《基于單片機(jī)的鍋爐水位檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》7700字

1基于單片機(jī)的鍋爐水位檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用非常的廣泛，如作為城市、鄉(xiāng)村生活用水儲備，太陽能熱水器飲水機(jī)儲水設(shè)備等，又比如模溫機(jī)、加濕器、鍋爐水箱等情況下的水位控制。而以往水位的監(jiān)測是由人工完成的，值班人員全天候?qū)λ坏淖兓M(jìn)行監(jiān)測，手動采集記錄數(shù)據(jù)然后進(jìn)行后續(xù)的操作。很顯然上述重復(fù)性的工作無論是從人員、時(shí)間、還是資金上都將造成很大的浪費(fèi)。同時(shí)也容易出錯(cuò)。針對以上問題，本文設(shè)計(jì)了一款鍋爐水位檢測系統(tǒng)，基于單片機(jī)的鍋爐水位監(jiān)測系統(tǒng)功能鍋爐水位檢測、液晶顯示控制、按鍵、報(bào)警等功能，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集鍋爐水位，如果小于系統(tǒng)設(shè)置的鍋爐水位報(bào)警數(shù)據(jù)，則進(jìn)行報(bào)警，測量鍋爐水位障礙物之間的鍋爐水位報(bào)警值可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示鍋爐水位數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：水位；超聲波；報(bào)警；數(shù)碼管；單片機(jī)目錄1前言 11.1研究目的與意義 11.2研究現(xiàn)狀 11.3研究內(nèi)容 12系統(tǒng)整體方案 32.1系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 32.2主控制器方案 32.3鍋爐水位檢測方案 32.4顯示方案 43系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 53.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 53.2鍋爐水位電路 63.3按鍵電路 73.4顯示電路 73.5報(bào)警電路 84系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 94.1軟件整體設(shè)計(jì) 94.2鍋爐水位檢測軟件設(shè)計(jì) 94.3按鍵軟件設(shè)計(jì) 104.4顯示軟件設(shè)計(jì) 115系統(tǒng)測試 135.1系統(tǒng)仿真 135.2系統(tǒng)報(bào)警值設(shè)置仿真 135.3系統(tǒng)報(bào)警仿真 14參考文獻(xiàn) 15附錄 171前言1.1研究目的與意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，在當(dāng)前社會，水位控制不僅用于工業(yè)生產(chǎn)，也被用于生活的各個(gè)方面。在工業(yè)生產(chǎn)和家庭生活中的很多產(chǎn)品都用到了水位的檢測和控制。在氣象觀測中很多場景也都需要水位以及水位數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控。而在這些產(chǎn)品當(dāng)中，單片機(jī)起到了最關(guān)鍵的作用，如生活工具空調(diào)、工業(yè)生產(chǎn)中的自動化控制設(shè)備、數(shù)控機(jī)床等?！疤貏e是采用單片機(jī)對傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改造，具有性價(jià)比高、減小設(shè)備的體積、提高設(shè)備自動化程度等特點(diǎn)。水位控制經(jīng)常用于現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)和日常生活中。早期水位控制主要用于工廠，如工廠中的大型鍋爐。為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有必要實(shí)時(shí)掌握鍋爐的水位。目前的水位控制也已應(yīng)用到生活中，如電水塔的日常水沸騰，當(dāng)水位達(dá)到一定的極限或溫度達(dá)到所需的值，它會給相應(yīng)的提示告訴人們?！边@將是對水資源實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的一個(gè)重要手段。