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嵌入式设计与开发项目-液位检测告警系统
2022-06-28 13:20:00 【程序小鹿】
嵌入式设计与开发项目-液位检测告警系统
一、实现的功能
- ①液位检测，通过ADC外设检测电位器的电压模拟液位传感器，并通过公式计算出液位高度；
- ②阈值设置，通过按键外设设置液位的阈值；
- ③阈值保存，通过IIC外设把数据保存到AT12C02存储器中；
- ④串口的查询和输出，通过串口外设发送特定的字符‘C’、‘S’分别查询液位高度和等级以及阈值。液位等级改变时串口发送实时液位数据；
- ⑤状态指示，通过LED外设的LD1以1S间隔闪烁表示运行状态指示灯，LD2以0.2S间隔闪烁5次表示液位等级发送变化，LD3以0.2S间隔闪烁5次表示串口接收到信息；
二、根据功能实现代码
1、主文件main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "lcd.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include "i2c.h"
#include "adc.h"
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
uint uiAdc_Val; //R37模拟液位传感器的ADC值
uchar ucHeight,ucLevel,ucLevel1; //液位高度、液位等级
uchar ucState,pucStr[21],pucTh[3],pucRcv[1]; //LCD显示缓冲区、液位阈值、串口缓冲区
uchar ucLed,ucLd2,ucLd3,ucNum = 10; //点亮LED
uchar ucSec,ucSec1,ucKey_Long; //保存ms、s，长按标志位
unsigned long ulTick_ms; //滴答定时器的计数
void KEY_Proc(void);
void LCD_Proc(void);
void ADC_Proc(void);
void UART_Proc(void);
//Main Body
int main(void)
{
SysTick_Config(SystemCoreClock/1000); //设置系统滴答时钟1ms并使能中断
KEY_Init(); //按键初始化
LED_Init(); //LED初始化
STM3210B_LCD_Init(); //LCD初始化
LCD_Clear(Blue); //把屏幕刷新为蓝色
LCD_SetBackColor(Blue); //设置字体背景为蓝色
LCD_SetTextColor(White); //字体设置为白色
USART2_Init(9600); //串口初始化
i2c_init(); //IIC初始化
ADC1_Init(); //ADC初始化
i2c_read(pucTh,0,3); //AT24C02读取从地址0开始的3个字节的数据
if(pucTh[0] > 100)
pucTh[0] = 10;
if(pucTh[1] > 100)
pucTh[0] = 20;
if(pucTh[2] > 100)
pucTh[0] = 30;
while(1)
{
KEY_Proc(); //按键相对应的功能
LCD_Proc(); //LCD相对应的功能
ADC_Proc(); //ADC采集相对应的功能
UART_Proc(); //串口相对应的功能
}
}
/********************************************************************************************** *函数：void KEY_Proc(void) *功能：按键B1设置键，B2切换键，B3加键，B4减键 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：各按键互不影响 **********************************************************************************************/
void KEY_Proc(void)
{
uchar ucKey_Val;
ucKey_Val = KEY_Scan(); //检测那个按键按下
if(ucKey_Val != ucKey_Long)
ucKey_Long = ucKey_Val;
else
ucKey_Val = 0; //防止长按
switch(ucKey_Val)
{
case 1: //B1:设置键
if(!ucState)
ucState = 1;
else
{
if((pucTh[0]) < pucTh[1] && pucTh[1] < pucTh[2])
{
LCD_DisplayStringLine(Line3,(u8*)" ");
i2c_write(pucTh , 0 , 3); //pucTh阈值存到AT24C02
ucState = 0;
}
else
{
LCD_SetTextColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line3,(u8*)" Threshold Error "); //设置阈值有误
LCD_SetTextColor(White);
}
}
break;
case 2: //B2:切换键
if(ucState)
if(++ucState == 4)
ucState = 1;
break;
case 3: //B3:阈值加
if(ucState)
if(pucTh[ucState-1] < 95)
pucTh[ucState-1] +=5;
break;
case 4: //B3:阈值减
if(ucState)
if(pucTh[ucState-1] > 5)
pucTh[ucState-1] -=5;
break;
}
}
/********************************************************************************************** *函数：void LCD_Proc(void) *功能：LCD屏幕显示函数 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：无 **********************************************************************************************/
void LCD_Proc(void)
{
float temp;
if(!ucState) //0显示状态界面，不等于0显示设置界面
{
LCD_DisplayStringLine(Line1,(u8*)" Liquid Level ");
sprintf((char*)pucStr," Height:%03ucm ",ucHeight);
