【正文】 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，整個做畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，由于平時多理論，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，我由一個當(dāng)初少不更事的孩子成長為一個對社會、對人生充滿自信的青年。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)測將會是未來水文監(jiān)測控制管理的必然趨勢。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。數(shù)據(jù)用16進(jìn)制的形式表現(xiàn)出來。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。在調(diào)試CC1100無線模塊時，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)。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)到整個預(yù)期為至。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?？赡艿墓收嫌校壕€路連接上有邏輯錯誤、有斷路或短路現(xiàn)象、集成電路失效等。通電后執(zhí)行讀寫指令，對存儲器、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）。 聯(lián)機(jī)前先斷電，檢查一下電源、接地是否良好。(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。 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。 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。在模擬水庫和傳感器之間必須加入一個比較器，控制電壓，使傳感器能穩(wěn)定地采集水庫信息，減少誤差。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。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。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)。在調(diào)試程序過程中，并不是一次性成功的，編輯中出現(xiàn)過好幾次錯誤，經(jīng)過修改、編譯才最后調(diào)試成功的。(8) 編譯程序，選擇【Project】/【Rebuild all target files 】選項(xiàng)，開始編譯程序。(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。(4) 建立一個新的源程序文件。(2) 保存文件，選擇保存路徑，輸入工程文件的名字。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)。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，而不能確定定時精度、CPU的實(shí)時響應(yīng)等問題。通過檢測，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯誤、機(jī)器碼錯誤及轉(zhuǎn)移地址的錯誤，同時也可以發(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)錯誤。對于各個模塊，進(jìn)行一個個子程序分別調(diào)試。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。為了不產(chǎn)生相互串?dāng)_，在PCB制板布局時，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。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。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。(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。一般要求每10 片左右的集成電路增加一個10uF 的充放電電容。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，集成電路的電源和地線之間都要加一個去耦電容。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。⑤ 處理好地線。元件在電路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題。電源向系統(tǒng)提供能源的同時，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。典型值:長度不超過25cm，過孔數(shù)不超過2個。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，會使信號發(fā)生畸變，當(dāng)畸變過大時，就會使系統(tǒng)工作不可靠。只要控制器性能能夠滿足要求，時鐘頻率越低越好，低的時鐘可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。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。 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)。當(dāng)反射頭發(fā)出脈沖，計(jì)時器同時開始記時；在記時器開始記時后再開啟檢測回波信號，來減少余波信號的干擾，等待的時間可以為1MS左右。在這個過程中，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。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。(4) 測量的隨機(jī)性干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短且具有隨機(jī)性。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。為此，必須在單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動芯片LM298間加入光耦電路，隔離驅(qū)動電路和單片機(jī)，來減少因脈沖而帶來的干擾。(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)。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。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，會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。這些誤差干擾主要來自一下幾個方面。 } } else return 0。 halSpiStrobe(CCxxx0_SFRX)。 CRC_OK)。 //讀出CRC校驗(yàn)位 halSpiStrobe(CCxxx0_SFRX)。 //讀出所有接收到的數(shù)據(jù) *length = packetLength。 