水位遙測(cè)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)正文畢業(yè)論文

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)1.1研究的目的和意義在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天， 水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。一旦斷了水， 輕則給人民生活帶來(lái)極大的不便， 重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。 任何時(shí)候都能提供足夠的水量、 平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言， 多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市政水管補(bǔ)給 1。因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)屬于應(yīng)用現(xiàn)代遙測(cè)、 通

2、信、計(jì)算機(jī)技術(shù)， 是完成江河流域降雨量、蒸發(fā)量、河流湖泊水位、海洋潮位、流量（流速） 、風(fēng)向風(fēng)速、水質(zhì)、閘壩的閘門開(kāi)度、滲壓、 土壤墑情等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、報(bào)送和處理應(yīng)用的信息系統(tǒng)，屬于非工程性防洪措施 2。它能將某一流域或區(qū)域內(nèi)的水文氣象、 水資源信息在短時(shí)間內(nèi)傳遞至決策機(jī)構(gòu)， 以便進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)和水資源優(yōu)化調(diào)度， 減少水害損失， 提高水資源的利用率，可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)多用在重點(diǎn)防洪地區(qū)及大型水利工程上，特別是在流域性、區(qū)域性的水位數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理、 應(yīng)用的自動(dòng)化方面起到了積極作用。水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)包括三種工作制式：自報(bào)式、查詢應(yīng)答式和混合式。（ 1）自報(bào)式工

3、作制式：在遙測(cè)站設(shè)備控制下每當(dāng)被測(cè)參數(shù)發(fā)生一個(gè)規(guī)定的增減量變化或按設(shè)定的時(shí)間間隔， 即向中心站發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)， 接收端的數(shù)據(jù)接收設(shè)備始終處于值守狀態(tài)。 現(xiàn)在已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)的自報(bào)式工作制式進(jìn)行了改進(jìn)， 使自報(bào)式工作制式有了較大發(fā)展。 改進(jìn)后自報(bào)式也是雙向通信方式， 不是過(guò)去的純單向工作方式。在遙測(cè)站設(shè)備控制下每當(dāng)被測(cè)參數(shù)發(fā)生一個(gè)規(guī)定的增減量變化或按設(shè)定的時(shí)間間隔，即向中心站發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)， 中心站收到數(shù)據(jù)后，給遙測(cè)站發(fā)送“確認(rèn)”信息，告知遙測(cè)站這組數(shù)據(jù)接收正確或是接收錯(cuò)誤。 自報(bào)式只有采用“確認(rèn)”機(jī)制，才可以實(shí)現(xiàn)雙信道的自動(dòng)切換。（ 2）查詢應(yīng)答式：由中心站自動(dòng)定時(shí)巡測(cè)或隨機(jī)呼叫遙測(cè)站，遙測(cè)站響

4、應(yīng)中心站的查詢指令， 將所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給中心站。 定時(shí)自動(dòng)巡測(cè)的時(shí)間間隔可根據(jù)數(shù)據(jù)處理和預(yù)報(bào)作業(yè)的需要確定。1（ 3）混合式：系統(tǒng)兼容自報(bào)式和查詢應(yīng)答式兩種工作制式。 現(xiàn)在被廣泛運(yùn)用。特別是采用公網(wǎng)組網(wǎng)（包括 VSAT）的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，為了保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性，又節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，采用混合式工作制式組 網(wǎng)比較合理。在汛情不緊張、數(shù)據(jù)量小的時(shí)間段內(nèi)用查詢應(yīng)答式；當(dāng)出現(xiàn)暴雨或水位變化較快時(shí)以自報(bào)方式加報(bào)。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展 , 遙測(cè)及遙控技術(shù)已經(jīng)深入人們的生活與工作當(dāng)中 ,在工業(yè)與生活中水位的測(cè)量與控制是經(jīng)常要測(cè)控的一個(gè)因素。儀器自動(dòng)一體化， 短距離無(wú)線抄表技術(shù)已經(jīng)成為下一代無(wú)線技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重

