1、设计需求及目标
测量液位高度并显示，设置液位范围，超过液位范围报警，自动控制液位。
2、设计思路
用单片机做水位控制这个设计核心是传感器，将信号传送到单片机，单片机再将信号输出给电机，来完成设计的要求工作。 主要分三块：单片机本身一块；超声波传感器；电机控制一块。
3、设计方案
当水位低时，起动水泵给水，水位上升到水位上限时，停止供水。当水箱水位低于水位下限时，起动水泵。 报警控制如下： 当水位高与水位上限的时候，由传感器发送信号给单片机，单片机控制水泵停止运作，系统水位高报警。当水位低于水位下限的时候，由传感器发送信号，单片机控制水泵开始运作，系统水位低报警。 硬件电路如图所示。
4、程序主函数
#include <reg51.h>
#include <intrins.h> // 包含循环移位:_cror_
#include "main.h"
//----------------------------------------------------------------------
uchar code TabNumASCII[10] = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'};
bool g_flag = isNo; //用于标记超时（65.536ms）
bool g_flag05s = isNo; //用于标记0.52秒
uchar ucCount = 0; //用于计数0.52秒
uint uiH = 80; //设定的最高报警水位 H
uint uiL = 30; //设定的最低报警水位 L
uint uiD = 100; //检测探头到水库底部的距离 D
bool g_flagSwitch = isNo; //控制阀门连续开启间隔延时(保护)标志
bool g_flagBeepTimer = isNo; //定时提醒标志
//-----------------------------------------------------------------------
// 延时10us
void delay10us(void) //@12MHz
{
unsigned char i;
_nop_();
i = 2;
while (--i);
}
// 延时100us
void delay100us(void) //@12MHz
{
uchar i;
_nop_();
i = 47;
while (--i);
}
// 延时125us
void delay125us(void) //@12MHz
{
unsigned char i;
i = 60;
while (--i);
}
// 延时5ms
void delay5ms(void) //@12.000MHz
{
unsigned char i, j;
i = 10;
j = 183;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
// 延时500ms
void delay500ms(void) //@12MHz
{
unsigned char i, j, k;
_nop_();
i = 4;
j = 205;
k = 187;
do
{
do
{
while (--k);
} while (--j);
} while (--i);
}
//-----------------------------------------------------------------------
//初始化IO端口
void initIO(void)
{
P0 = 0xff;
P1 = 0xff;
P2 = 0xff;
P3 = 0xff;
}
// 初始化定时器0，定时器时钟12T模式 模式1，16位 @12.000MHz
void initTimer0(void)
{
TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式
TMOD |= 0x01; //设置定时器模式
TL0 = 0; //定时器初值清零
TH0 = 0; //定时器初值清零
//TR0 = 1; //开定时器0
ET0 = 1; //开定时器0中断
EA = 1; //开总中断
}
// 初始化定时器1，定时器时钟12T模式 模式1，16位 @12.000MHz
void initTimer1(void) //50毫秒@12.000MHz
{
TMOD &= 0x0F; //设置定时器模式
TMOD |= 0x10; //设置定时器模式
TL1 = 0xB0; //设置定时初值
TH1 = 0x3C; //设置定时初值
TR1 = 1; //定时器1开始计时
ET1 = 1; //开定时器0中断
}
//-----------------------------------------------------------------------
//定时器0中断
void zd0(void) interrupt 1
{
g_flag = isYes; //中断溢出标志,g_flag = isYes超过测距范围
if(++ucCount >= 8)
{
ucCount = 0;
g_flag05s = isYes; //g_flag05s = isYes定时0.52秒到，用于测量周期延时
}
TL0 = 0; //设置定时初值
TH0 = 0; //设置定时初值
}
//定时器1中断 定时50ms
void tm1_isr() interrupt 3 using 1
{
static uchar count = DATA_switchTime; //50ms的200倍 = 10S
static uchar uiCount = 1200; // = 1分钟
static uint uiCount_BeepTimer = DATA_BeepTimer;
TL1 = 0xB0; //设置定时初值
TH1 = 0x3C; //设置定时初值
if (g_flagSwitch == isNo)
{
if (count-- == 0) //50ms * 200 -> 10s
{
count = DATA_switchTime;
g_flagSwitch = isYes;
// TR1 = 0;
}
}
if(g_flagBeepTimer == isNo)
{
if (uiCount-- == 0) //= 1分钟
{
uiCount = 1200;
if(uiCount_BeepTimer-- == 0)
{
uiCount_BeepTimer = DATA_BeepTimer;
g_flagBeepTimer = isYes;
// TR1 = 0;
}
}
}
}
//-----------------------------------------------