也是用現(xiàn)代化技術(shù)對傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行改良的典型應(yīng)用。1.2研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀：針對不同的需求和應(yīng)用，液位測量方法的方法不盡相同，如浮力式、電容式、激光式等[7]。郭星辰在2020年提出了一種利用超聲波脈沖回波檢測原理進(jìn)行液位測量的設(shè)計(jì)方法，介紹了其工作原理,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟件編程方法。以STC12C5A60S2單片機(jī)作為處理器，“硬件部分設(shè)計(jì)了超聲波驅(qū)動電路、回波信號接收、處理電路以及顯示、報(bào)警等電路[7]?！避浖O(shè)計(jì)采用系統(tǒng)中斷，濾波等方法減少誤差[2]。通過實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，該超聲波液位計(jì)使用方便、性能穩(wěn)定，具有一定的工程價(jià)值。戰(zhàn)洪帥在2020年提出了一種精確水位控制系統(tǒng)，具有水位監(jiān)測，水位限設(shè)定和水位控制功能。采用LCD1602液晶顯示器作為顯示設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)顯示測量得到的水位值。通過擴(kuò)散硅壓力傳感器測量壓強(qiáng)信息，進(jìn)一步得到水位信息。此外，文章采用了主從機(jī)的設(shè)計(jì)，主機(jī)可以通過串行接口與從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測，控制水位的功能，能夠較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中對水位控制的要求。國外研究現(xiàn)狀：YWang在2019年提出了，在理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，簡要闡述了51單片機(jī)的基本功能和結(jié)構(gòu)，分析了基于51單片機(jī)的液位檢測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，提出了三個(gè)具體的設(shè)計(jì)思想：硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和采集系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，希望能提高液位檢測的準(zhǔn)確性幫助和參考。1.3研究內(nèi)容系統(tǒng)是基于單片機(jī)的鍋爐水位監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)計(jì)路線安排如下，第一章需要查閱很多設(shè)計(jì)系統(tǒng)相關(guān)的背景資料，了解當(dāng)下先關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀，分析不同技術(shù)的優(yōu)勢，分析現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)以及不足，以便于更好的設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能，更加完善的完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，這樣就可以確定系統(tǒng)的最終功能，便于進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計(jì)。第二章需要對系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)的功能架構(gòu)，分析各個(gè)功能之間的連接關(guān)系、邏輯功能關(guān)系。對其關(guān)鍵的部分及要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行詳細(xì)的分析，有哪些相關(guān)的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)此功能，并進(jìn)行對比分析，最終選擇出最合適的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能，技術(shù)方案對應(yīng)著詳細(xì)的器件清單，為后續(xù)的硬件電路設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備工作。