LCD_DisplayStringLine(Line4,pucStr);
temp = (float)uiAdc_Val * 3.3 /4095;
sprintf((char*)pucStr," VR37: %4.3fV ",temp);
LCD_DisplayStringLine(Line6,pucStr);
sprintf((char*)pucStr," Level: %01u ",ucLevel);
LCD_DisplayStringLine(Line8,pucStr);
}
else
{
LCD_DisplayStringLine(Line1,(u8*)" Threshold Setup ");
//索引在第1个阈值设置
sprintf((char*)pucStr," Threshold 1: %02ucm ",pucTh[0]);
if(ucState == 1)
LCD_SetBackColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line4,pucStr);
LCD_SetBackColor(Blue);
//索引在第2个阈值设置
sprintf((char*)pucStr," Threshold 2: %02ucm ",pucTh[1]);
if(ucState == 2)
LCD_SetBackColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line6,pucStr);
LCD_SetBackColor(Blue);
//索引在第3个阈值设置
sprintf((char*)pucStr," Threshold 3: %02ucm ",pucTh[2]);
if(ucState == 3)
LCD_SetBackColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line8,pucStr);
LCD_SetBackColor(Blue);
}
}
/********************************************************************************************** *函数：void ADC_Proc(void) *功能：ADC采集电位器R37的电压信号 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：无 **********************************************************************************************/
void ADC_Proc(void)
{
if(!ucState && ucSec != ucSec1)
{
ucSec1 = ucSec;
uiAdc_Val = ADC1_Conv(); //获取装换值
ucHeight = uiAdc_Val*100/4095; //计算液位高度 ADC_Val = V * 4095 / 3.3
if(ucHeight < pucTh[0])
ucLevel = 0;
else if(ucHeight < pucTh[1])
ucLevel = 1;
else if(ucHeight < pucTh[2])
ucLevel = 2;
else
ucLevel = 3;
if(ucLevel != ucLevel1)
{
if(ucLevel > ucLevel1) //液位升高
printf("A:H%02u+L%01u+U\r\n",ucHeight,ucLevel);
else //液位减低
printf("A:H%02u+L%01u+D\r\n",ucHeight,ucLevel);
ucLevel1 = ucLevel;
ucLd2 = 1; //等级改变
}
}
}
/********************************************************************************************** *函数：void UART_Proc(void) *功能：串口查询与发送函数 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：无 **********************************************************************************************/
void UART_Proc(void)
{
if(pucRcv[0] == 'C')
printf("C:H%02u+L%01u\r\n",ucHeight,ucLevel);
if(pucRcv[0] == 'S')
printf("S:TL%02u+TM%02u+TH%02u\r\n",pucTh[0],pucTh[1],pucTh[2]);
if(pucRcv[0] == 'C' || pucRcv[0] == 'S')
ucLd3 = 1; //串口查询
pucRcv[0] = 0;
}
/********************************************************************************************** *函数：void SysTick_Handler(void) *功能：滴答定时器中断函数 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：每1模式进入一次 **********************************************************************************************/
void SysTick_Handler(void)
{
ulTick_ms++;
if(ulTick_ms%1000 == 0)
{
ucSec++;
ucLed ^=1; //LD1闪烁
}
if(ucLd2)
{
if(ulTick_ms%200 == 0)
{
if(ucNum--)
ucLed ^= 2; //LD2闪烁5次
else
{
ucLd2 = 0;
ucNum = 10;
}
}
}
if(ucLd3)
{
if(ulTick_ms%200 == 0)
{
if(ucNum--)
ucLed ^= 4; //LD3闪烁5次
else
{
ucLd3 = 0;
ucNum = 10;
}
}
}
LED_Disp(ucLed);
}
/********************************************************************************************** *函数：void USART2_IRQHandler( void ) *功能：接收串口2的数据 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：接收串口2的中断服务函数 **********************************************************************************************/