5、要分支。應(yīng)此勢(shì)要求，本設(shè)計(jì)就以一水位遙測(cè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)于無(wú)線技術(shù)的研究只是作個(gè)拋磚引玉。1.2國(guó)內(nèi)外水位測(cè)量的發(fā)展我國(guó)的水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)從70 年代末起步，在浙江省浦陽(yáng)江流域首先應(yīng)用。80 年代初期為引進(jìn)階段，先后在淮河王家壩區(qū)間、長(zhǎng)江流域漢江丹江口水庫(kù)、黃河的三門峽至花園口建成進(jìn)口設(shè)備的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。1985 年以后為國(guó)產(chǎn)設(shè)備研制、定型階段，有淮河正陽(yáng)關(guān)以上流域水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、 黃河流域陸渾小區(qū)自報(bào)式水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、長(zhǎng)江流域漢江的黃龍灘水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)等3。90年代后為推廣應(yīng)用階段。從上世紀(jì) 90 年代以來(lái)，隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)運(yùn)用于各行各業(yè)，人們對(duì)信息傳遞

6、的要求越來(lái)越高，尤其是在水文監(jiān)測(cè)方面。 以長(zhǎng)江上游為例，該區(qū)域以山區(qū)性河流為主，有三大暴雨中心，災(zāi)害性洪水較多。測(cè)報(bào)系統(tǒng)除了為國(guó)家防總、重慶市防汛辦、長(zhǎng)江防總、三峽工程及沿江省、地、市的46 個(gè)防汛部門提供水情信息外，還為航運(yùn)、航道、供水、港務(wù)、碼頭等 70 余個(gè)企事業(yè)單位提供水情服務(wù)。 在這些大量的監(jiān)測(cè)、 預(yù)報(bào)任務(wù)中， 原始數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸并匯總上報(bào)是一大難題。 為了提高水文監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的實(shí)時(shí)性、 可靠性，采用先進(jìn)科技手段對(duì)現(xiàn)有水文監(jiān)測(cè)管理進(jìn)行系統(tǒng)改造已勢(shì)在必行。根據(jù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)模和性質(zhì)的不同，可將其分為水文自動(dòng)測(cè)報(bào)基本系統(tǒng)和水文自動(dòng)測(cè)報(bào)網(wǎng)兩部分。 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)基本系統(tǒng)由中心站、 遙測(cè)站（包

7、括監(jiān)測(cè)站）、4信道，把若干個(gè)基本系統(tǒng)連接起來(lái)，組成進(jìn)行數(shù)據(jù)交換共享的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)網(wǎng)絡(luò)。25。1.3水位測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛， 比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。 而以往水位的檢測(cè)是由人工完成的， 值班人員全天候地對(duì)水位的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 用有線電話及時(shí)把水位變化情況報(bào)知主控室。 然后主控室再開(kāi)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行給排水。 很顯然上述重復(fù)性的工作無(wú)論從人員、 時(shí)間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。 同時(shí)也容易出差錯(cuò)。 因此急需一種能自動(dòng)檢測(cè)水位， 并根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。水塔很高， 水位高低位不便于觀察， 水多會(huì)溢出來(lái)， 可用以下方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，

8、改進(jìn)供水裝置就能實(shí)現(xiàn)供水自動(dòng)化， 供水系統(tǒng)中的水塔和高位水池等設(shè)備由于所處地勢(shì)高， 上下極為不便， 有時(shí)水即將用完也不知道， 造成需用水時(shí)卻無(wú)水可用的情況。此外，在向池中注入水的過(guò)程中，由于不知道水位的情況，也就無(wú)法控制注水量的多少，這會(huì)嚴(yán)重影響正常的工作效率。為此需要對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)顯示、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。傳統(tǒng)的水位檢測(cè)系統(tǒng)一般通過(guò)有線方式與監(jiān)控中心取得聯(lián)系，這種方式不但維護(hù)起來(lái)困難，而且在很大程度上限制了其在時(shí)空上的拓展性1.4課題的主要工作本研究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一種利用單片機(jī)的無(wú)線測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)。 不需要架設(shè)電纜，而且可以實(shí)現(xiàn)水位的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和遙測(cè) 6。采用無(wú)線傳輸模塊與單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)則

9、能夠解決以上的問(wèn)題。 通過(guò)單片機(jī)可以很方便的實(shí)現(xiàn)水位的顯示功能，還可以通過(guò)這種無(wú)線通信的方式以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端監(jiān)控和報(bào)警的功能。此外 , 這次設(shè)計(jì)還有以下任務(wù):（ 1）通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)單片機(jī)理論方面的理解。（ 2）掌握單片機(jī)的內(nèi)部模塊的應(yīng)用，如中斷、控制、 IO 口、串行口通訊等。（ 3）了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程、方法及實(shí)現(xiàn)，為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)單片器應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。（ 4）通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，了解必須提交的各項(xiàng)工程文件，也達(dá)到鞏固、充實(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的目的。32 水位遙測(cè)自控裝置的設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水位遙測(cè)自控裝置從功能上看需要實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)：水位