第三章是對系統(tǒng)電路部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，有了具體的器件型號，以核心的器件為基礎(chǔ)，進(jìn)行外圍電路的設(shè)計(jì)，對所有的功能進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，進(jìn)行原理分析，設(shè)計(jì)出所有功能的電路圖。第四章對系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行開發(fā)，硬件設(shè)計(jì)好后，只有配合軟件代碼系統(tǒng)才可以實(shí)現(xiàn)功能，對各個(gè)功能進(jìn)行單獨(dú)的軟件設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)軟件功能。第五章將設(shè)計(jì)好的硬件和軟件進(jìn)行組合，調(diào)試前幾章節(jié)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求功能。2系統(tǒng)整體方案2.1系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)在進(jìn)行各個(gè)功能方案選擇之前，先對系統(tǒng)整個(gè)功能架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)功能之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析設(shè)計(jì)出各個(gè)功能之間的連接關(guān)系，采集數(shù)據(jù)符合控制功能的部分，這兩部分都需要通過主控部分進(jìn)行處理，通過功能的模塊化處理，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中更加方便?；趩纹瑱C(jī)的鍋爐水位監(jiān)測系統(tǒng)功能鍋爐水位檢測、液晶顯示控制、按鍵、報(bào)警等功能，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集鍋爐水位，如果小于系統(tǒng)設(shè)置的鍋爐水位報(bào)警數(shù)據(jù)，則進(jìn)行報(bào)警，測量鍋爐水位障礙物之間的鍋爐水位報(bào)警值可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示鍋爐水位數(shù)據(jù)，如圖2-1所示。圖2-SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)圖2.2主控制器方案單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，所有功能都需要單片機(jī)的支持才可以完成。本設(shè)計(jì)采用STC89C52實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。單片機(jī)芯片中有數(shù)據(jù)存儲器、代碼存儲器、定時(shí)功能、中斷功能、串口通信功能等很多配置，單片機(jī)兼容MCS-51指令，在軟件設(shè)計(jì)上可以應(yīng)用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)。STC89C52的能耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)，單片機(jī)內(nèi)部使用51內(nèi)核，這種內(nèi)核是最基礎(chǔ)的內(nèi)核，開發(fā)使用起來簡單方便。STC89C52是每個(gè)工程師入門必備、必學(xué)的一款單片機(jī)，因此很多產(chǎn)品都在應(yīng)用這款單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。單片機(jī)內(nèi)部可以存儲的用戶程序?yàn)?K，如果用戶代碼量超過8K，還可以增加外部存儲器用于存儲超過8K的用戶代碼?；诖丝顔纹瑱C(jī)的特點(diǎn)和本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能選擇了此款單片機(jī)。2.3鍋爐水位檢測方案鍋爐水位檢測選擇HC-SR04模塊，此模塊應(yīng)用超聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)鍋爐水位采集，可以測量2cm到400cm之間的水位。