void USART2_IRQHandler(void)
{
pucRcv[0] = USART_ReceiveData(USART2);
}
主函数分析：️ ️ ️
- 定义全局变量，在当前源文件的函数可以交叉赋值和使用。
- 主控芯片的每个外设尽量模块化，每个函数负责一个外设的功能。
- 定义了三个ucLevel1、ucSec1、ucKey_Long变量，分别保存上一次的液位等级、时间、按键键值，从而实时判断液位等级、延时1S、防止长按的功能。
2、void KEY_Proc(void)按键处理程序设计
/********************************************************************************************** *函数：void KEY_Proc(void) *功能：按键B1设置键，B2切换键，B3加键，B4减键 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：各按键互不影响 **********************************************************************************************/
void KEY_Proc(void)
{
uchar ucKey_Val;
ucKey_Val = KEY_Scan(); //检测那个按键按下
if(ucKey_Val != ucKey_Long)
ucKey_Long = ucKey_Val;
else
ucKey_Val = 0; //防止长按
switch(ucKey_Val)
{
case 1: //B1:设置键
if(!ucState)
ucState = 1;
else
{
if((pucTh[0]) < pucTh[1] && pucTh[1] < pucTh[2])
{
LCD_DisplayStringLine(Line3,(u8*)" ");
i2c_write(pucTh , 0 , 3); //pucTh阈值存到AT24C02
ucState = 0;
}
else
{
LCD_SetTextColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line3,(u8*)" Threshold Error "); //设置阈值有误
LCD_SetTextColor(White);
}
}
break;
case 2: //B2:切换键
if(ucState)
if(++ucState == 4)
ucState = 1;
break;
case 3: //B3:阈值加
if(ucState)
if(pucTh[ucState-1] < 95)
pucTh[ucState-1] +=5;
break;
case 4: //B3:阈值减
if(ucState)
if(pucTh[ucState-1] > 5)
pucTh[ucState-1] -=5;
break;
}
}
按键KEY简要分析：️ ️
- 定义ucKey_Long标志位，防止长按一直执行该按键的功能；
- 定义pucTh[3]数据可以进行函数i2c_write的（unsigned char*）传参，把数据按顺序存到AT24C02存储器中；
- 如果ucState大于0，判断是设置界面，从而可以执行切换键、阈值加、阈值减的操作。
- 巧妙地使用ucState判断当前切换选择的液位等级阈值设置，并可使用到阈值数组pucTh的设置。
3、LCD处理程序设计
/********************************************************************************************** *函数：void LCD_Proc(void) *功能：LCD屏幕显示函数 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：无 **********************************************************************************************/
void LCD_Proc(void)
{
float temp;
if(!ucState) //0显示状态界面，不等于0显示设置界面
{
LCD_DisplayStringLine(Line1,(u8*)" Liquid Level ");
sprintf((char*)pucStr," Height:%03ucm ",ucHeight);
LCD_DisplayStringLine(Line4,pucStr);
temp = (float)uiAdc_Val * 3.3 /4095;
sprintf((char*)pucStr," VR37: %4.3fV ",temp);
LCD_DisplayStringLine(Line6,pucStr);
sprintf((char*)pucStr," Level: %01u ",ucLevel);
LCD_DisplayStringLine(Line8,pucStr);
}
else
{
LCD_DisplayStringLine(Line1,(u8*)" Threshold Setup ");
//索引在第1个阈值设置
sprintf((char*)pucStr," Threshold 1: %02ucm ",pucTh[0]);
if(ucState == 1)
LCD_SetBackColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line4,pucStr);
LCD_SetBackColor(Blue);
//索引在第2个阈值设置
sprintf((char*)pucStr," Threshold 2: %02ucm ",pucTh[1]);
if(ucState == 2)
LCD_SetBackColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line6,pucStr);
LCD_SetBackColor(Blue);
//索引在第3个阈值设置
sprintf((char*)pucStr," Threshold 3: %02ucm ",pucTh[2]);
if(ucState == 3)
LCD_SetBackColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line8,pucStr);
LCD_SetBackColor(Blue);
}
}
LCD屏幕简要分析：️ ️