//外部中断1
void exint1() interrupt 2
{
EX1 = 0; //关闭当前中断
TR0 = 0; //关闭时器0
}
//-----------------------------------------------------------------------
//读LCD忙状态并等待忙状态结束
void LCD_waitNotBusy(void)
{
IO_LCD_Data = 0xFF;
io_LCD_RS = 0;
io_LCD_RW = 1;
io_LCD_E = 0;
_nop_();
_nop_();
io_LCD_E = 1;
while(IO_LCD_Data & 0x80); //检测如果是忙信号，一直等到不忙
}
//给LCD写指令
void LCDWriteCommand(uchar command,bool ifReadBusy) //ifReadBusy = 1 时先进行忙检测
{
if (ifReadBusy == isReadBusy) LCD_waitNotBusy(); //根据需要检测忙
IO_LCD_Data = command;
io_LCD_RS = 0;
io_LCD_RW = 0;
io_LCD_E = 0;
_nop_();
_nop_();
io_LCD_E = 1;
}
//给LCD写数据
void LCDWriteData(uchar dat)
{
LCD_waitNotBusy(); //等到不忙
IO_LCD_Data = dat;
io_LCD_RS = 1;
io_LCD_RW = 0;
io_LCD_E = 0;
_nop_();
_nop_();
io_LCD_E = 1;
}
// 初始化LCD1602液晶显示屏
void initLCD1602(void)
{
uchar i;
IO_LCD_Data = 0; // 数据端口清零
for(i = 0; i < 3; i++) // 设置三次显示模式
{
LCDWriteCommand(0x38,isNotReadBusy); // 不检测忙信号
delay5ms();
}
LCDWriteCommand(0x38,isReadBusy); // 设置显示模式,检测忙信号
LCDWriteCommand(0x08,isReadBusy); // 关闭显示
LCDWriteCommand(0x01,isReadBusy); // 显示清屏
LCDWriteCommand(0x06,isReadBusy); // 显示光标移动设置
LCDWriteCommand(0x0F,isReadBusy); // 显示开及光标设置
}
//按指定位置显示一个字符
void putOneCharToLCD1602(uchar line, uchar position, uchar ucData)
{
line &= DATA_LineMax;
position &= DATA_PositionMax;
if (line == DATA_LineTow) position |= 0x40; //当要显示第二行时地址码+0x40;
position |= 0x80; //设置两行显示格式 D7 = 1；
LCDWriteCommand(position, isReadBusy); //发送命令 设置字符地址
LCDWriteData(ucData); //写入字符的数据
}
//按指定位置显示一串字符
void putLineCharsToLCD1602(uchar line, uchar position, uchar count, uchar code *ucData)
{
uchar i;
for(i = 0; i < count; i++) //连续显示单个字符
{
putOneCharToLCD1602(line, position + i, ucData[i]);
}
}
//按指定位置连续显示三个字符（三位数字）
void putThreeCharToLCD1602(uchar line, uchar position, uint uiNumber)
{
uiNumber %= 1000;
putOneCharToLCD1602(line, position, TabNumASCII[uiNumber / 100]);
putOneCharToLCD1602(line, ++position, TabNumASCII[uiNumber % 100 / 10]);
putOneCharToLCD1602(line, ++position, TabNumASCII[uiNumber % 100 % 10]);
}
// 按键检测子程序，有键按下返回键端口数据，无键返回0
uchar GetKey(void)
{
uchar KeyTemp = (IO_KEY | DATA_KEY_ORL); //获取按键端口数据
if( KeyTemp != DATA_KEY_Null ) // 如果不为空
{
uchar CountTemp = 0;
do
{
delay125us();
if(KeyTemp != (IO_KEY | DATA_KEY_ORL)) return 0; //在延时期间检测键，如果不稳定保持则退出
} while(++CountTemp > Data_Key20msCountMax); // 延时20ms去抖动
while((IO_KEY | DATA_KEY_ORL) != DATA_KEY_Null); //等键释放
return KeyTemp; // 有键按下返回键端口数据
}
return 0; // 无有效键返回0
}
//加一
uchar INC_Number(uchar Number, uchar Min, uchar Max)
{
if(Number >= Max) return Min; else return (++ Number);
}
//减一
uchar DEC_Number(uchar Number, uchar Min, uchar Max)
{
if(Number <= Min) return Max; else return (-- Number);
}
// 检测到有按键后 这里执行按键任务
void execute_key_task(uchar ucKeyValue)
{
uchar state = 0; //定义调整数据的状态变量
uchar keyValue = 0; //定义键值的临时变量
if(ucKeyValue != DATA_KEY_Set) return; //不是设置键退出
//是设置键继续-----------------------------------------------------