HC-SR04模塊發(fā)射超聲波信號后，經(jīng)過前方鍋爐水面反射超聲波信號，HC-SR04傳感器通過接收到反射后的超聲波信號就實(shí)現(xiàn)了對鍋爐水位檢測。HC-SR04模塊包括超聲波發(fā)射端和超聲波接收端。超聲波信號發(fā)射端發(fā)出超聲波信號，遇到障礙物會反射超聲波信號，超聲波信號接收端就收到超聲波信號，表示檢測到鍋爐水位。通過這樣的方式就可以實(shí)現(xiàn)鍋爐水位檢測功能。2.4顯示方案數(shù)碼管能夠顯示數(shù)字和一些簡單信息的電子元器件。數(shù)碼管的別名又叫做LED發(fā)光管。常用的數(shù)碼管都是以數(shù)字顯示為主。常見的數(shù)碼管一般由8部分組成，組成一個(gè)數(shù)字8和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，就能夠?qū)崿F(xiàn)0到9的數(shù)字顯示。內(nèi)部的顯示通過發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)。由于發(fā)光二極管電路設(shè)計(jì)的不同，數(shù)碼管的種類包括共陽和共陰數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管內(nèi)部將8個(gè)發(fā)光二極管的陽極統(tǒng)一連接在一起，而陰極是各自獨(dú)立，所以只需要控制陰極信號是否有效，就可以實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的控制，在控制顯示時(shí)，陽極統(tǒng)一接電源，控制陰極是否接地即可，接地的發(fā)光二極管亮，不接地的發(fā)光二極管滅，行成顯示數(shù)字的效果。共陰數(shù)碼管內(nèi)部將8個(gè)發(fā)光二極管的陰極統(tǒng)一連接在一起，而陽極是各自獨(dú)立，所以只需要控制陽極信號是否有效，就可以實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的控制，在控制顯示時(shí)，把數(shù)碼管的陰極統(tǒng)一接地，控制陽極是否接電源即可，接通電源的發(fā)光二極管亮，不接電源的發(fā)光二極管滅，形成顯示數(shù)字的效果[4]。兩種數(shù)碼管在控制上原理相同，所以選擇哪一種都可以。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)主控制器是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，所有功能的實(shí)現(xiàn)都離不開主控制器，所以主控制器的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系這整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過主控制器控制數(shù)據(jù)采集部分獲取數(shù)據(jù)，通過主控制器控制功能部分實(shí)現(xiàn)控制功能。STC89C52的體積因封裝的不同而不同，具體封裝包括直插式、貼片式。直插的封裝適合純手工制作，在手工焊接情況下，直插封裝更容易焊接，便于調(diào)試。而貼片封裝包括LAFP、PQFP等，貼片封裝更適合在量產(chǎn)中應(yīng)用，在產(chǎn)品量產(chǎn)中使用貼片封裝可以適應(yīng)機(jī)器焊接，加快生產(chǎn)效率[5]。在本設(shè)計(jì)中選擇的是直插封裝，便于手工焊接開發(fā)調(diào)試，更加適合本設(shè)計(jì)制作。STC89C52中的C表示電源信息，電源為3.3V到5.5V都可以使用。系統(tǒng)選擇5V電源供電，配合其他模塊一起使用。對于其他功能模塊電源也是5V，所以系統(tǒng)選擇5V電源最為合適，不需要再進(jìn)行單獨(dú)的電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。52表示程序存儲空間為8K字節(jié)，對于大多數(shù)的項(xiàng)目完全夠用。具體引腳圖如圖3-1單片機(jī)引腳說明所示。圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路STC89C52具有大量的外設(shè)IO接口，包括P0、P1、P2、P3口。P0口在單片機(jī)的32到39腳，此組接口可以做為信號輸入也可以作為信號輸出接口，還可以用作地址或者數(shù)據(jù)復(fù)用接口。