠。一般要求，信號在電路板上傳輸?shù)你~膜線越短越好，過孔數(shù)目越少越好。典型值:長度不超過25cm，過孔數(shù)不超過2個(gè)。③ 減小來自電源的噪聲。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)增加濾波電容來濾掉這些來自電源的噪聲。④ 元件布置要合理分區(qū)。元件在電路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題。原則之一就是各個(gè)元器件之間的銅膜線要盡量的短，在布局上，要把模擬電路、數(shù)字電路和產(chǎn)生大噪聲的電路(繼電器、大電流開關(guān)等)合理分開，使它們相互間的信號耦合最小。⑤ 處理好地線。將模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開連接，再匯集到電源的接地點(diǎn)。對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。⑥ 去耦電容。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之間都要加一個(gè)去耦電容。去耦電容有兩個(gè)作用，一方面是集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門和關(guān)門瞬間的充放電電能，另一方面旁路掉該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，一般情況下， 的電容都可以。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。另外在電源端、電路板的四角等位置應(yīng)該跨接一個(gè)10100uF 的電容。(2) 應(yīng)刷電路板的地線布置合理接地是系統(tǒng)抑制干擾的重要方法之一。印刷線路板(PCB)的地線主要指TTL,CMOS 集成電路的接地線。印刷板中的地線應(yīng)成網(wǎng)狀，而且，其它布線不要形成環(huán)路，特別是外周若形成環(huán)路，將產(chǎn)生較大的噪聲干擾。印刷電路板上的接地線，根據(jù)電流通路最好逐漸加寬。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和電源線，這樣可以減少干擾。另外，在數(shù)字、模擬混合電路板中，同時(shí)存在數(shù)字地和模擬地。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，最后選擇一點(diǎn)連通。因?yàn)樵撍畮毂O(jiān)測系統(tǒng)基本上是在高頻環(huán)境下運(yùn)行，所以設(shè)計(jì)PCB時(shí)，制作好的PCB圖必須鋪成網(wǎng)格形式，板的四周還需加上四個(gè)大焊孔，這樣就可以避免一些來自板面的內(nèi)在干擾，使硬件部分穩(wěn)定。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，沒有內(nèi)核的調(diào)用無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，單純的硬件無法實(shí)現(xiàn)電路的錄放。因此，程序的編譯就變的特別重要，設(shè)計(jì)中注重軟件的編譯仿真，其中采用Keil C51 軟件編輯、編譯、仿真。對于各個(gè)模塊，進(jìn)行一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)試。采用單步運(yùn)行方式和斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過檢查用戶系統(tǒng)CPU的現(xiàn)場、RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。通過檢測，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)用戶系統(tǒng)中的硬件故障、軟件算法及硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。在這階段發(fā)生過的故障包括子程序在運(yùn)行時(shí)破壞現(xiàn)場，緩沖單元發(fā)生沖突，零位的建立和清除在設(shè)計(jì)上有失誤，堆棧區(qū)域有溢出等問題。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)等問題。待全部完成后，應(yīng)反復(fù)運(yùn)行多次觀察。Keil C51 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(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 語言和C 語言的程序設(shè)計(jì)。程序編譯、調(diào)試的基本過程如下：(1) 建立一個(gè)新的工程文件New Project。(2) 保存文件，選擇保存路徑，輸入工程文件的名字。(3) 選擇設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)的型號。(4) 建立一個(gè)新的源程序文件。(5) 在彈出的程序文本框中輸入設(shè)計(jì)的程序， 保存。(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。(7) 然后對目標(biāo)進(jìn)行一些設(shè)置，在Options for Target’ Target 1’中進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置。(8) 編譯程序，選擇【Project】/【Rebuild all target files 】選項(xiàng)，開始編譯程序。(9) 編譯完畢后，選擇【Debug】/【Start/Stop Debug Session】 選項(xiàng)，進(jìn)入仿真環(huán)境。在調(diào)試程序過程中，并不是一次性成功的，編輯中出現(xiàn)過好幾次錯(cuò)誤，經(jīng)過修改、編譯才最后調(diào)試成功的。最初調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)采集部分的定義錯(cuò)誤，即系統(tǒng)重復(fù)定義，經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)的查找，在程序中對其進(jìn)行了兩次定義，使得程序無法調(diào)試成功。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，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)。程序的編譯、調(diào)試的工作量比較大，是設(shè)計(jì)的靈魂，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中占用了很多時(shí)間，要對單片機(jī)語言進(jìn)行深入而細(xì)致的學(xué)習(xí)與思考，它的中斷/定時(shí)、上電、延時(shí)以及數(shù)據(jù)的寫入等等軟件設(shè)計(jì)調(diào)試，從而成為設(shè)計(jì)的重中之重。