putLineCharsToLCD1602(lineTow, 8, 8, "C:000cm "); //清零显示当前距离CURRENT
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 8 + 2, uiD); //光标调整到调整总距离（检测探头到水库底部的距离“D：000cm”）
while(1)
{
keyValue = GetKey();
if(keyValue == 0) continue;
switch(keyValue)
{
case DATA_KEY_Set:
{
// 如果按的是设置键，顺序设置总距离D——高水位H——低水位L——退出
switch(state)
{
case 0: // 如果是设置总距离状态，改变为设置高水位状态，并显示高水位，实现移动光标到高水位后面
{
state = 1;
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 0 + 2, uiH);
}
break;
case 1:
{
uchar tempMax = uiD - DATA_uiD_Min;
if(tempMax < 2 + 2) tempMax = 2 + 2;
if(uiH > tempMax)
{
uiH = tempMax;
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 0 + 2, uiH);
}
else if(uiH < 2 + 2)
{
uiH = 2 + 2;
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 0 + 2, uiH);
}
state = 2;
putThreeCharToLCD1602(lineTow, 0 + 2, uiL);
}
break;
case 2:
{
if(uiL > uiH - 2)
{
uiL = uiH - 2;
putThreeCharToLCD1602(lineTow, 0 + 2, uiL);
}
return;
}
break;
}
}
break;
// 如果按的是增加键，改变相应数据并显示
case DATA_KEY_INC:
{
switch(state)
{
case 0:
{
uiD = INC_Number(uiD, DATA_uiD_Min, DATA_uiD_Max);
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 8 + 2, uiD);
}
break;
case 1:
{
uchar tempMax = uiD - DATA_uiD_Min;
if(tempMax < 2 + 2) tempMax = 2 + 2;
uiH = INC_Number(uiH, 2, tempMax);
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 0 + 2, uiH);
}
break;
case 2:
{
uiL = INC_Number(uiL, 0, uiH - 2);
putThreeCharToLCD1602(lineTow, 0 + 2, uiL);
}
break;
}
}
break;
// 如果按的是减少键，改变相应数据并显示
case DATA_KEY_DEC:
{
switch(state)
{
case 0:
{
uiD = DEC_Number(uiD, DATA_uiD_Min, DATA_uiD_Max);
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 8 + 2, uiD);
}
break;
case 1:
{
uchar tempMax = uiD - DATA_uiD_Min;
if(tempMax < 2 + 2) tempMax = 2 + 2;
uiH = DEC_Number(uiH, 2, tempMax);
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 0 + 2, uiH);
}
break;
case 2:
{
uiL = DEC_Number(uiL, 0, uiH - 2);
putThreeCharToLCD1602(lineTow, 0 + 2, uiL);
}
break;
}
}
break;
}
}
}
// 蜂鸣器
void buzzerCall(void)
{
uchar i;
for(i = 0; i < 90; i++)
{
io_Buzzer = 0;
delay100us();
io_Buzzer = 1;
delay100us();
delay100us();
}
delay100us();
delay100us();
}
//计算水位
bool CalculatedWaterLevel(void)
{
uchar i = 8 + 2; //当前水位的数字在LCD屏显示的起点位置
uint uiTime; //声波传播时间
ulong ulDis; //实时测量到距离
uiTime = TH0 << 8 | TL0;
ulDis = (uiTime * 3.40) / 200; //计算当前测量的距离，单位cm
TH0 = 0;
TL0 = 0;
if((ulDis > uiD) || (g_flag == isYes )) // ulDis > uiD 超出测量范围；g_flag == isYes超时；
{
g_flag = isNo;
TR0 = 0;
putLineCharsToLCD1602(lineTow, i, 3, "Err"); // 显示Err
//阀门动作：
// if(g_flagSwitch == isYes)
// {
// io_Control_Inlet = isio_Control_Inlet_OFF;
// io_Control_Outlet = isio_Control_Outlet_ON;
// g_flagSwitch = isNo;
// }
//指示灯：
ioLed_Red = ! ioLed_Red; // 三个灯同时快速闪亮
ioLed_Green = ! ioLed_Green;
ioLed_Yellow = ! ioLed_Yellow;
// 蜂鸣器叫：
if(buzzerCallFlag == isCall)
{
buzzerCall(); // 蜂鸣器叫
}
return isNo; // 返回错误信息
}
else
{
ulDis = uiD - ulDis; // 当前水位C = 总距离 - 当前检测到的距离
if(ulDis > uiH) // 如果水位超高
{
//阀门动作：