在這里最為重要的一點(diǎn)是P0口內(nèi)部并沒有設(shè)計(jì)上拉電阻，所以在作為信號輸入或者信號輸出使用時(shí)，需要單獨(dú)外接上拉電阻。P1口在單片機(jī)的1到8腳，P1口在內(nèi)部已經(jīng)設(shè)計(jì)了上拉電阻，所以P1口信號會自動鉗位到高電平，由于無法對信號進(jìn)行鎖存，因此P1口屬于準(zhǔn)雙向。在用于程序要應(yīng)用P1口之前，需要專門對P1口輸出高電平，這是P1正常使用之前需要進(jìn)行的初始化工作，之后P1口就可以作為輸入或者輸出實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的功能，這種接口也統(tǒng)稱為為準(zhǔn)雙向IO口。P2口在單片機(jī)的21到28腳，此組接口也屬于準(zhǔn)雙向，P2口在內(nèi)部已經(jīng)設(shè)計(jì)了上拉電阻，所以可以作為輸入或者輸出去應(yīng)用在用戶程序中。還可以作為高8位的地址操作接口。在本設(shè)計(jì)中顯示電路接到該接口上，選用的24到27腳作為輸出，輸出檢測的水位。P3口在單片機(jī)的10到17腳，此組接口功能較多，不僅具有其他IO口具有的功能，還有一些特殊功能，P3.0的特殊功能是串口接收數(shù)據(jù)，P3.1的特殊功能是串口發(fā)送數(shù)據(jù)，P3.2的特殊功能是外部中斷0信號接收引腳，P3.3的特殊功能是外部中斷1信號接收引腳，P3.4的特殊功能是定時(shí)器0信號接收引腳，P3.5的特殊功能是定時(shí)器1信號接收引腳，P3.6的特殊功能是芯片外部存儲器寫入信號引腳，P3.7的特殊功能是芯片外部存儲器讀取信號引腳。29腳為PSEN，此接口為低電平有效，如果此引腳輸入低電平，表示單片機(jī)的存儲器選擇為外部存儲器，用戶程序就會存儲在外置的存儲器中。所以單片機(jī)需要外置存儲器時(shí)，此引腳必須為低電平，有效信號輸入后，單片機(jī)才可以對外置存儲器進(jìn)行操作。30腳為ALE/PROG，在PSEN輸入有效低電平時(shí)，ALE引腳輸入的編程脈沖才有效，此時(shí)配合P0口和P2的作為地址口，就可以訪問外置存儲器的地址，地址確定之后，通過P0獲取數(shù)據(jù)，就可以將外置存儲器的用戶程序讀取到單片機(jī)，單片機(jī)按照用戶程序去執(zhí)行。31腳為EA，系統(tǒng)選擇外部存儲器作為用戶代碼存儲空間，EA腳必須輸入低電平，此時(shí)單片機(jī)默認(rèn)用戶程序存儲在外置存儲器中。反之EA腳必須輸入高電平，系統(tǒng)默認(rèn)選擇內(nèi)部存儲器作為用戶代碼存儲空間[6]。3.2鍋爐水位電路超聲波HC-SR04模塊電源選擇系統(tǒng)5V電源，工作電流為15mA。超聲波射程在2cm到400cm。HC-SR04模塊一共有四個(gè)引腳，單片機(jī)可以通過P22腳TRIG接口進(jìn)行控制、啟動測距，啟動信號要求10微秒TTL高電平，HC-SR04模塊通過其P23腳ECHO接口采集回應(yīng)信號，回應(yīng)信號高電平有效，超聲波信號從發(fā)射到返回的時(shí)間就是高電平持續(xù)的時(shí)間，通過時(shí)間和超聲波傳播速度就可以得到鍋爐水位數(shù)據(jù)。超聲波鍋爐水位檢測電路如圖3-2所示HC-SR04HC-SR04圖3-2水位檢測電路3.3按鍵電路按鍵控制通過輕觸按鍵完成。輕觸按鍵需要通過人手輕輕的按下，按鍵就會接通，人手離開按計(jì)件，按鍵就會斷開。輕觸按鍵的性能由很多因素決定，比如制作材料、焊接牢固性、生命周期、靈敏度、生成工藝等因素。輕觸按鍵就是實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制，所以需要選擇電阻率小的材料，比如黃銅或磷銅，在焊接的時(shí)候按鍵的引腳會上一層錫，通過高溫會引腳按鍵引腳的電阻率，所以廠家一般會對按鍵的引腳做鍍銀處理，避免電阻率的變化。鍍銀后的引腳也容易被氧化，所以還需要進(jìn)一步的處理，避免氧化[7]。普通的按鍵在對PCB進(jìn)行洗板的時(shí)候就會被腐蝕，導(dǎo)致按鍵使用出現(xiàn)異常。按鍵按下之后是否接通要看按鍵內(nèi)部觸點(diǎn)和彈片是否接觸，如果觸點(diǎn)或者彈片損壞，則按鍵會失效。只有包子觸點(diǎn)和彈片有效的接觸，按鍵才會正常工作，最終彈片和觸點(diǎn)接觸就會傳遞信號，進(jìn)而形成按鍵控制功能。這樣就實(shí)現(xiàn)了按鍵的動作檢測，所以按鍵一段接低電平即可。S1接到P14腳為設(shè)置輸入，按下后可設(shè)置報(bào)警水位高度；S2接到P15腳為加輸入，按下增加報(bào)警水位高度；S3接到P16腳為減輸入，按下降低報(bào)警水位高度，通過這三個(gè)按鍵對鍋爐水位報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。