10、的測(cè)量，水位信息的遠(yuǎn)程傳輸，水位的自動(dòng)控制。系統(tǒng)由水位測(cè)量模塊、無(wú)線發(fā)送接收模塊、微控制器模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、閥門控制模塊和鍵盤模塊組成，總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。顯示模塊無(wú)無(wú)水微線線鍵盤控制位控?cái)?shù)數(shù)微控測(cè)制據(jù)據(jù)制器量器發(fā)接閥門控制送收?qǐng)?bào)警模塊圖 2.1水位遙測(cè)自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖水位測(cè)量模塊測(cè)量出水位信息，由微控制器將水位信息寫入無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，無(wú)線數(shù)據(jù)接收裝置接收到的水位信息通過(guò)微控制器進(jìn)行顯示，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)超過(guò)警戒水位的上限或低于警戒水位的下線時(shí)，微控制器控制報(bào)警模塊及閥門控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路水位遙測(cè)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇主要包括兩方面：水位測(cè)量方案的選擇和

11、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方案的選擇。水位測(cè)量方案方案 1：壓力傳感器壓力傳感器測(cè)量水位原理：不同的水位產(chǎn)生凈水壓強(qiáng)是不同的，測(cè)量出水壓，就可以計(jì)算出水位值。一般選擇輸出信號(hào)為420mA。水質(zhì)對(duì)采集精度的影響： 投入壓力傳感器是通過(guò)測(cè)量水的靜壓力來(lái)間接的測(cè)量水位，其基準(zhǔn)是以凈水壓力來(lái)核算的，在多泥沙的水質(zhì)中， 必須考慮水質(zhì)對(duì)水位值4的影響，一般要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定一個(gè)水質(zhì)系數(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)7。實(shí)際水位值 =測(cè)量水位值 * 水質(zhì)系數(shù)（水質(zhì)系數(shù)小于等于1）方案 2：電容傳感器運(yùn)用兩根一端封閉的導(dǎo)線， 將距離固定制作成簡(jiǎn)單的平行板電容器即電容傳感器。水位的變化直接影響導(dǎo)線間的介質(zhì)多少變化，從而引起電容值的變化。一般，電容

12、的計(jì)算公式如式2.2 。C=QU平行板電容器的電容：理論和實(shí)驗(yàn)表明，平行板電容器的電容C 跟介電常數(shù) 成正比，跟正對(duì)面積成反比，跟極板間的距離d 成反比，有式 2.3 。C=S4 kd式 2.3 中： k 為靜電力常量，介電常數(shù) 由兩極板之間介質(zhì)決定，圓周率方案 2 與方案 1 比較：一般工農(nóng)業(yè)上進(jìn)行水位測(cè)試的裝置多采用方案 1 的壓力傳感器，然而對(duì)于本次的設(shè)計(jì)，方案 2 的電容傳感器相比之下更經(jīng)濟(jì)，可操作性更強(qiáng)，更能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)模擬的目的，因此傳感器采用方案 2。為提高水位測(cè)量的精度， 一般要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波， 水位測(cè)量裝置常用的濾波算法有：（ 1）取平均值：同時(shí)采集多個(gè)值，取其平均值作為實(shí)際的數(shù)

13、據(jù)。（ 2）一階滯后濾波法 ：一般取 a=01。本次濾波結(jié)果 =（1-a ）* 本次采樣值 +a*上次濾波結(jié)果遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方案方案 1： GSM無(wú)線短信芯片GSM無(wú)線短信模塊G100A是由北京捷麥公司推出的，該模塊采用全SMT組裝，工藝先進(jìn)、可靠性高，工作電壓范圍為515 v 8。其內(nèi)置的德國(guó)西門子公司GSM模塊 TC35使得模塊操作簡(jiǎn)單，無(wú)須學(xué)習(xí)復(fù)雜的GSM模塊 AT 指令集。 G100A的串口具有 TTL、 RS232和 RS485半雙工三種形式，標(biāo)準(zhǔn)配置為RS232。采用 GSM模塊與單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)的并行I0 口可以很方便的實(shí)現(xiàn)水位的顯示功能。 現(xiàn)有的 GSM網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)