BYTES_IN_RXFIFO)) //如果接的字節(jié)數(shù)不為0 { packetLength = halSpiReadReg(CCxxx0_RXFIFO)。 if(i1) return 0。 while (GDO0) { delay(2)。 // 具體多少要根據(jù)datarate和length來決定halSpiStrobe(CCxxx0_SRX)。 INT8U packetLength。}void setRxMode(void){halSpiStrobe(CCxxx0_SRX)。 // Wait for GDO0 to be cleared end of packet while (GDO0)。 //寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù)halSpiStrobe(CCxxx0_STX)。程序分析如下：//函數(shù)名：void halRfSendPacket(INT8U *txBuffer, INT8U size)//輸入：發(fā)送的緩沖區(qū)，發(fā)送數(shù)據(jù)個數(shù)//輸出：無//功能描述：CC1100發(fā)送一組數(shù)據(jù)void halRfSendPacket(INT8U *txBuffer, INT8U size) { halSpiWriteReg(CCxxx0_TXFIFO, size)。 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。開始初始化計(jì)數(shù)器0，定時器2及無線模塊是處理上位機(jī)命令是否收到上位機(jī)命令是否進(jìn)行流量轉(zhuǎn)換，并送入顯示緩沖區(qū)界面切換否進(jìn)行水位測量，并送入顯示器緩沖區(qū)數(shù)碼管掃描是判斷電機(jī)的方向正轉(zhuǎn)否反轉(zhuǎn) 下位機(jī)端程序流程圖在本系統(tǒng)中，程序流程圖分為上位機(jī)端程序流程圖和下位機(jī)端程序流程圖兩大部分。，是上位機(jī)端的程序流程圖。由MX232串口通訊電路，把單片機(jī)中的數(shù)據(jù)信號傳到上位機(jī)中去，通過上位機(jī)顯示水庫的實(shí)時參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析反饋。 電源模塊 CC1100無線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)，所以沒有給出。 單片機(jī)工作電路 數(shù)碼管顯示電路顯示模式采用的是四位七段LED數(shù)碼管顯示，如同單片機(jī)的使用一樣，該系統(tǒng)電路中也使用了兩塊數(shù)碼管，它們的功能分別是：下位端的數(shù)碼管是用來顯示傳感器所采集的信號，通過其顯示的方波信號來計(jì)算時間差，求出水位，以及顯示由流量傳感器所采集的水流量的大?。簧衔欢说臄?shù)碼管用來監(jiān)測CC1100模塊無線通訊是否成功，如果它顯示的數(shù)字和下位端數(shù)碼管一樣，就證明無線發(fā)送/接收成功。上位端的AT89S52單片機(jī)主要是用來承載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。步進(jìn)電機(jī)接收的是脈沖信號，所以極容易受到干擾。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)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，本方案中，一個是單片機(jī)獨(dú)立控制,二是人為的遠(yuǎn)程控制。 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傳輸PC上位機(jī) 系統(tǒng)原理方框圖如上圖所示，該水庫監(jiān)測系統(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)的無線收發(fā)、上位機(jī)端的監(jiān)測分析。系統(tǒng)中通過單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，來模擬閥門開關(guān)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。這個過程中，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)出控制信號來控制閘門的開與關(guān)。當(dāng)水位過高時，需要放水。在傳輸?shù)倪^程當(dāng)中不能夠出現(xiàn)誤碼，或者盡可能讓誤碼降到最小。采集到的水位、流量等數(shù)據(jù)需要從下位機(jī)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。(1) 水位和流量的監(jiān)測能夠?qū)λ畮焖弧⒘髁康葏?shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。利用超聲波傳感器和流量傳感器采集水位、流量等信息，利用CC1100無線模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間無線通信。本系統(tǒng)只用到LM298的部分功能。LM298的管腳我們已經(jīng)知道，它的作用是控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和驅(qū)動電機(jī)。 數(shù)碼管原理圖 LM298芯片LM298是四路輸出的電機(jī)驅(qū)動芯片，每路大概500毫安，其本身有壓降，隨輸出電流的變化而變化。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED顯示器；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED顯示器。八段LED顯示器由8個發(fā)光二極管組成。在該單片機(jī)系統(tǒng)中，使用了LED數(shù)碼顯示器來顯示采集到的水庫水位和流量。如果是一個共陰極數(shù)碼管，則要顯示0時就要給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。根據(jù)接法不同又可分為共陰極和共陽極兩類。同樣輸入和輸出的邏輯值保持一致。注意，輸入和輸出的邏輯值保持一致，如輸入5V，即邏輯1，輸出也是邏輯1，TTL電平為高電平。(2) 可以將兩路RS232C電平轉(zhuǎn)換成兩路TTL電平。 R1IN、R2IN應(yīng)接PC機(jī)的發(fā)送端TD。 R1OUT、R2OUT 應(yīng)接MCS51的串行接收引腳RXD。引腳T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN 為接RS 232C電平的引腳。宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。MAX232 外圍需要4個電解電容C1 、C2 、C3 、C4 ,是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容。MAX232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器,可以把輸入的+5V電源變換成RS232C輸出電平所需177。 MAX232 芯片 MAX232芯片是MAXIM 公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器。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