按鍵電路如圖3-3所示。圖3-3按鍵電路3.4顯示電路系統(tǒng)選擇四位數(shù)碼管顯示鍋爐水位數(shù)據(jù)。在硬件電路連接上有動態(tài)連接和靜態(tài)連接兩種方式。四位數(shù)碼管有四位位選信號和8個(gè)數(shù)據(jù)接口控制信號[8]。如果是靜態(tài)控制電路，四位數(shù)碼管就需要4個(gè)8位數(shù)據(jù)口，就是32個(gè)脈沖信號，加上4位位選信號，一共就需要36個(gè)IO接口，這種電路占用資源太大，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，所以不可取。動態(tài)電路連接方式是將4個(gè)8位數(shù)據(jù)口進(jìn)行復(fù)用，用一組8位數(shù)據(jù)接口進(jìn)行控制，通過4個(gè)位選信號選擇具體是哪一位的數(shù)據(jù)，如果第一位位選信號有效，則輸入的8位數(shù)據(jù)是第一位的數(shù)據(jù)，這樣只需要12個(gè)IO口就可以對4位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)控制[9]。數(shù)碼管的位選接單片機(jī)的P24、P25、P26、P27，數(shù)碼管的段選接單片機(jī)的P0口，硬件設(shè)計(jì)如圖3-4。圖3-4顯示電路3.5報(bào)警電路蜂鳴器的控制通過單片機(jī)輸出電壓即可，但是由于單片機(jī)輸出的信號電流較小，而蜂鳴器對驅(qū)動信號的電流有一定的要求，從數(shù)據(jù)手冊中可以看到要求的電流達(dá)到30mA，因此需要設(shè)計(jì)驅(qū)動電路才可以對蜂鳴器進(jìn)行控制。選擇PNP三極管驅(qū)動蜂鳴器，電路如圖3-5所示，通過單片機(jī)的P20進(jìn)行控制，單片機(jī)輸出低電平時(shí)，蜂鳴器響，單片機(jī)輸出高電平是蜂鳴器不響，同時(shí)搭配了發(fā)光二極管進(jìn)行光提示。當(dāng)水位超過或者低于報(bào)警值時(shí)該電路報(bào)警。圖3-5報(bào)警電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)首先對鍋爐水位檢測機(jī)接口、液晶顯示控制接口、按鍵控制接口、報(bào)警控制接口進(jìn)行初始化，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集鍋爐水位，如果小于系統(tǒng)設(shè)置的鍋爐水位報(bào)警數(shù)據(jù)，則進(jìn)行報(bào)警，測量鍋爐水位障礙物之間的鍋爐水位報(bào)警值可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示鍋爐水位數(shù)據(jù)，整體軟件設(shè)計(jì)流程圖見圖4-1所示。圖4-1軟件設(shè)計(jì)流程圖4.2鍋爐水位檢測軟件設(shè)計(jì)超聲波HC-SR04模塊的軟件設(shè)計(jì)，單片機(jī)對超聲波HC-SR04模塊的TRIG接口和ECHO接口進(jìn)行控制。需要進(jìn)行測距時(shí)，單片機(jī)給HC-SR04模塊的TRIG接口輸入10微秒TTL高電平啟動信號，HC-SR04模塊啟動開發(fā)發(fā)射超聲波信號。之后單片機(jī)實(shí)時(shí)掃描ECHO接口，判斷超聲波信號經(jīng)過障礙物發(fā)射回模塊的時(shí)間。采集到的回應(yīng)信號脈寬和最終的鍋爐水位數(shù)據(jù)成正比，超波速’度為340米/秒，回應(yīng)信號脈寬是從發(fā)射到接收，是來回的脈寬，所以脈寬的一半是鍋爐水位數(shù)據(jù)，回應(yīng)信號脈寬時(shí)間*（340米/秒）/2?！霸谶M(jìn)行距離障礙物的距離測量時(shí)，如果介質(zhì)傳播的溫度沒有出現(xiàn)較大的變化時(shí)，我們可以將超聲波的速度近似的認(rèn)為在傳輸過程中未發(fā)生變化，只要測量出超聲波往返障礙物的時(shí)間，就可以得到距離障礙物的實(shí)際距離[4]?！卞仩t水位檢測設(shè)計(jì)如圖4-2所示。圖4-2鍋爐水位檢測軟件設(shè)計(jì)流程圖4.3按鍵軟件設(shè)計(jì)按鍵的軟件代碼設(shè)計(jì)很重要，如果按鍵判斷錯(cuò)誤，那整個(gè)系統(tǒng)的控制就會有問題。按鍵動作的關(guān)鍵主要在軟件代碼設(shè)計(jì)上，首先要分析按鍵動作機(jī)制，了解清楚按鍵動作才可以更好的設(shè)計(jì)軟件代碼。