14、實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，采用 GSM模塊時(shí)，就可以通過(guò)一種無(wú)線通信的方式以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端監(jiān)控和報(bào)警的功能。方案 2：無(wú)線收發(fā)器 nRF9055調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器， 一個(gè)功率放大器， 一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成， 可以通過(guò)一種無(wú)線通信的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端監(jiān)控和報(bào)警的功能9。單片的 NRF905可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線接收和發(fā)送功能， 它具有低功耗 ShockBurst 模式，工作電源電壓范圍 1.9-3.6V 。NRF905無(wú)線收發(fā)器用戶無(wú)需另外組網(wǎng)，為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。方案 2 與方案 1 比較：方案 1 的 GSM模塊受到網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的限制， 對(duì)于一些信號(hào)強(qiáng)度較弱的區(qū)域， 同時(shí)受到通信

15、協(xié)議等各方面因素的限制， 無(wú)法保證正常工作。 方案 2 的 nRF905模塊更方便應(yīng)用于本次設(shè)計(jì)，因此本設(shè)計(jì)無(wú)線傳輸方案選擇方案2。3 水位遙測(cè)自控裝置硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用MC9S08AW60單片機(jī)為核心的智能控制器系統(tǒng)的硬件接口電路包括：控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路、水位測(cè)量電路、無(wú)線傳輸接口電路、報(bào)警電路、顯示接口電路以及繼電器輸出接口電路等。其中 MC9S08AW60為核心控制器件，水位測(cè)量運(yùn)用電容傳感器及 555 頻率計(jì)算器組成，無(wú)線傳輸運(yùn)用 NRF905模塊，數(shù)碼管為顯示器件，繼電器為控制器件 10。下面將對(duì)各個(gè)電路與其核心器件的工作原理做詳細(xì)介紹。3.1單片機(jī)的概述本設(shè)計(jì)利用的是M

16、C9S08AW60單片機(jī)，它是一個(gè)低成本、 高性能 8位微處理器單元（ MCUs）HCS08家族中的成員。家族中所有的MCUs 使用增強(qiáng)型 HCS08核，且使用不同的模塊，存儲(chǔ)大小，存儲(chǔ)器類型和封裝類型。本設(shè)計(jì)所使用的MC9S08AW60為 44 引腳的低輪廓四方扁平封裝（LQFP）如圖 3.1 。6圖 3.1 MC9S08AW60 44 腳 LQFP封裝圖單片機(jī)功能描述MC9S08AW60單片機(jī)引腳圖如圖3.2 所示。7圖 3.2 MC9S08AW60 引腳圖MC9S08AW60單片機(jī)具有 8 位 HCS08中央處理單元（ CPU）， 40 MHz的 HCS08的CPU（中央處理單元）， 2

17、0MHz的內(nèi)部總線頻率。 HC08指令子集增加了BGND指令，單線后臺(tái)調(diào)試模式接口， 允許單一的斷點(diǎn)設(shè)置在線調(diào)試 （在片內(nèi)調(diào)試模塊加了多于兩個(gè)的斷點(diǎn)），在線仿真（ ICE）帶有兩個(gè)比較器（在BDM中要加一）， 9 個(gè)觸發(fā)模式以及片內(nèi)總線捕獲緩沖區(qū)。水位遙測(cè)單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)單片機(jī)接口電路如圖3.3 所示。8圖 3.3單片機(jī)接口電路單片機(jī)的各 IO 口接線簡(jiǎn)介：PA0連接 555 定時(shí)器控制信號(hào)。 PF0 連接 555 定時(shí)器的輸出信號(hào)。PC4連接 SMS0501顯示模塊的時(shí)鐘信號(hào)，PC5連接 SMS0501顯示模塊的數(shù)據(jù)輸入端口， PG3連接 SMS0501顯示模塊的背光控制。PB1 ,PB2