- 如果ucState为0，是液位状态显示界面，否则是设置界面。
- 巧妙使用空格重叠另一个界面显示数据；
5、ADC处理程序设计
/********************************************************************************************** *函数：void ADC_Proc(void) *功能：ADC采集电位器R37的电压信号 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：无 **********************************************************************************************/
void ADC_Proc(void)
{
if(!ucState && ucSec != ucSec1)
{
ucSec1 = ucSec;
uiAdc_Val = ADC1_Conv(); //获取装换值
ucHeight = uiAdc_Val*100/4095; //计算液位高度 ADC_Val = V * 4095 / 3.3
if(ucHeight < pucTh[0])
ucLevel = 0;
else if(ucHeight < pucTh[1])
ucLevel = 1;
else if(ucHeight < pucTh[2])
ucLevel = 2;
else
ucLevel = 3;
if(ucLevel != ucLevel1)
{
if(ucLevel > ucLevel1) //液位升高
printf("A:H%02u+L%01u+U\r\n",ucHeight,ucLevel);
else //液位减低
printf("A:H%02u+L%01u+D\r\n",ucHeight,ucLevel);
ucLevel1 = ucLevel;
ucLd2 = 1; //等级改变
}
}
}
ADC模拟液位电压简要分析：️ ️
- 在液位显示界面，进行1S采集一次模拟液位电压电位器；
- 根据获取到的AD值进行公式转换为高度，判断高度在液位的那个阈值范围内，从而得知当前的液位等级；
- 通过ucLevel1判断液位等级是否发送改变，根据液位改变给串口发送相对应的消息，并进行Ld2的5次闪烁。
6、UART处理程序设计
/********************************************************************************************** *函数：void UART_Proc(void) *功能：串口查询与发送函数 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：无 **********************************************************************************************/
void UART_Proc(void)
{
if(pucRcv[0] == 'C')
printf("C:H%02u+L%01u\r\n",ucHeight,ucLevel);
if(pucRcv[0] == 'S')
printf("S:TL%02u+TM%02u+TH%02u\r\n",pucTh[0],pucTh[1],pucTh[2]);
if(pucRcv[0] == 'C' || pucRcv[0] == 'S')
ucLd3 = 1; //串口查询
pucRcv[0] = 0;
}
串口UART简要分析：️ ️
- 判断串口接收到的字符，是否和系统设置参数一致，执行相对应的功能。
- 接收完之后，重新把pucRcv缓冲区恢复默认值。
7、LED处理程序设计
/********************************************************************************************** *函数：void SysTick_Handler(void) *功能：滴答定时器中断函数 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：每1模式进入一次 **********************************************************************************************/
void SysTick_Handler(void)
{
ulTick_ms++;
if(ulTick_ms%1000 == 0)
{
ucSec++;
ucLed ^=1; //LD1闪烁
}
if(ucLd2)
{
if(ulTick_ms%200 == 0)
{
if(ucNum--)
ucLed ^= 2; //LD2闪烁5次
else
{
ucLd2 = 0;
ucNum = 10;
}
}
}
if(ucLd3)
{
if(ulTick_ms%200 == 0)
{
if(ucNum--)
ucLed ^= 4; //LD3闪烁5次
else
{
ucLd3 = 0;
ucNum = 10;
}
}
}
LED_Disp(ucLed);
}
系统滴答定时器简要分析：️ ️
- 设置了1ms，中断进入这个函数一次，实现精准的计时。
- 如果液位等级发送变化，则LD2闪烁5次；如果接收到串口的指令，则LD3进行闪烁5次，闪烁完后清除标志位。
8、USART2处理程序设计
/********************************************************************************************** *函数：void USART2_IRQHandler( void ) *功能：接收串口2的数据 *输入：无 *输出：无 *特殊说明：接收串口2的中断服务函数 **********************************************************************************************/
void USART2_IRQHandler(void)
{
pucRcv[0] = USART_ReceiveData(USART2);
}
简要分析：️ ️
- 串口中断函数，串口接收到数据进入中断把数据保存到pucRcv数组中。
三、实现功能过程的注意与学习点
1、注意点
①如何定义全局变量，使各个外设功能耦合在一起！
2、学习的知识点
- ①实现模块化编程，每个外设的功能单独定义一个函数；
- ②巧妙地定义一个数组，保存液位各个等级的阈值，还实现阈值的加减操作；
- ③学会定义标志位，判断当前状态是否发生改变，防止长按按键、液位等级变化检测等功能；
- ④实现串口的中断接收服务函数；
️ ️ ️ ️ ️ ️
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