水库控制新版系统资料.doc

摘 要在水资源利用方面，对流量、水质等参数测量很关键，但很多水库资源在高山地域，难以对其进行实时监测。无线通讯技术快速发展和普及，为远程监控系统实现提供了理想平台，所以越来越多水文站把基于无线通讯技术监控系统作为水利系统自动化管理新手段。而伴随水利自动化技术不停发展，水利系统自动化水平逐步提升，各水库全部能经过远程监控系统逐步实现少人、无人监管管理模式，以提升生产效益。本文关键探讨了基于无线通讯模拟水库监测系统设计问题。该系统要求对水库水位，流量等参数进行远程实时监测，能控制阀门开/关，调整水位高度，确保水库安全。设计思绪是在下位端利用单片机将传感器采集水库信息进行处理，将处理好数据经过CC1100无线模块传送到上位机端，在上位机上能够清楚地观察水库实时情况。上位机对信息进行监测分析，并将分析后信息反馈回到下位端，经过单片机控制步进电机正反转，模拟阀门开/关，来控制水库水位和流量，确保水库安全。多年来，本课题在中国外已受到很多关注和研究，而且不停地得到改善，在实际应用中也取到了很好效果，含有很好应用推广价值。关键词：水库；CC1100；单片机；自动化AbstractIn water resources utilization, the measurement of parameters such as the rainfall, flow, water quality,etc. These are very important, but a lot of reservoir resources are in the alpine areas, it is difficult to monitor it in real time. Rapid development and popularization of wireless communication technology, which have offered the ideal platform for realization of the long-range monitoring system, so more and more hydrometric stations regard monitoring system based on wireless communication technology as the systematic automatic management new means of water conservancy. And as the automatic technology of water conservancy is being developed constantly, the automatic level of the water conservancy system is being improved progressively, every reservoir can realize the management mode that few people, nobody supervises gradually through the long-range monitoring system, in order to improve the productivity effect. This text has mainly probed into the design question based on simulation reservoir monitoring system of the wireless communication. This system requires the water level to the reservoir, the flow is monitored when the parameter is carried on long-range and really, can control valve turn on or off，height to regulate water level, security to guarantee reservoir. Mentality of designing to utilize one-chip computer go on, dealing with reservoir information that transducer gather in the next end, it is ones that handle well data until CC1100 convey to modules wireless for location machine, in