作。

系统设计思路水位遥测自控系统设计方案的选择主要包括两方面水位测量方案的选择和远程数据传输方案的选择。

水位测量方案方案压力传感器压力传感器测量水位原理不同的水位产生净水压强是不同的，测量出水压，就可以计算出水位值。

般选择输出信号为。

水质对采集精度的影响投入压力传感器是通过测量水的静压力来间接的测量水位，其基准是以净水压力来核算的，在多泥沙的水质中，必须考虑水质对水位值的影响，般要根据实际情况设定个水质系数进行弥补。

实际水位值测量水位值水质系数水质系数小于等于方案电容传感器运用两根端封闭的导线，将距离固定制作成简单的平行板电容器即电容传感器。

水位的变化直接影响导线间的介质多少变化，从而引起电容值的变化。

般，电容的计算公式如式。

平行板电容器的电容理论和实验表明，平行板电容器的电容跟介电常数ε成正比，跟正对面积成反比，跟极板间的距离成反比，有式。

ε式中为静电力常量，介电常数ε由两极板之间介质决定，圆周率。

方案与方案比较般工农业上进行水位测试的装置多采用方案的压力传感器，然而对于本次的设计，方案的电容传感器相比之下更经济，可操作性更强，更能达到现场模拟的目的，因此传感器采用方案。

为提高水位测量的精度，般要对数据进行滤波，水位测量装置常用的滤波算法有取平均值同时采集多个值，取其平均值作为实际的数据。

阶滞后滤波法般取。

本次滤波结果本次采样值上次滤波结果远程数据传输方案方案无线短信芯片无线短信模块是由北京捷麦公司推出的，该模块采用全组装，工艺先进可靠性高，工作电压范围为。

其内置的德国西门子公司模块使得模块操作简单，无须学习复杂的模块指令集。

的串口具有和半双工三种形式，标准配置为。

采用模块与单片机构成的系统通过单片机的并行口可以很方便的实现水位的显示功能。

现有的网络在全国范围内实现了联网和漫游，采用模块时，就可以通过种无线通信的方式以实现远程终端监控和报警的功能。

方案无线收发器无线收发器工作在的频段，由个完全集成的频率调制器，个带解调器的接收器，个功率放大器，个晶体震荡器和个调节器组成，可以通过种无线通信的方式实现远程终端监控和报警的功能。

单片的可以实现无线接收和发送功能，它具有低功耗模式，工作电源电压范围。

无线收发器用户无需另外组网，为客户节省了昂贵的建网费用和维护费用。

方案与方案比较方案的模块受到网络信号的限制，对于些信号强度较弱的区域，同时受到通信协议等各方面因素的限制，无法保证正常工作。

方案的模块更方便应用于本次设计，因此本设计无线传输方案选择方案。

水位遥测自控装置硬件设计根据设计要求，采用单片机为核心的智能控制器系统的硬件接口电路包括控制器实时时钟接口电路水位测量电路无线传输接口电路报警电路显示接口电路以及继电器输出接口电路等。

其中为核心控制器件，水位测量运用电容传感器及频率计算器组成，无线传输运用模块，数码管为显示器件，继电器为控制器件。

下面将对各个电路与其核心器件的工作原理做详细介绍。

单片机的概述本设计利用的是单片机，它是个低成本高性能位微处理器单元家族中的成员。

家族中所有的使用增强型核，且使用不同的模块，存储大小，存储器类型和封装类型。

本设计所使用的为引脚的低轮廓四方扁平封装如图。

图脚封装图单片机功能描述单片机引脚图如图所示。

图引脚图单片机具有位中央处理单元，的的中央处理单元，的内部总线频率。

指令子集增加了指令，单线后台调试模式接口，允许单的断点设置在线调试在片内调试模块加了多于两个的断点，在线仿真带有两个比较器在中要加，个触发模式以及片内总线捕获缓冲区。

水位遥测单片机接口电路设计单片机接口电路如图所示。

图单片机接口电路单片机的各口接线简介连接定时器控制信号。

连接定时器的输出信号。

连接显示模块的时钟信号，连接显示模块的数据输入端口，连接显示模块的背光控制。

，分别连接双路继电器来控制阀门的正转与反转。

分别与无线收发模块的各引脚相连。

水位测量电路的设计水位测量电路由简单的电容传感器和定时器构成。

工作原理当水位变化时，电容传感器的电容值发生变化，电容传感器的电容变化输入定时器电路，输出相应的频率。

电容传感器的电容值与输出频率值的转换关系如式。

水位测量电路图水位测量电路原理图通过三极管来控制的电源供给，使单片机能自由控制其频率的输出，更有利于对频率的测量和系统的稳定性控制。

其中为三极管基极的限流电阻。

为了尽量的减小输入干扰及其保护，则在输入端串接电容和。

无线传输模块的设计工作原理是单片工作在频段的无线收发器，由个完全集成的频率调制器，个带解调器的接收器，个功率放大器，个晶体振荡器和个调节器组成。

工作模式的特点是自动产生前导液晶初始化单片机通过接口写写显示的第位是否写完成写显示的第二位是否写完成写显示的第三位是否写完成写显示的第四位是否写完成写显示的第五位是否写完成是是是是是等待否否否否否图数码管显示子程序无线数据传输软件设计共有四种工作模式，其中有两种活动模式和两种节电模式。

