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/***************************************************************
名稱：基于51單片機的超聲波水位監測報警系統
單片機型號：AT89C51
單片機設置：時鐘12T，晶體12MHZ
注：修改增加水泵控制和排水控制，即雙繼電器
***************************************************************/
#include <reg51.h>
#include <intrins.h> // 包含循環移位:_cror_
#include "main.h"
//----------------------------------------------------------------------
uchar code TabNumASCII[10] = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'};
bool g_flag = isNo; //用于標記超時（65.536ms）
bool g_flag05s = isNo; //用于標記0.52秒
uchar ucCount = 0; //用于計數0.52秒
uint uiH = 80; //設定的最高報警水位 H
uint uiL = 30; //設定的最低報警水位 L
uint uiD = 100; //檢測探頭到水庫底部的距離 D
bool g_flagSwitch = isNo; //控制閥門連續開啟間隔延時(保護)標志
bool g_flagBeepTimer = isNo; //定時提醒標志
//-----------------------------------------------------------------------
// 延時10us
void delay10us(void) //@12MHz
{
unsigned char i;
_nop_();
i = 2;
while (--i);
}
// 延時100us
void delay100us(void) //@12MHz
{
uchar i;
_nop_();
i = 47;
while (--i);
}
// 延時125us
void delay125us(void) //@12MHz
{
unsigned char i;
i = 60;
while (--i);
}
// 延時5ms
void delay5ms(void) //@12.000MHz
{
unsigned char i, j;
i = 10;
j = 183;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
// 延時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;
}
// 初始化定時器0，定時器時鐘12T模式模式1，16位 @12.000MHz
void initTimer0(void)
{
TMOD &= 0xF0; //設置定時器模式
TMOD |= 0x01; //設置定時器模式
TL0 = 0; //定時器初值清零
TH0 = 0; //定時器初值清零
//TR0 = 1; //開定時器0
ET0 = 1; //開定時器0中斷
EA = 1; //開總中斷
}
// 初始化定時器1，定時器時鐘12T模式模式1，16位 @12.000MHz
void initTimer1(void) //50毫秒@12.000MHz
{
TMOD &= 0x0F; //設置定時器模式
TMOD |= 0x10; //設置定時器模式
TL1 = 0xB0; //設置定時初值
TH1 = 0x3C; //設置定時初值
TR1 = 1; //定時器1開始計時
ET1 = 1; //開定時器0中斷
}
//-----------------------------------------------------------------------
//定時器0中斷
void zd0(void) interrupt 1
{
g_flag = isYes; //中斷溢出標志,g_flag = isYes超過測距范圍
if(++ucCount >= 8)
{
ucCount = 0;
g_flag05s = isYes; //g_flag05s = isYes定時0.52秒到，用于測量周期延時
}
TL0 = 0; //設置定時初值
TH0 = 0; //設置定時初值
}
//定時器1中斷定時50ms
void tm1_isr() interrupt 3 using 1
{
static uchar count = DATA_switchTime; //50ms的200倍 = 10S
static uchar uiCount = 1200; // = 1分鐘
static uint uiCount_BeepTimer = DATA_BeepTimer;
TL1 = 0xB0; //設置定時初值
TH1 = 0x3C; //設置定時初值
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分鐘
{
uiCount = 1200;
if(uiCount_BeepTimer-- == 0)
{
uiCount_BeepTimer = DATA_BeepTimer;
g_flagBeepTimer = isYes;
// TR1 = 0;
}
}
}
}
//-----------------------------------------------
//外部中斷1
void exint1() interrupt 2
{
EX1 = 0; //關閉當前中斷
TR0 = 0; //關閉時器0
}
//-----------------------------------------------------------------------
//讀LCD忙狀態并等待忙狀態結束
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); //檢測如果是忙信號，一直等到不忙
}
//給LCD寫指令