location can situations real-time to observe reservoir clearly. Go location plane go on, monitor, analyzed to information and information feedback analyze, got back to the next end, control, and walk into electrical machinery to be positive and negative to look around through one-chip computer, simulation valve turn on or off, controlling reservoir water level and flow, guarantee the security of the reservoir. In recent years, subject this pay close attention to the fact and study a very many one already at home and abroad, and is being improved constantly, fetch in practical application to better result, having very good application value to popularize. Key word: Reservoir; CC1100; Monolithic integrated circuit; Automation目 录引言11 绪论11.1 本课题发展现实状况11.2 本课题发展趋势21.3 本课题研究意义和目标31.4 本课题关键研究工作和各章节内容安排32 相关技术和基础理论介绍32.1 CC1100无线模块相关特征42.1.1 CC1100无线模块接口电路42.1.2 CC1100无线模块特征和应用52.2 串口通讯应用62.3 传感器应用82.3.1 水流量传感器应用82.3.2 超声波传感器应用102.4 步进电机控制原理122.5 关键器件和应用132.5.1 AT89S52 单片机132.5.2 TLC549 A/D转换器152.5.3 MAX232 芯片172.5.4 七段数码管182.5.5 LM298芯片183 系统设计193.1 系统要求193.2 系统总体方案204 硬件原理和设计214.1 步进电机控制电路214.2 单片机工作电路224.3 数码管显示电路224.4 电源模块设计234.5 CC1100无线模块及串口通讯电路245 软件设计245.1 程序步骤图245.2 CC1100模块发送和接收部分程序分析266 误差和干扰分析276.1 干扰原因及处理方法276.2 硬件系统设计抗干扰技术287 系统调试307.1 软件调试307.2 硬件调试317.3 整体调试328 结论和展望32谢 辞34参考文件35附 录36引言 水库是中国防洪和蓄水广泛采取工程方法之一。伴随计算机及无线通信技术发展，水库自动监测信息采集、处理及公布已完成手工方法向自动方法转变。经过建设水文站实时监控系统，利用优异无线通讯监控手段对水库信息实施监测。采取CC1100无线网络实时网上传输水文数据，能实现对水库及其隶属建筑物及管理区进行全方面视频监控。长久以来，水文工作者全部是，靠手测、目测搜集水文信息。直接影响到测报精度和结果质量。利用无线监控系统采集数据，不仅可提升正确度，还能够使水文工作者离别传统工作方法。在通常情况下，因为水文站点在地理位置上分布较广或位置较偏僻。而且和监控中心距离较远，利用传统有线连接方法，线路铺设成本高昂，而且施工周期长，同时，因为物理原因如河流山脉等障碍而难以架设线缆。而且水文信息安全防范要求高，采取有线通讯在碰到刮风、暴雨、决口等灾难时，线路一断，水文信息就无法立即传输上去，所以有线传输抗灾性比较差，难以适应高可靠性要求，加之流域地形复杂、偏僻，铺设光纤成本也比较高。相比之下，无线通信布线简单、方便，抗灾性比很好，成本也比较低，可大量节省投资。 本文中提到CC1100水文数据无线监控处理方案可很好地处理上述问题。用户采取无线水库监测系统，无需铺设网络电缆，可快速方便地采集多种需要实时数据资料，建立新无线监控系统或对现有无线监控系统进行扩展，含有很强灵活性和可扩充性。可实现真正意义实时水文信息采集和监控、统一管理。本课题所研究水库监测系统采取了自动控制、计算机网络和无线通讯新技术，含有实时信息自动采集、传输、视频监控、远程数据和图像传输、信息、查询等功效。系统应用了单片机，传感器，CC1100无线模块，步进电机等元器件。