理論上按鍵就是開關(guān)動作，但是由于實(shí)際情況是機(jī)械動作轉(zhuǎn)換為電信號，機(jī)械動作難免存在摩擦等情況，因?yàn)槿耸职聪掳存I的機(jī)械動作存在抖動以及摩擦，所以在按按鍵的時(shí)候，真實(shí)情況是抖動的，所以導(dǎo)致按鍵開關(guān)是抖動開關(guān)，輸出的電信號也是抖動狀態(tài)，即為高低電平抖動，等人手按下按鍵穩(wěn)定后，才輸出穩(wěn)定的低電平，這個(gè)抖動過程一般是3到5毫秒，因此在單片機(jī)掃描按鍵電信號的時(shí)候，需要在按鍵按下狀態(tài)穩(wěn)定后檢測電信號，在軟件代碼掃描中第一次掃描到按鍵有效信號，此時(shí)并非真正的穩(wěn)定信號，而是抖動開始或者干擾信號，所以待3到5毫秒后繼續(xù)掃描，如果仍然是穩(wěn)定信號，則表示按鍵按下。按鍵按下后信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。按鍵掃描軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示。圖4-3按鍵軟件設(shè)計(jì)4.4顯示軟件設(shè)計(jì)數(shù)碼管的控制是動態(tài)控制原理，由于數(shù)碼管的數(shù)據(jù)口是復(fù)用的，所以同時(shí)間不可能輸入四位數(shù)碼管所有的顯示數(shù)據(jù)，只能一位一位的輸入[9]。通過單片機(jī)編程為四位數(shù)碼管依次輸入數(shù)據(jù)，由于并不是同一時(shí)間輸入，所以在顯示效果上是一位一位的亮，并不是同時(shí)亮?？梢酝ㄟ^控制閃爍時(shí)間來實(shí)現(xiàn)顯示效果，這就應(yīng)用到了人眼的視覺暫留原理，如果燈光閃爍太快的情況下，閃爍間隔時(shí)間小于人眼的視覺暫留時(shí)間，肉眼看到的最終效果是實(shí)時(shí)顯示的狀態(tài)[12]。所以軟件設(shè)計(jì)流程如下，第一步輸入第一位顯示數(shù)據(jù)，第二步稍作延時(shí)后，第三步控制第一位位選信號有效，第四步輸入第二位顯示數(shù)據(jù)，第五步稍作延時(shí)后，第六步控制第二位位選信號有效，接著對第三位和第四位數(shù)碼管進(jìn)行控制，進(jìn)而顯示水位。顯示軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4-4所示。圖4-4顯示流程圖5系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)仿真Proteus是一款用于對電路進(jìn)行模擬驗(yàn)證的EDA工具。能夠?qū)ΤＳ玫碾娐愤M(jìn)行仿真驗(yàn)證，還可以對單片機(jī)相關(guān)控制電路進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證電路以及軟件設(shè)計(jì)的正確性。這款軟件介于理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作之間，可以在理論設(shè)計(jì)完成后，實(shí)物制作之前對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，更早的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題。軟件內(nèi)部支持很多款單片機(jī)型號，隨著軟件的更新升級，不斷加入更多的器件，支持更多仿真電路。很多學(xué)校都開設(shè)了關(guān)于Proteus仿真的課程，對于沒有條件的情況下，可以借助這款軟件對電路和單片機(jī)相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過在仿真中進(jìn)行模擬，可以更方便得多學(xué)習(xí)單片機(jī)等相關(guān)理論知識。Proteus結(jié)合相應(yīng)的代碼編程開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)試，通過仿真對軟件代碼進(jìn)行驗(yàn)證，即驗(yàn)證了電路，也對軟件代碼進(jìn)行了驗(yàn)證。設(shè)計(jì)如圖5.4所示，仿真鍋爐水位檢測，數(shù)碼管顯示、按鍵控制。最終實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)預(yù)期的功能，仿真鍋爐水位檢測5-1。圖5-1系統(tǒng)鍋爐水位檢測仿真5.2系統(tǒng)報(bào)警值設(shè)置仿真通過按鍵設(shè)置鍋爐水位