void LCDWriteCommand(uchar command,bool ifReadBusy) //ifReadBusy = 1 時先進行忙檢測
{
if (ifReadBusy == isReadBusy) LCD_waitNotBusy(); //根據需要檢測忙
IO_LCD_Data = command;
io_LCD_RS = 0;
io_LCD_RW = 0;
io_LCD_E = 0;
_nop_();
_nop_();
io_LCD_E = 1;
}
//給LCD寫數據
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液晶顯示屏
void initLCD1602(void)
{
uchar i;
IO_LCD_Data = 0; // 數據端口清零
for(i = 0; i < 3; i++) // 設置三次顯示模式
{
LCDWriteCommand(0x38,isNotReadBusy); // 不檢測忙信號
delay5ms();
}
LCDWriteCommand(0x38,isReadBusy); // 設置顯示模式,檢測忙信號
LCDWriteCommand(0x08,isReadBusy); // 關閉顯示
LCDWriteCommand(0x01,isReadBusy); // 顯示清屏
LCDWriteCommand(0x06,isReadBusy); // 顯示光標移動設置
LCDWriteCommand(0x0F,isReadBusy); // 顯示開及光標設置
}
//按指定位置顯示一個字符
void putOneCharToLCD1602(uchar line, uchar position, uchar ucData)
{
line &= DATA_LineMax;
position &= DATA_PositionMax;
if (line == DATA_LineTow) position |= 0x40; //當要顯示第二行時地址碼+0x40;
position |= 0x80; //設置兩行顯示格式 D7 = 1；
LCDWriteCommand(position, isReadBusy); //發送命令設置字符地址
LCDWriteData(ucData); //寫入字符的數據
}
//按指定位置顯示一串字符
void putLineCharsToLCD1602(uchar line, uchar position, uchar count, uchar code *ucData)
{
uchar i;
for(i = 0; i < count; i++) //連續顯示單個字符
{
putOneCharToLCD1602(line, position + i, ucData[i]);
}
}
//按指定位置連續顯示三個字符（三位數字）
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]);
}
// 按鍵檢測子程序，有鍵按下返回鍵端口數據，無鍵返回0
uchar GetKey(void)
{
uchar KeyTemp = (IO_KEY | DATA_KEY_ORL); //獲取按鍵端口數據
if( KeyTemp != DATA_KEY_Null ) // 如果不為空
{
uchar CountTemp = 0;
do
{
delay125us();
if(KeyTemp != (IO_KEY | DATA_KEY_ORL)) return 0; //在延時期間檢測鍵，如果不穩定保持則退出
} while(++CountTemp > Data_Key20msCountMax); // 延時20ms去抖動
while((IO_KEY | DATA_KEY_ORL) != DATA_KEY_Null); //等鍵釋放
return KeyTemp; // 有鍵按下返回鍵端口數據
}
return 0; // 無有效鍵返回0
}
//加一
uchar INC_Number(uchar Number, uchar Min, uchar Max)
{
if(Number >= Max) return Min; else return (++ Number);
}
//減一
uchar DEC_Number(uchar Number, uchar Min, uchar Max)
{
if(Number <= Min) return Max; else return (-- Number);
}
// 檢測到有按鍵后這里執行按鍵任務
void execute_key_task(uchar ucKeyValue)
{
uchar state = 0; //定義調整數據的狀態變量
uchar keyValue = 0; //定義鍵值的臨時變量
if(ucKeyValue != DATA_KEY_Set) return; //不是設置鍵退出
//是設置鍵繼續-----------------------------------------------------
putLineCharsToLCD1602(lineTow, 8, 8, "C:000cm "); //清零顯示當前距離CURRENT
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 8 + 2, uiD); //光標調整到調整總距離（檢測探頭到水庫底部的距離“D：000cm”）
while(1)
{
keyValue = GetKey();
if(keyValue == 0) continue;
switch(keyValue)
{
case DATA_KEY_Set:
{
// 如果按的是設置鍵，順序設置總距離D——高水位H——低水位L——退出
switch(state)
{
case 0: // 如果是設置總距離狀態，改變為設置高水位狀態，并顯示高水位，實現移動光標到高水位后面
{
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;
// 如果按的是增加鍵，改變相應數據并顯示
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;
// 如果按的是減少鍵，改變相應數據并顯示
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;