活动模式和，节电模式掉电和编程，和编程。

工作模式由的设置来设定如表所示。

表工作模式设定收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速发射，这样可以尽量节能，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。

与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处尽量节能低的系统费用低速微处理器也能进行高速射频发射数据在空中停留时间短，抗干扰性高。

技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。

在收发模式下，自动处理字头和校验码。

在接收数据时，自动把字头和校验码移去。

在发送数据时，自动加上字头和校验码，当发送过程完成后，引脚通知微处理器数据发射完毕。

发送流程典型的发送流程分以下几步当微控制器有数据要发送时，通过接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给，接口的速率在通信协议和器件配置时确定微控制器置高和，激发发送模式的发送射频寄存器自动开启，数据打包加字头和校验码，发送数据包，当数据发送完成，数据准备好引脚被置高被置高，不断重发，直到被置低当被置低，发送过程完成，自动进入空闲模式。

注意工作模式保证，旦发送数据的过程开始，无论和引脚是高或低，发送过程都会被处理完。

只有在前个数据包被发送工作模式掉电和编程和编程完毕，才能接受下个发送数据包。

无线发送流程图如图所示，程序见附录。

模式为高为高为低通过接口写入要发送的数据是否为高数据发送发送数据包发送完成置高是否为高自动重发是否为高前导信号完成后置低是是是否否否图无线发送流程图接收流程当为高为低时，进入接收模式后，不断监测，等待接收数据当检测到同频段的载波时，载波检测引脚被置高当接收到个相匹配的地址，引脚被置高当个正确的数据包接收完毕，自动移去字头地址和校验位，然后把引脚置高微控制器把置低，进入空闲模式微控制器通过口，以定的速率把数据移到微控制器内当所有的数据接收完毕，把引脚和引脚置低此时可以进入接收模式发送模式或关机模式。

当正在接收个数据包时，或引脚的状态发生改变，立即把其工作模式改变，数据包则丢失。

当微处理器接到引脚的信号之后，其就知道正在接收数据包，其可以决定是让继续接收该数据包还是进入另个工作模式。

无线接收流程图如图所示，程序见附录。

模式为低为高是否为高接收启动等待载波检测置高是地址是否正确置高数据接收校验成功置低是否否置高是否为高是是模式否通过接口读取数据和置低否图无线接收流程图节能模式的节能模式包括关机模式和节能模式。

在关机模式，的工作电流最小，般为。

进入关机模式后，保持配置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。

空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。

在空闲模式下，内部的部分晶体振荡器处于工作状态。

本章小结本章主要利用在软件对系统进行设计，而程序的编写采用语言，它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。

它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。

因此，它的应用范围广泛。

对操作系统和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用语言明显优于其它解释型高级语言，有些大型应用软件也是用语言编写的。

主电路的软件进行水位的读取，得到值转换为水位值，并且不断的进行检测，将测得的值送至无线发送端进行发送，无线接收端接收到水位信息后，单片机控制数码管进行显示。

当水位值低于时，报警电路工作，继电器电路给水工作。

当水位值达到距上限时，报警电路工作，继电器电路放水工作。

实物结果分析水位遥测系统各部分实物图片展示见附录。

经过实验测试，实物装置能够实现水位的测试，无线发送接收，水位显示，控制和报警的功能。

但是水位遥测自控装置的水位测试和无线传输存在定的误差。

实验测得，开发板的水位测试的精确度达到，分析造成误差的原因有自制电容传感器，平行导线的间距不是很精确地平行，存在导线间距上的误差，导致线性关系公式上有定的误差。

水温影响电容的值。

电容的许多参数与温度密切相关，电容的损耗角正切值是随温度的生高而增加的。

般情况下，电容的绝缘电阻随温度的生该而降低，绝缘电阻的降低又将导致电容的漏电流增大，电容的电容量随温度的变化而变化。

湿度影响电容间介质的介电常数，从而影响电容传感器的值。

无线传输的距离受到许多因素的限制，在空旷的地区，电磁干扰比较小的情况下传输距离能达到，无线传输还受到天线的接收信号的性能的影响。

全文总结本次设计完成了设计的要求，包括水位的测量远程传输及显示，以及通过程序设定在低于的水位的时候，通过控制继电器停继续上水以及在达到距上限时，继电器控制阀门进行放水并报警。

在这个过程中遇到了芯片的选择问题程序问题，比如水位测量传感器的选择，压力传感器价格昂贵，不宜仿真操作，所以后来采用了简单的自制电容传感器，