可实时监控管理区水库实时参数。该监控系统采取无线传送，传输速度快，系统结构简单。被监控点实时采集数据文件经过无线网络通信线路立即地传输给监控中心，实时动态地汇报被监测点情，立即发觉问题并进行处理，既方便又简捷。并可确保系统在多种恶劣天气情况下，全部能正常运行，满足系统多种信号相互传输正确性。可全方面实现水文信息采集自动化、数字化和网络化。大大提升了水库了安全系数和水资源利用率。1 绪论1.1 本课题发展现实状况 目前，中国水资源短缺已严重影响了经济可连续发展，能够说已经成为社会经济稳定增加瓶颈。水资源时空分布严重不均，人口众多和传统工业经济发展速度较快等原因加剧了缺水问题；严重水污染又使缺水问题日益突出，伴随流域内经济快速增加和人口增加，水资源供需矛盾将越发急剧。所以，充足利用水资源，防治水污染已成当务之急！在大力加强节水、保护水质，实现水资源可连续利用前提下，怎样提升现有水资源管理水平就显得尤为关键，是一直困扰我们难题。在很多偏远山区或河流峡道口，全部建立了各型水库，它们作用毋庸置疑。经过水库作用，能够充足合理地利用水资源。有了水库蓄水功效，我们就能够充足地将水能转化为所需能源，对社会经济发展有着很深远影响。但福兮祸所依，水库同时存在很严重隐患。如若控制不妥，其结果必造成巨大灾难。所以，在大力加强节水、保护水质，实现水资源可连续利用前提下，怎样提升现有水库管理水平就显得尤为关键。长久以来，水文工作者全部是靠手测、目测搜集水文信息。直接影响到测报精度和结果质量。利用无线监控系统采集数据，不仅可提升正确度，还能够使水文工作者离别传统工作方法。在通常情况下，因为水文站点在地理位置上分布较广或位置较偏僻。而且和监控中心距离较远，利用传统有线连接方法，线路铺设成本高昂，而且施工周期长，同时，因为物理原因如河流山脉等障碍而难以架设线缆。而且水文信息安全防范要求高，采取有线通讯在碰到刮风、暴雨、决口等灾难时，线路一断，水文信息就无法立即传输上去，所以有线传输抗灾性比较差，难以适应高可靠性要求，加之流域地形复杂、偏僻，铺设光纤成本也比较高。 1.2 本课题发展趋势CC1100模块无线通讯性能很好，能够高效稳定地完成信息传输任务，而且操作简单，能克服复杂环境，传送数据不轻易受到外界干扰，使得上位机能接收到水库完整信息，以对其进行正确地监测分析。伴随中国社会经济快速发展，对水资源需求越来越大，换言之，水库关键性越来越显著，对水库管理力度必需加大。中国山区多，极易发生自然灾难，合理地控制水库参数，能够降低很多损失。本课题所研究模拟水库监测系统采取是无线远程监测，它实用性很强，能有效地监测建在偏远山区人力难至水库实时参数，而且在原设备老化情况下，能够轻松地进行更新和扩展，省却了大量人力物力，工作效率也大大提升。在要求全球自动一体化现代社会，它是相当有研究价值。所以，该系统有着很大发展潜力，基于无线通讯水库监测系统定会得到很广泛应用。1.3 本课题研究意义和目标在通常情况下，因为水库在地理位置上分布较高或位置较偏僻。而且和监控中心距离较远，利用传统有线连接方法，线路铺设成本高昂，而且施工周期长，同时，因为物理原因如河流山脉等障碍而难以架设线缆。长久以来，水文工作者全部是靠手测、目测搜集水库水文信息，直接影响到测报精度和结果质量。利用模拟水库无线监控测系统采集数据，不仅可提升正确度，还能够使水文工作者离别传统工作方法。而且水文信息安全防范要求高，采取有线通讯在碰到刮风、暴雨、决口等灾难时，线路一断，水文信息就无法立即传输上去，所以有线传输抗灾性比较差，难以适应高可靠性要求，加之水库区域地形复杂、偏僻，铺设光纤成本也比较高。相比之下，无线通信布线简单、方便，抗灾性比很好，成本也比较低，可大量节省投资。 用户采取无线监控处理方案，可快速方便地在采集水库多种需要实时数据，而且能够对现有无线监控系统进行扩展升级，含有很强灵活性和可扩充性。可实现真正意义实时水文信息采集和监控、统一管理。 本课题中，利用自动控制、计算机网络和无线通讯新技术来组成无线监测系统，采取CC1100无线模块来进行无线传送，含有实时信息自动采集、传输、无线监控、远程数据和图像传输、信息、查询等功效，可实时监控管理区水库情况。该系统信息传输速度快，结构简单，全方面实现了水文监测自动化。1.4 本课题关键研究工作和各章节内容安排 本课题关键研究怎样设计模拟水库监测系统问题。因为关键在于数据无线通讯传输上，所以必需对CC1100模块等硬件特征要有一定研究，要设计好功效实现过程，实际上，整个课题难点就在于调试上。各章内容安排：第一二章两章关键是基础理论知识介绍。