}
}
}
// 蜂鳴器
void buzzerCall(void)
{
uchar i;
for(i = 0; i < 90; i++)
{
io_Buzzer = 0;
delay100us();
io_Buzzer = 1;
delay100us();
delay100us();
}
delay100us();
delay100us();
}
//計算水位
bool CalculatedWaterLevel(void)
{
uchar i = 8 + 2; //當前水位的數字在LCD屏顯示的起點位置
uint uiTime; //聲波傳播時間
ulong ulDis; //實時測量到距離
uiTime = TH0 << 8 | TL0;
ulDis = (uiTime * 3.40) / 200; //計算當前測量的距離，單位cm
TH0 = 0;
TL0 = 0;
if((ulDis > uiD) || (g_flag == isYes )) // ulDis > uiD 超出測量范圍；g_flag == isYes超時；
{
g_flag = isNo;
TR0 = 0;
putLineCharsToLCD1602(lineTow, i, 3, "Err"); // 顯示Err
//閥門動作：
// if(g_flagSwitch == isYes)
// {
// io_Control_Inlet = isio_Control_Inlet_OFF;
// io_Control_Outlet = isio_Control_Outlet_ON;
// g_flagSwitch = isNo;
// }
//指示燈：
ioLed_Red = ! ioLed_Red; // 三個燈同時快速閃亮
ioLed_Green = ! ioLed_Green;
ioLed_Yellow = ! ioLed_Yellow;
// 蜂鳴器叫：
if(buzzerCallFlag == isCall)
{
buzzerCall(); // 蜂鳴器叫
}
return isNo; // 返回錯誤信息
}
else
{
ulDis = uiD - ulDis; // 當前水位C = 總距離 - 當前檢測到的距離
if(ulDis > uiH) // 如果水位超高
{
//閥門動作：
io_Control_Inlet = isio_Control_Inlet_OFF;
io_Control_Outlet = isio_Control_Outlet_ON;
g_flagSwitch = isNo;
//指示燈：
ioLed_Red = ! ioLed_Red; // 紅燈閃
ioLed_Green = isLedOFF;
ioLed_Yellow = isLedOFF;
// 蜂鳴器叫：
if(ulDis - uiH > (uiD - uiH) / DATA_alarmCoefficient) //當“當前水位”超出最高水位“ （（“總高度減高水位）除以2的值”）時報警
{
buzzerCall(); // 蜂鳴器叫
}
}
else if(ulDis < uiL) // 如果水位超低
{
//閥門動作：
if(g_flagSwitch == isYes)
{
io_Control_Outlet = isio_Control_Outlet_OFF;
io_Control_Inlet = isio_Control_Inlet_ON;
g_flagSwitch = isNo;
}
//指示燈：
ioLed_Red = isLedOFF;
ioLed_Green = isLedOFF;
ioLed_Yellow = ! ioLed_Yellow; //黃燈閃
// 蜂鳴器叫：
if( uiL - ulDis > uiL / DATA_alarmCoefficient)//uiL / 2 當“當前水位”低于“低水位” “低水位除以2的值”時報警
{
buzzerCall(); // 蜂鳴器叫
}
}
else // 水位在正常范圍
{
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(); //啟動延時，給器件進入正常工作狀態留夠時間
initLCD1602(); //LCD初始化
putLineCharsToLCD1602(lineOne, 8, 8, "D:000cm "); //顯示distance （總）距離（檢測探頭到水庫底部的距離）D
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 8 + 2, uiD); //顯示三位數值
putLineCharsToLCD1602(lineOne, 0, 8, "H:000cm "); //顯示設定的最高報警水位H
putThreeCharToLCD1602(lineOne, 0 + 2, uiH); //顯示三位數值
putLineCharsToLCD1602(lineTow, 0, 8, "L:000cm "); //顯示設定的最低報警水位L
putThreeCharToLCD1602(lineTow, 0 + 2, uiL); //顯示三位數值
putLineCharsToLCD1602(lineTow, 8, 8, "C:000cm "); //顯示當前CURRENT水位C
initTimer0(); //初始化定時器0
initTimer1();
//閥門動作：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; //啟動超聲波模塊信號
delay10us();
io_US_TX = 0;
while(io_US_RX == 0); //等待計時開始
TR0 = 1; //開啟定時器0，計時開始
IT1 = 1; //設置外中斷INT1輸入信號模式(1:Falling only僅下降沿有效 0:Low level低電平有效)
EX1 = 1; //使能外中斷INT1
while(EX1 == 1 && g_flag == isNo)//等待中斷或超時退出
{
uchar ucKeyValue = GetKey(); //在等待中檢測按鍵
if(ucKeyValue) execute_key_task(ucKeyValue); //如果有鍵按下則執行按鍵任務