io_Control_Inlet = isio_Control_Inlet_OFF;
io_Control_Outlet = isio_Control_Outlet_ON;
g_flagSwitch = isNo;
//指示灯：
ioLed_Red = ! ioLed_Red; // 红灯闪
ioLed_Green = isLedOFF;
ioLed_Yellow = isLedOFF;
// 蜂鸣器叫：
if(ulDis - uiH > (uiD - uiH) / DATA_alarmCoefficient) //当“当前水位”超出最高水位“ （（“总高度减高水位）除以2的值”）时报警
{
buzzerCall(); // 蜂鸣器叫
}
}
else if(ulDis < uiL) // 如果水位超低
{
//阀门动作：
if(g_flagSwitch == isYes)
{
io_Control_Outlet = isio_Control_Outlet_OFF;
io_Control_Inlet = isio_Control_Inlet_ON;
g_flagSwitch = isNo;
}
//指示灯：
ioLed_Red = isLedOFF;
ioLed_Green = isLedOFF;
ioLed_Yellow = ! ioLed_Yellow; //黄灯闪
// 蜂鸣器叫：
if( uiL - ulDis > uiL / DATA_alarmCoefficient)//uiL / 2 当“当前水位”低于“低水位” “低水位除以2的值”时报警
{
buzzerCall(); // 蜂鸣器叫
}
}
else // 水位在正常范围
{
ioLed_Red = isLedOFF;
ioLed_Green = ! ioLed_Green;
ioLed_Yellow = isLedOFF;
}
putThreeCharToLCD1602(lineTow, i, ulDis);
return isYes;
}
return isYes;
}
/*********************************************************/
void main(void)
{
initIO(); //初始化IO端口
delay500ms(); //启动延时，给器件进入正常工作状态留够时间
initLCD1602(); //LCD初始化
putLineCharsToLCD1602(lineOne, 8, 8, "D:000cm "); //显示distance （总）距离（检测探头到水库底部的距离）D
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 8 + 2, uiD); //显示三位数值
putLineCharsToLCD1602(lineOne, 0, 8, "H:000cm "); //显示设定的最高报警水位H
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 0 + 2, uiH); //显示三位数值
putLineCharsToLCD1602(lineTow, 0, 8, "L:000cm "); //显示设定的最低报警水位L
putThreeCharToLCD1602(lineTow, 0 + 2, uiL); //显示三位数值
putLineCharsToLCD1602(lineTow, 8, 8, "C:000cm "); //显示当前CURRENT水位C
initTimer0(); //初始化定时器0
initTimer1();
//阀门动作：初始先排水
io_Control_Inlet = isio_Control_Inlet_OFF;
io_Control_Outlet = isio_Control_Outlet_ON;
g_flagSwitch = isNo;
while(1)
{
io_US_TX = 1; //启动超声波模块信号
delay10us();
io_US_TX = 0;
while(io_US_RX == 0); //等待计时开始
TR0 = 1; //开启定时器0，计时开始
IT1 = 1; //设置外中断INT1输入信号模式(1:Falling only仅下降沿有效 0:Low level低电平有效)
EX1 = 1; //使能外中断INT1
while(EX1 == 1 && g_flag == isNo)//等待中断或超时退出
{
uchar ucKeyValue = GetKey(); //在等待中检测按键
if(ucKeyValue) execute_key_task(ucKeyValue); //如果有键按下则执行按键任务
}
if(CalculatedWaterLevel() == isNo) continue; //计算水位，如果超出范围返回isNo并重新循环
TR0 = 0; //暂时关闭定时器0
//清零定时器和计数变量以及标志
TL0 = 0;
TH0 = 0;
g_flag = isNo;
ucCount = 0;
g_flag05s = isNo;
TR0 = 1; //打开定时器0
while(g_flag05s == isNo) //延时0.52秒，以防止此期间返回的超声波产生错误信息，并使显示变化放慢，保证视觉效果
{
uchar ucKeyValue = GetKey();
if(ucKeyValue)
{
if(ucKeyValue == DATA_KEY_DEC)
{
g_flagBeepTimer = isNo;//用减小按键取消报警标志
}
execute_key_task(ucKeyValue); //如果有键按下则执行按键任务
}
}
TR0 = 0; //暂时关闭定时器0
//清零定时器和复位标志
TL0 = 0;
TH0 = 0;
g_flag = isNo;
//-----------------------------------
//水箱清洗提示：
if(g_flagBeepTimer == isYes)
{
buzzerCall();
//用减小按键取消报警标志
}
//-----------------------------------
}
}具体资料：
https://market.m.taobao.com/app/idleFish-F2e/widle-taobao-rax/page-detail?wh_weex=true&wx_navbar_transparent=true&id=614517002002&ut_sk=1.WUpxx7gpwUoDAMmnnrBIzAno_12431167_1585198256687.Copy.detail.614517002002.1828622527&forceFlush=1