关键有本课题研究意义、模拟水库监测系统相关理论知识和简明分析了一下所用到芯片相关理论及应用；第三章关键从总体方面分析系统设计思绪和用到相关原理；第四章是此次系统设计硬件电路设计部分，具体分析了每一模块原理、功效、相关原理图和元件和参数选择；第五章叙述了系统软件部分，介绍了各模块软件编译步骤图，并对部分程序进行了分析；第六章和第七章关键讲述了系统干扰和调试情况；最终是关键是总结和参考文件及附录，在附录中介绍采集部分程序，CC1100无线模块通讯代码, 步进电机控制程序,串口通讯程序及上位机VC监测界面编译程序。2 相关技术和基础理论介绍2.1 CC1100无线模块相关特征 图2.1 CC1100无线模块轮廓图2.1.1 CC1100无线模块接口电路图2.2 CC1100无线模块接口电路图CC1100 单片无线收发器工作在433/868/915MHZ ISM 频段由一个完全集成频率调制器一个带解调器接收器一个功率放大器一个晶体震荡器和一个调整器组成。工作特点是自动产生前导码 和 CRC 能够很轻易经过SPI 接口进行编程配置，电流消耗低。 表2.1 CC1100接口电路引脚特征引脚编号 引脚名 引脚类型 描述 1,2 VCC 电源输入 1.9V-3.6V之间 3 SI 数字输入 连续配置接口，数据输入 4 SCLK 数字输入 连续配置接口，时钟输入 5 SO(GD01) 数字输出 连续配置接口，数据输出 当CSn为高时为可选通常输出脚 6 GDO2 数字输出 通常见途数字输出脚：测试信号，FIFO状态信号，时钟输出，从XOSC向下分割连续输入TX数据 7 CSn 数字输入 连续配置接口，芯片选择 8 GDO0 通常见途数字输出脚：􀀀测试信号􀀀FIFO状态信号􀀀时钟输出，从OSC向下分割􀀀连续输入TX数据9,10 GND 地(模拟) 模拟接地 2.1.2 CC1100无线模块特征和应用(1) CC1100无线模块特征 VCC脚接电压范围为 1.9V-3.6V之间，不能在这个区间之外，超出3.6V将会烧毁模块。推荐电压3.3V左右。 除电源VCC和接地端，其它脚全部能够直接和一般5V单片机IO口直接相连，无需电平转换。当然对3V左右单片机愈加适用了。 硬件上面没有SPI单片机也能够控制本模块，用一般单片机IO口模拟SPI不需要单片机真正串口介入，只需要一般单片机IO口就能够了，当然用串口也能够了。 9脚，10脚为接地脚,需要和母板逻辑地连接起来 排针间距为100mil,标准DIP插针，假如需要其它封装接口，比如密脚插针，或其它形式接口，能够联络我们定做。 和52系列单片机P0口连接时候，需要加10K上拉电阻,和其它口连接不需要.其它系列单片机，假如是5V，请参考该系列单片机IO口；输出电流大小，假如超出10mA，需要串联电阻分压，不然轻易烧毁模块! 假如是3.3V，能够直接和CC1100模块IO口线连接。(2) CC1100模块应用 在本系统中，采取CC1100无线模块工作电压是3.3V,频率波段为300-348 MHz、400-464 MHz和800-928 MHz，有很高灵敏度（1.2kbps，1数据包误差率），可编程控制数据传输率可达500kbps，有较低电流消耗（RX中15.6mA，2.4kbps，433MHz），有可编程控制输出功率，其全部支持频率可达+10dBm，有优异接收器选择性和模块化性能。 CC1100无线模块中有极少外部元件：芯片内频率合成器，不需要外部滤波器或RF转换，可编程控制基带调制解调器；有理想多路操作特征，有可控数据包处理硬件，可快速频率变动合成器带来适宜频率跳跃系统，有可选带交错前向误差校正，有单独64字节RX和TX数据FIFO高效SPI接口：全部寄存器能用一个“突发”转换器控制，有数字RSSI输出和遵照EN 300 220(欧洲)和FCC CFR47 Part 15 标准系统相配，还有自动低功率RX拉电路电磁波激活功效，并拥有很多强大数字特征，使得使用廉价微控制器就能得到高性能RF系统。 CC1100无线模块还包含集成模拟温度传感器，及能自由引导绿色数据包，能对数据包导向系统灵活支持：对同时词汇侦测芯片支持，地址检验，灵活数据包长度及自动CRC处理。还有可编程信道滤波带宽OOK和灵活ASK整型支持2-FSK，GFSK和MSK支持自动频率赔偿，可用来调整频率合成器到接收中间频率对数据可选自动白化处理；对现存通信协议向后兼容异步透明接收/传输模式支持可编程载波感应指示器 ，可编程前导质量指示器及在随机噪声下改善针对同时词汇侦测保护，支持传输前自动清理信道访问（CCA），即载波侦听系统 ，支持每个数据包连接质量指示。 CC1100无线模块是一个低成本真正单片UHF收发器，为低功耗无线应用而设计。电路关键设定为在315、433、868和915MHzISM和SRD（短距离设备）频率波段，也能够轻易地设置为300-348 MHz、400-464 MHz和800-928 MHz其它频率。RF收发器集成了一个高度可配置调制解调器。这个调制解调器支持不一样调制格式，其数据传输率可达500kbps。