18、 分別連接雙路繼電器來(lái)控制閥門的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。PA1 ,PE2-PE7 ,PD0-PD3 分別與無(wú)線收發(fā)模塊NRF905的各引腳相連。3.2水位測(cè)量電路的設(shè)計(jì)水位測(cè)量電路由簡(jiǎn)單的電容傳感器和ICM7555定時(shí)器構(gòu)成。工作原理當(dāng)水位變化時(shí)，電容傳感器的電容值發(fā)生變化，電容傳感器的電容變化輸入ICM7555定時(shí)器電路， ICM7555輸出相應(yīng)的頻率。電容傳感器的電容值與ICM7555輸出頻率值的轉(zhuǎn)換關(guān)系如式3.1 。9水位測(cè)量電路圖 3.4水位測(cè)量電路原理圖通過(guò)三極管 Q6來(lái)控制 ICM7555的電源供給，使單片機(jī)能自由控制其頻率的輸出，更有利于對(duì)頻率的測(cè)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。其中R26為三極管 Q

19、6基極的限流電阻。為了盡量的減小輸入干擾及其保護(hù)ICM7555，則在輸入端串接電容C23和C24。3.3無(wú)線傳輸模塊的設(shè)計(jì)工作原理率調(diào)制器， 一個(gè)帶解調(diào)器的接收器， 一個(gè)功率放大器， 一個(gè)晶體振蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成 11。ShockBurst 工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC?？梢院苋菀淄ㄟ^(guò) SPI 接口進(jìn)行編程配置。電流消耗很低，在發(fā)射功率為-10Bm時(shí)，發(fā)射電流為 11mA，接收電流為 12.5mA。進(jìn)入 POWERDOWN模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。快速參考數(shù)據(jù)如表3.1 。表 3.1 nRF905 快速參考數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)值單位最低工作電壓1.9V10最大發(fā)射功率10dBm最大數(shù)據(jù)傳輸率

20、曼切斯特編碼50kbps輸出功率為 -10 dBm 時(shí)工作電流9mA接收模式時(shí)工作電流12.5mA溫度范圍-40 to +85典型靈敏度-100dBmPOWERDOWN模式時(shí)工作電流2.5uA電氣特性nRF905 32L QFN 5*5 封裝管腳分布圖如圖3.5 ：圖 3.5 nRF905 32L QFN 5*5封裝管腳分布圖nRF905的電氣特性如下：（ 1）輸出頻率 4MHZ，外部時(shí)鐘腳負(fù)載為 5pf ，晶體為 4MHZ（ 2）晶體為 4MHZ（ 3）POWERDOWN模式時(shí) SPI 時(shí)鐘為 1MHZ（ 5）晶體頻率有 5 種不同取值（ 4、8、12、16、 20MHZ）（ 6）通道寬度和

21、通道間隔為 200KHZ接口電路及管腳說(shuō)明nRF905芯片管腳說(shuō)明如表3.2 。表 3.2 nRF905 芯片管腳說(shuō)明管腳名稱管腳功能說(shuō)明111TRX_CE數(shù)字輸入使能芯片發(fā)射或接收2PWR_UP數(shù)字輸入芯片上電3uPCL K時(shí)鐘輸出由晶體震蕩器分頻的輸出時(shí)鐘4VDD電源電源 +3V DC5VSS電源地 0V6CD數(shù)字輸出載波檢測(cè)7AM數(shù)字輸出地址匹配8DR數(shù)字輸出接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成9VSS電源地 0V10MISOSPI接 口SPI 輸出11MOSISPI接 口SPI 輸入12SCKSPI時(shí)鐘SPI 時(shí)鐘13CSNSPI使能SPI 使能14XC1模擬輸入晶體震蕩器 1腳外部時(shí)鐘輸入腳15XC2

22、模擬輸出晶體震蕩器 2腳16VSS電源地 0V17VDD電源電源 +3V DC18VSS電源地 0V19VDD_PA電源輸出給 nRF905 功率放大器提供的 +1 .8V電源20ANT1射頻輸出天線接口 121ANT2射頻輸出天線接口 222VSS電源地 0V23IREF模擬輸入?yún)⒖茧娏?4VSS電源地 0V25VDD電源電源 +3V DC26VSS電源地 0V27VSS電源地 0V28VSS電源地 0V29VSS電源地 0V30VSS電源地 0V31DVDD_1V2電源藕和的低壓正數(shù)字電源輸出32TX_EN數(shù)字輸入TX_EN= 1 TX 模式 TX_ EN= 0 RX模式nRF905的接口