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。由于CC1100無線模塊占用的單片機(jī)存儲(chǔ)量非常大，所以下載前需要檢測，在CC1100模塊中加入采集信號后的編譯程序是否超過單片機(jī)的容量，AT89S52的容量是256K，如果超過，就難以生成工程文件。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。在對系統(tǒng)采集部分進(jìn)行調(diào)試時(shí)，要特別注意傳感器的工作頻段和電壓。在模擬水庫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)定地采集水庫信息，減少誤差。當(dāng)接收到的采集數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后，能在數(shù)碼管上穩(wěn)定準(zhǔn)確地顯示時(shí)，證明采集部分已經(jīng)調(diào)試成功。 硬件調(diào)試(1) 脫機(jī)調(diào)試在電路板加電之前，先用萬用表等工具,根據(jù)硬件電路原理圖仔細(xì)檢查電路板線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線是否存在相互間的短路；或其它信號線的短路。 對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。在不插芯片的情況下，加電檢查各插件上引腳的電位，仔細(xì)測量各地點(diǎn)電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機(jī)插座上的各點(diǎn)電位是否正常。(2) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 通過脫機(jī)調(diào)試可排除一些明顯的硬件故障。有些硬件故障還是要通過聯(lián)機(jī)調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)和排除。 聯(lián)機(jī)前先斷電，檢查一下電源、接地是否良好。一切正常，即可打開電源。通電后執(zhí)行讀寫指令，對存儲(chǔ)器、I/O端口進(jìn)行讀寫操作、邏輯檢查，若有故障，可用示波器觀察波形（如輸出波形、讀寫控制信號、地址數(shù)據(jù)波形以及有關(guān)控制電平）。通過對波形的觀察分析，尋找故障原因，并進(jìn)一步排除故障?？赡艿墓收嫌校壕€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。 在單片機(jī)電路板調(diào)試好后，再接上識(shí)別路徑電路部分，再對這些部分進(jìn)行初步調(diào)試。本系統(tǒng)中，主要是對水庫采集部分的硬件調(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。 整體調(diào)試在硬件和軟件調(diào)試完成后，再結(jié)合到一起，即把軟件程序燒錄到單片機(jī)，再將單片機(jī)放到系統(tǒng)板上，上電運(yùn)行。對不完善的地方再進(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。在整體調(diào)試中，最難調(diào)的就是CC1100無線通訊和上下位機(jī)串口通訊的通訊。在調(diào)試CC1100無線模塊時(shí)，接收到的信號常受到干擾，這可能與CC1100無線模塊的性能有關(guān)。調(diào)試成功后，無線模塊與單片機(jī)連接時(shí)，還需要編譯源代碼SPI模擬接口，因?yàn)锳T89S52上沒有SPI接口。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)測分析。8 結(jié)論與展望上圖為本系統(tǒng)上位機(jī)端的出口調(diào)試結(jié)果圖，從圖中看出，系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測出了模擬水庫的水位、流量，達(dá)到了本課題的設(shè)計(jì)要求。數(shù)據(jù)用16進(jìn)制的形式表現(xiàn)出來。開發(fā)模擬水庫自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能帶來人力、物力的節(jié)約，更能及時(shí)、實(shí)時(shí)地了解水文數(shù)據(jù)，以利于對防洪、抗洪、搶險(xiǎn)、救災(zāi)或供水供電工作的指揮決策，使水庫在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮更重要的作用。本系統(tǒng)對模擬水庫的水位和流量的測量值基本達(dá)到課題設(shè)計(jì)要求，其所測量的技術(shù)參數(shù)和誤差精度以表格形式表示出來，如下：測量參數(shù)設(shè)定值第一次測量值第二次測量值第三次測量值平均測量值測量誤差水位流量 從圖表中可以看出，該系統(tǒng)測得的實(shí)際參數(shù)的誤差非常小，精確度極高。若經(jīng)過相應(yīng)地改進(jìn)，完全可以將其投入到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中去，很直觀地證明了本系統(tǒng)潛在的巨大研究價(jià)值和實(shí)效性。因此，可以肯定，結(jié)合先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)的水文監(jiān)測將會(huì)是未來水文監(jiān)測控制管理的必然趨勢。 謝 辭揮手間四年已逝，回首近四年的學(xué)習(xí)生活，其間有失落也有收獲，有艱辛也有快樂，有迷茫也有方向。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為一個(gè)對社會(huì)、對人生充滿自信的青年。真心地感謝各位老師四年來的傳道、授業(yè)和解惑，給了我人生一筆永恒的財(cái)富。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)過程中，常常遇到這樣那樣的問題，當(dāng)然除了自己看書，查資料解決問題外，也常常求助自己的導(dǎo)師，導(dǎo)師在幫助學(xué)生解決問題的過程中，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。感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中所有給我真誠幫助的老師和同學(xué)，感謝我的母校――桂林電子科技大學(xué)，給我提供學(xué)習(xí)和生活的空間，真心地希望它的明天更加美好！參考文獻(xiàn)[1] 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1996[2] 陳光東,趙性初. 單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. 武漢：華中理工大學(xué)出版社， [3] 李文仲，段朝玉. 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