经过开启集成在调制解调器上前向误差校正选项，能使性能得到提升。 CC1100无线模块为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清楚信道评定、连接质量指示和电磁波激发提供广泛硬件支持。CC1100关键操作参数和64位传输/接收FIFO（优异先出堆栈）可经过SPI接口控制。本课题经过试验验证，系统中使用CC1100无线模块功效距离大约1.2公里，只要再对其进行部分技术上改善，能够确定地说，在以后对水库无线远程监控应用中，它会起到很大作用。2.2 串口通讯应用串行通信是指数据各位是一位一位得按次序传送通讯方法。它突出优点是只需要一根传输线，甚至能够利用电话线作为传输线，这么就大大降低了传输成本，尤其使用于远距离通讯。其缺点是传送速度较低。假如并行传送N位数据所需要时间为T，那么串行传送时间最少为NT，而实际上总是大于NT。(1) 串行通讯两种基础方法围绕着当两个设备进行串行通讯时，怎样才能确保接收机接收到正确字符这个问题，通常采取通讯双方全部认可两种传送方法（即通信方法）。 异步传送方法在异步传送方法中，字符是按帧格式进行发送。在帧格式中，先是一个起始位“0”，然后是5至8位数据。异步传送方法要求低位在前，高位在后；接下来是奇偶校验位（可略）；最终一位是停止位“1”。异步通信帧格式图2.3所表示。n-1 第N个字符（一串行帧） n+1 P 10D0D1D2D3D4D5D6D7P10D0 起始位 数 据 位 校验位 停止位 图2.3 异步通信帧格式这种传送方法利用每一顿起、止信号来建立发送和接收之间同时。其特点是：每一帧内部各位均采取固定时间间隔，但帧和帧之间时间间隔是随机。接收机完全靠每一个帧起始位和停止位来识别字符传送是正在进行还是已经结束，或是一个新字符。这也就是“异步”涵义所在。必需指出，在异步传送时，同时时钟脉冲并不传送到接收方，即双方各用自己时钟源来控制发送和接收。本系统中所用到串口通讯程序，就是采取了异步传送方法。 同时传送方法同时传送方法是一个连续传送方法，它无须像异步传送方法那样要在每个字符全部加上起止位，而是在要传送数据块前加上同时字符SYN，而且数据没有间隙，图2.4所表示，使用同时传送方法，能够实现高速度，大容量数据传送。开始 终止同时字符同时字符数据段CRC字符1CRC字符2图2.4 串行通讯同时传送方法在同时传送中，为了确保接收正确无误，发送方除了传送数据外，还要将时钟信号同时传送。在串行通讯中有一个关键指标叫做波特率。它定义为每秒钟传送二进制数码位数，以位/秒作为单位。波特率反应了串行通讯速率，也反应了对传输通道要求，波特率越高，要求传输通道频带就越宽。在异步通讯中，波特率为每秒传送字符数和每个字符位数乘积。(2) 串行口工作方法串行口控制寄存器SCON格式以下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON图2.5串行口控制寄存器SCON格式SM0，SM1为串行口工作方法选择位。可选择四种工作方法，如表2.2所表示。表中f为单片机时钟频率。 表2.2 串行口工作方法选择 SM0SM1方 式功 能波特率000同时移位寄存器 f/1201110位异步收发 可变10211位异步收发 F/64或 f/321 1311位异步收发可变因为本设计中只用到方法1，故在此具体介绍工作方法1。在方法1状态下，串行口为8位异步通信接口。一帧信息位10位：1位起始位（0），八位数据位（低位在前）和1位停止位（1）。TXD位发送端，RXD为接收端，波特率可变。 发送 串行口以方法1发送时，数据由TXD端输出，CPU实施一条写入SBUF指令后，便开启串行口发送，发送完一帧信息时，将发送中止标志TI置1。方法1发送时定时信号，即发送移位脉冲，是由定时器1送来溢出信号经过16或32分频（取决于SMOD值）而取得，所以其波特率是可变。 接收 方法1接收是在REN位置1前提下，从搜索到起始位而开始，在无信号时，RXD线状态为1，当检测到存在由1到0改变时，即认为收到个字符起始位，接收过程随即开始，在接收移位脉冲控制下，把接收到数据一位一位地移入接收寄存器，直到9位数据（包含1位停止位）全部收齐。在9位数据收齐以后，还必需同时满足以下两个条件，这次接收才能被真正确定：RI=0；SM2=0或接收到地停止位为1。当满足这两个条件时，便将接收移位寄存器中8位数据存入串行口数据缓存器SBUF，收到停止位则进入RB8,并使接收中止标志RI置1。若这两个条件不满足，则所接收数据无效，串行口接着又开始寻求下一个起始位，准备接收下一帧数据。