}
if(CalculatedWaterLevel() == isNo) continue; //計算水位，如果超出范圍返回isNo并重新循環
TR0 = 0; //暫時關閉定時器0
//清零定時器和計數變量以及標志
TL0 = 0;
TH0 = 0;
g_flag = isNo;
ucCount = 0;
g_flag05s = isNo;
TR0 = 1; //打開定時器0
while(g_flag05s == isNo) //延時0.52秒，以防止此期間返回的超聲波產生錯誤信息，并使顯示變化放慢，保證視覺效果
{
uchar ucKeyValue = GetKey();
if(ucKeyValue)
{
if(ucKeyValue == DATA_KEY_DEC)
{
g_flagBeepTimer = isNo;//用減小按鍵取消報警標志
}
execute_key_task(ucKeyValue); //如果有鍵按下則執行按鍵任務
}
}
TR0 = 0; //暫時關閉定時器0
//清零定時器和復位標志
TL0 = 0;
TH0 = 0;
g_flag = isNo;
//-----------------------------------
//水箱清洗提示：
if(g_flagBeepTimer == isYes)
{
buzzerCall();
//用減小按鍵取消報警標志
}
//-----------------------------------
}
}
#ifndef __MAIN_H__
#define __MAIN_H__
//-----------------------------------------------
typedef unsigned char uchar; //為了方便書寫定義別名
typedef unsigned int uint;
typedef unsigned long ulong;
typedef bit bool;
sbit io_Control_Inlet = P1 ^ 7; //定義進水繼電器（水泵）控制端口
#define isio_Control_Inlet_ON 0
#define isio_Control_Inlet_OFF 1
sbit io_Control_Outlet = P0 ^ 0; //定義出水繼電器（水泵）控制端口
#define isio_Control_Outlet_ON 0
#define isio_Control_Outlet_OFF 1
#define isYes 1
#define isNo 0
//----------------------------------------------------
//定義超聲波模塊引腳
sbit io_US_RX = P3 ^ 3;
sbit io_US_TX = P3 ^ 2;
//----------------------------------------------------
//定義LCD引腳
sbit io_LCD_RW = P3 ^ 6;
sbit io_LCD_RS = P3 ^ 7;
sbit io_LCD_E = P3 ^ 5;
#define IO_LCD_Data P2
#define lineOne 0
#define lineTow 1
#define isReadBusy 1
#define isNotReadBusy 0
#define DATA_LineMax 0x01 //LCD最大的行索引數
#define DATA_PositionMax 0x0F //(16 - 1) 字符在LCD一行中的最后一個索引位置
#define DATA_LineTow 0x01 //LCD第二行的索引值
//-------------------------------------------
#define Data_Key20msCountMax 160 //125us * 160 = 20ms 鍵去抖動延時
//-------------------------------------------------
// 定義指示燈端口
sbit ioLed_Red = P1 ^ 3;
sbit ioLed_Green = P1 ^ 2;
sbit ioLed_Yellow = P1 ^ 1;
#define isLedOFF 1 // 關閉LED
#define isLedON 0 // 點亮LED
//---------------------------------------------
//定義按鍵端口
#define IO_KEY P1
#define DATA_KEY_ORL 0x8f //10001111 //過濾按鍵以外的端口的數據
#define DATA_KEY_Null 0xff //11111111 //無鍵按下的數據
#define DATA_KEY_Set 0xef //11101111 //設置時間按鍵按下的數據
#define DATA_KEY_INC 0xdf //11011111 //增加鍵按下的數據
#define DATA_KEY_DEC 0xbf //10111111 //減少鍵按下的數據
//---------------------------------------------
//定義蜂鳴器端口
sbit io_Buzzer = P1 ^ 0;
//---------------------------------------------
//定義檢測探頭到水庫底部的設定距離范圍
#define DATA_uiD_Min 20 // 定義檢測探頭到水庫底部的最小設定距離單位cm
#define DATA_uiD_Max 255 // 定義檢測探頭到水庫底部的最大設定距離單位cm
#define DATA_alarmCoefficient 2 // 超限報警閥值的系數
#define DATA_switchTime 200 //50ms的200倍 = 10S，控制閥門連續開啟間隔延時(保護)
#define DATA_BeepTimer 100 // 清洗水箱提示：分鐘的倍數
sbit buzzerCallFlag = P3 ^ 4;
#define isCall 0
#endif

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