23、電路如圖3.6 所示。12圖 3.6 nRF905 接口電路無(wú)線傳輸模塊圖 3.7無(wú)線傳輸模塊原理圖nRF905模塊的所有管腳都直接與單片機(jī)管腳相連。為了提供更穩(wěn)定的電源， 在電源端并聯(lián)一個(gè)儲(chǔ)能電容C18。3.4顯示電路設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的概述SMS0501E3數(shù)碼筆段型液晶顯示模塊 (LCM)，采用數(shù)碼筆段型液晶顯示器(LCD)，可顯示 5 位數(shù)字及 3 個(gè)小數(shù)點(diǎn)，寬電壓工作范圍，微功耗，高亮發(fā)光管側(cè)背光，與 MCU 單片機(jī)采用二線式串口連接，廣泛應(yīng)用于手持式儀器儀表，智能顯示儀表 12。液晶顯示模塊的主要技術(shù)參數(shù)表 3.4SMS0501E3液晶顯示模塊的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)13顯示容

24、量5 位數(shù)字 +3 個(gè)小數(shù)點(diǎn)模塊工作電壓2.7 5.5V背光源顏色藍(lán)色工作電流300uA(5.0V) 不含背光源工作電壓電流3.0V,<20mA字高12.0mm環(huán)境相對(duì)濕度<85視角6:00工作溫度-20 +70顯示方式半透半反射式正顯示存儲(chǔ)溫度-30 +80接口方式二線式串行接口SMS0501E3液晶顯示模塊的接口電路SMS0501E3液晶顯示模塊的接口電路如圖3.8 所示，各管腳說(shuō)明如下：（ 1）VDD: 電源正極（ 2）DI: 串行數(shù)據(jù)輸入（ 3）CLK: 串行移位脈沖輸入（ 4）VSS: 電源負(fù)極（ 5）VDD: 電源正極（ 6）VDD: 電源正極（ 7）BLK: 背光源負(fù)

25、極圖 3.8 SMS0501E3 液晶顯示模塊的接口電路143.4 4 顯示電路圖 3.9 SMS0501E3 液晶顯示模塊電路通過(guò)三極管 Q4能使單片機(jī)來(lái)控制液晶顯示模塊的背光的亮滅，更加節(jié)能，其中 R17 為三極管基極的限流電阻。在電源端并入儲(chǔ)能電容 C21，能給液晶模塊提供更穩(wěn)定的電源。3.5報(bào)警電路的設(shè)計(jì)該報(bào)警系統(tǒng)主要是由蜂鳴器、三極管和雙色 LED燈構(gòu)成，其設(shè)計(jì)的硬件電路如圖 3.12 所示。圖 3.10報(bào)警系統(tǒng)電路15當(dāng)達(dá)到報(bào)警條件時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，雙色 LED燈轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的顏色。 R5 為三極管 Q1基極的限流電阻。 R4 為雙向發(fā)光二極管 D2的限流電阻。3.6閥門控制電路

26、設(shè)計(jì)閥門控制電路由繼電器、 三極管和穩(wěn)壓二極管組成， 運(yùn)用三極管的開(kāi)關(guān)特性控制繼電器的鏈接方向， 從而控制閥門正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。 繼電器的引腳圖如圖 3.11 所示。圖 3.11繼電器引腳圖閥門控制電路如圖3.12 所示。圖 3.12閥門控制電路雙路繼電器 K1 控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門的關(guān)閉。 R11檢測(cè)電阻來(lái)檢測(cè)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)。二極管 U11，U12 是為了吸收繼電器的剩余能量。 J3 是給電機(jī)一個(gè)獨(dú)立16電源，給電機(jī)一個(gè)更加強(qiáng)勁的電源。3.7其他電路由于各自的工作電壓不太一樣， 在這里采用電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX3232以實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。本電路應(yīng)用了 12V轉(zhuǎn) 5V 芯片 4264 和 5V 轉(zhuǎn) 3.