2.3 传感器应用2.3.1 水流量传感器应用(1) 流量传感器基础特征流量范围是130L/MIN，工作电压范围是3.524VDC，脉冲特征F（8.5Q3）（Q=L/MIN）,误差为5%，该水流量传感器和相关电路配合可监测实时流量或计算累计流量，输出信号为脉冲信号。图2.6 流量传感器轮廓图该水流量传感器是利用霍尔元件霍尔效应来测量磁性物理量。在霍尔元件正极串入负载电阻，同时通上5V直流电压并使电流方向和磁场方向正交。当水经过涡轮开关壳推进磁性转子转动时，产生不一样磁极旋转磁场，切割磁感应线，产生高低脉冲电平。因为霍尔元件输出脉冲信号频率和磁性转子转速成正比，转子转速又和水流量成正比。其脉冲信号频率经验公式见式 (1)。 f=8.1q-3 (1)式中：f脉冲信号频率，H2;q水流量，Lmin由水流量传感器反馈信号经过控制器判定水流量值。(2) 水流量传感器结构 水流量传感器关键由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。它装在模拟水库中，用来测量水流量。当水流过转子组件时，磁性转子转动，而且转速伴随流量成线性改变。霍尔元件输出对应脉冲信号反馈给控制器，由控制器判定水流量大小，调整控制百分比阀电流。水流量传感器从根本上处理了压差式水气联动阀开启水压高和翻板式水阀易误动作等缺点。它含有反应灵敏、安全可靠、连接方便利开启流量超低(1.5Lmin)等优点。水流转子组件关键由涡轮开关壳、磁性转子、制动环组成。使用水流开关方法时，其性能优于机械式压差盘结构，且尺寸显著缩小。当水流经过涡轮开关壳，推进磁性子旋转，不一样磁极靠近霍尔元件时霍尔元件导通，离开时霍尔元件断开。(3) 水流量传感器工作原理 在本系统中，利用水流量传感器特征，设计了一个小型模拟水库。用通常见于给金鱼供氧小型抽水换氧机作为抽水机，抽动水流运动，使水流经过水流量传感器涡轮，水流量传感器开始采集数据.经过调整连接在抽水机和水流量传感器间导水管高度来调整水流量大小；下位端数码管显示所测水流量值。测得流量值相当好，能够正确到毫秒，误差几乎能够忽略不计。2.3.2 超声波传感器应用 图2.7 超声波传感器本系统设计中，使用了一对超声波传感器，配置对应电路，来实现对模拟水库水位测量。(1) 超声波传感器包含发送和接收两部分，电路图介绍以下： 图2.8 超声波发送电路由三个NPN三极管组成差动放大电路，其放大倍数由电阻R7，R8和R9等电阻决定，所采集信号波从J6口输入，经由NPN管级数放大，在消除共模干扰后，从J6口发送出去。 图2.9 超声波接收电路超声波换接收电路所接收到从发送端传来微弱信号，要经过LM358芯片进行放大，使得所采集信号足够大，然后经过J2口送到单片机上，信号经AT89S52单片机处理后，由数码管显示出来。 (2) 超声波接收和处理 接收头采取和发射头配正确UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器放大后，作为中止请求信号，送至单片机处理。(3) 测试中所碰到干扰信号超声波测量水位时，需要测是开始发射到接收到信号时间差，需要检测有效信号为反射物反射回波信号，故要尽可能避免检测到余波信号，这就要求对接收头收到波束进行处理，这也是超声波检测中存在最小测量盲区关键原因。在软件中处理方法就是，当反射头发出脉冲，计时器同时开始记时。我们在记时器开始记时后再开启检测回波信号，能够消除余波信号干扰，等候时间能够为1MS左右，更正确等候时间能够大大地降低最小测量盲区。2.4 步进电机控制原理(1) 步进电机概念步进电机是一个将电脉冲转化为角位移实施机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定方向转动一个固定角度(称为“步距角”)，它旋转是以固定角度一步一步运行。能够经过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达成正确定位目标；同时能够经过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度，从而达成调速目标。步进电机能够作为一个控制用特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)特点，广泛应用于多种开环控制。(2) 步进电机部分特点： 通常步进电机精度为步进角3-5%,且不累积; 步进电机外表许可最高温度。步进电机温度过高首先会使电机磁性材料退磁，从而造成力矩下降乃至于失步，所以电机外表许可最高温度应取决于不一样电机磁性材料退磁点。 步进电机力矩会随转速升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它作用下，电机随频率（或速度）增大而相电流减小，从而造成力矩下降。 步进电机低速时能够正常运转,但若高于一定速度就无法开启,并伴有啸叫声。 (3) 步进电机控制原理 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，所以很适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。 步进电机区分于其它控制电机最大特点是，它是经过输入脉冲信号来进行控制，即电机总转动角度由输入脉冲数决定，而电机转速由脉冲信号频率决定。 步进电机驱动电路依据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基础原理作用以下： 通电换相这一过程称为脉冲分配。比如：三相步进电机三拍工作方法，其各相通电次序为A-B-CD,通电控制脉冲必需严格根据这一次序分别控制A,B,C，D相通断。 控制步进电机转向。假如给定工作方法正序换相通电，步进电机正转，假如按反序通电换相，则电机就反转。 控制步进电机速度 假如给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出脉冲频率，就能够对步进电机进行调速。但脉冲形式电机控制，使控制端轻易受到干扰，所以必需在电机驱动电路中加入光耦电路来降低干扰。电机正反转是由单片机来控制。当单片机一个口发出1或0时候来决定正反转，也能够两个口来决定。电机开启我们选择用LM298。本文中，关键应用到步进电机换相功效，经过单片机控制步进电机正反转动，来模拟实现阀门开/关。2.5 关键器件和应用2.5.1 AT89S52 单片机图2.10 AT89S52单片机AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)可反复擦写1000次Flash只读程序存放器，器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存放单元，功效强大微型计算机AT89S52可为很多嵌入式控制应用系统提供高性价比处理方案。 AT89S52含有以下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存放器，256 bytes随机存取数据存放器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中止优先级2层中止嵌套中止，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。另外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可经过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口和外中止系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保留RAM数据，停止芯片其它功效直至外中止激活或硬件复位。使用Atmel 企业高密度非易失性存放器技术制造，和工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash许可程序存放器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。表2.3 关键功效特征 兼容MCS-51指令系统 8k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中止口线 256x8bit内部RAM 2个外部中止源 低功耗空闲和省电模式 中止唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功效 灵活ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针AT89S52含有以下标准功效：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中止结构，全双工串行口，片内晶振立即钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作,许可RAM、定时器/计数器、串口、中止继续工作。掉电保护方法下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中止或硬件复位为止。 P0 口：P0口是一个8位漏极开路双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入.当访问外部程序和数据存放器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0含有内部上拉电阻。在fl