27、3V 芯片 LM1117。電源轉(zhuǎn)換電路如圖 3.13 。圖 3.13電源轉(zhuǎn)換電路二極管 U3 是為了防止電源的反接， 以保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。 電源芯片 4264 的輸入和輸出端并入電容以達(dá)到濾除電源紋波，提供一個(gè)干凈的5V 電源。電源芯片1117的輸入和輸出端并入電容以達(dá)到濾除電源紋波，提供一個(gè)干凈的3.3V 電源。3.8本章小節(jié)本章主要研究的是硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，基于對(duì)水位傳感器的分析與設(shè)計(jì)，水位測(cè)量方面主要采用的是自制電容傳感器， 從而實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)， 可操作的效果。 當(dāng)水位值低于 0.5m 時(shí)，報(bào)警電路工作，繼電器電路給水工作。當(dāng)水位值達(dá)到距上限 0.5m 時(shí)，報(bào)警電路工作，繼電器電路放水工作。

28、本系統(tǒng)有很高的可靠性與實(shí)用性。本章主要介紹應(yīng)用 PADS Logic 、 PADS Layout 與 PADS Router 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行原理圖與 PCD圖的繪制。 PCD圖如附錄 B 中圖 5.6 所示。174 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)程序的編寫采用 C語(yǔ)言， C 語(yǔ)言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 C語(yǔ)言具有繪圖能力強(qiáng)， 可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力， 因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫。它是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言 13。C 語(yǔ)言具有以下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便。 C語(yǔ)言一共只有 32 個(gè)關(guān)鍵字， 9 種控制語(yǔ)句，程序書寫自由，主要用小寫字母表示。 它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低

29、級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。 C 語(yǔ)言可以象匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、 字節(jié)和地址進(jìn)行操作， 而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。（ 2）運(yùn)算符豐富。 C 的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有種 34 個(gè)運(yùn)算符。 C語(yǔ)言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。 從而使 C的運(yùn)算類型極其豐富表達(dá)式類型多樣化，靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)在其它高級(jí)語(yǔ)言中難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。（ 3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富。 C 的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、 共用體類型等。 能用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算。并引入了指針概念，使程序效率更高。另外 C 語(yǔ)言具有強(qiáng)大的圖形功能， 支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。且計(jì)算

30、功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。（ 4）C是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。 C 語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。（ 5）C 語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。雖然 C 語(yǔ)言也是強(qiáng)類型語(yǔ)言，但它的語(yǔ)法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。（ 6）C語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作。因此既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能， 又具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能， 能夠象匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、 字節(jié)和地址進(jìn)行操作

31、，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可以用來(lái)寫系統(tǒng)軟件。（ 7）C語(yǔ)言程序生成代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低 1020%。（ 8）C語(yǔ)言適用范圍大，可移植性好。18根據(jù)設(shè)計(jì)要求和各個(gè)芯片的工作原理，以及編程的要求需要先畫出它的程序流程圖。下面是程序的流程圖：4.1主電路的軟件設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為一下幾個(gè)部分：水位測(cè)量部分、無(wú)線傳輸部分、數(shù)碼管顯示部分、繼電器閥門控制部分和報(bào)警部分。 主程序的流程圖如圖4.1 所示。開(kāi)始初始化時(shí)鐘 CLK、顯示LCD、蜂鳴器Beep 、報(bào)警燈Light、閥門控制控制 Control函數(shù)TX or RX模式選擇RXTX初

32、始化定時(shí)器 TPM、 555初始化System 函數(shù)TX or RX模式選擇RX接收數(shù)據(jù)TX指示燈水位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換SMS0501 顯示數(shù)據(jù)發(fā)送指示燈是否達(dá)到否報(bào)警界限是報(bào)警控制圖 4.1水位遙測(cè)自控主程序設(shè)計(jì)流程圖194.2水位測(cè)量軟件設(shè)計(jì)水位測(cè)量傳感器接在單片機(jī)PF0 口上，故對(duì) PF0口置 1。再設(shè)置定時(shí)器一的二通道為輸入捕捉模式， 傳感器對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量， 得到的水位值進(jìn)行處理之后保存并傳輸給無(wú)線發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)送。水位子程序流程圖如圖4.2 所示。初始化 NE555測(cè)試電容是否進(jìn)下降沿中斷？是保存當(dāng)次計(jì)數(shù)器值是否進(jìn)下降沿中斷？是獲取第二次計(jì)數(shù)器值求NE555的輸出頻率根據(jù)頻率求傳感器電容否等待否圖 4.2水位測(cè)量子程序設(shè)計(jì)流程圖水位測(cè)試程序如下：void Init_555(void)PTADD_PTADD0=1;VCC_555_CTRL=0;void Init_TPM(void)20TPM