電設管道鋼珠的程序和電路原理圖+51單片機源程序

ID:472971 · 發表于 2019-1-25 22:11

電路原理圖如下：

系統理論分析與計算

1、管道傾斜角度的分析

小球在管道中運動需要受力，通過受力分析獲取受力之間的關系角度；與力聯系在一起的是加速度a，從而引入小球運動速度的公式；考慮到摩擦力，小球釋放的方式，傳感器的位置，通過整體固定來減小誤差；通過程序對時間的精進減小誤差。傳感器A距離A端及S1 = 28.5cm,傳感器B距離B端S2 = 2cm。摩擦系數0.04。

2、小球滾動加速度a的計算
（1）小球在管道中運動速度分析

當從管道口放下小球時速度為零，通過加速度a變速運動，在通過兩個電感式接近開關會計算這段距離的時間，通過物理分析可得方程組：S1 = 1/2*a*T1^2; S2 =(a*T1)*T2 + 1/2*a*T2^2;綜合方程組可得S2/S1 = 2S1*(T2/T1) + S1*(T2/T1)^2;令x=T2/T1;

（2）將帶回公式S2/S1 = 2S1*(T2/T1) +S1*(T2/T1)^2求算T1

代入公式會得(x+1)^2 = S2/S1;求得T1，T1 = T2/((S2/S1+1)^1/2-1);

（3）求出加速度a

因為a=2*S1/T1^2;兩傳感器間的距離已知；

所以最終a=(2S2+4S1-4*(S1*S2+S1^2)^1/2)/T1^2;

3、所求夾角余弦值的計算
（1）受力分析

小球在運動過程中會受到重力，管壁的支持力和摩擦力，通過物理公式m*g*Sinx - u*m*g*Cosx =ma;（注：u為摩擦系數，m為質量，a為加速度，x為角度）

（2）夾角余弦值的公式化簡

通過數學三角函數公式化簡得到最終等式為：Cosx=(-a*u+(-a^2+g^2+g*u^2)^1/2)/(g*(1+u^2));參數帶入得算法公式：x=(（0.5503*t^3-3.535*T^2）+72.59*x-260.5)/(x-8.322)+0.5;程序的設計

（1）程序功能描述與設計思路

通過3個獨立按鍵分別實現切換菜單，設置角度顯示數據

1）通過單片機檢測從傳感器檢測得來的開關量，實現對通過鋼珠的計數并顯示；

2）對比兩個鋼珠通過傳感器的時間，顯示鋼珠運動方向；

3）通過采樣鋼珠在不同角度通過兩個傳感器的時間差進行擬合曲線，得出擬合曲線方程并計算，從而顯示出管道的的傾斜角度；

單片機源程序如下:

#include "reg51.h"
#define LCDPORT P0 //液晶的數據口
sbit DU = P2^0; //數碼管段選
sbit WE = P2^1; //數碼管位選
sbit CS88 = P2^2; //8X8點陣使能
sbit DS1302=P2^7; //HJ-C52主板時鐘復位關掉DS1302 以免影響其他IO口實驗。
sbit LCD1602=P2^5;//HJ-C52主板 LCD1602復位關掉LCD1602顯示以免影響其他IO口實驗。
sbit LCD1602_RS = P1^0; //位定義，液晶的數據/命令選擇
sbit LCD1602_RW = P1^1; //位定義，液晶的讀寫選擇
sbit LCD1602_EN = P2^5; //位定義，液晶使能信號
sbit k1=P3^4; //選擇
sbit k2=P3^5; //確認返回
sbit k3=P3^6; //加
sbit k4=P3^7; //減
sbit catch_A = P2^0; //A傳感器引腳定義
sbit catch_B = P2^4; //B傳感器引腳定義
unsigned int ang,time,ang_ge,ang_shi,ang_bai,power;
float time_buff=0;
char buft = 0;
char i=0,j=0,n=0,flag_1=0,flag_2=0,flag_0=1,flag_buf=0;
char ten,bits,a,b,c,d,z=1;
char NO_a = 0,NO_b = 0,buff;//NO_a、NO_b分別代表A傳感器、B傳感器檢測到的鋼珠數，buff表示識別運動方向的標志
unsigned char code ucForum0[] =" Welcome SZ076 ";
unsigned char code ucForum_0[] =" Pipe Ball Move";
unsigned char code ucForum[] ="ang:"; //在CODE區定義一個用于顯示的常量字符串
unsigned char code ucForum1[]="Set fuc:";
unsigned char code ucForum2[]="Num:";
unsigned char code ucForum3[]="Dir:";
unsigned char code ucForum5[]="Cyc:";
void conversion(char date);
void direction();
void screen_0();
void screen_1();
void screen_2();
void hj_c52(); //HJ-C52復位函數
void key_control();
void Delay(unsigned int uiCount); //延時函數
void LCD1602_CheckBusy(void); //液晶忙檢測
void LCD1602_WriteInformation(unsigned char ucData,bit bComOrData); //在液晶上寫數據或者寫命令，0為命令，1為數據
void LCD1602_Init(void); //液晶初始化
void LCD1602_MoveToPosition(unsigned char x,unsigned char y); //液晶的坐標移動到指定位置
void LCD1602_DisplayOneCharOnAddr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char ucData); //在液晶指定位置顯示字符
void LCD1602_DisplayString(unsigned char addr,unsigned char *ucStr); //在液晶上顯示字符串
//按鍵控制
void key_control()
{
if(k1==0)
{
j++;
while(k1!=1);
if(j==2) j=0;
}
if(k2 == 0)
{
i++;
if(i==1)
{
flag_0=0;
flag_1=1;
flag_2=0;
}
else
{
flag_1=0;
flag_2=1;
flag_0=0;
}
if(i>=2) i=0;
NO_b=0; //將計過的球數清零
buff = 0; //將運動方向標志清零
while(k2!=1);
LCD1602_WriteInformation(0x01,0);
}
if(k3==0)
{
n++;
while(k3!=1);
}
if(k4==0)
{
n--;
while(k4!=1);
}
}
//數據處理
void conversion(char date)
{
date<0?date=-date:date;
ten=date/10+0x30;
bits=date%10+0x30;
}
// 判斷小球運動方向
void direction()
{
while(catch_A == 0) //判斷小球通過A傳感器與否
{
if(c == 0)
{
NO_a++;
c++; //防止觸發A傳感器期間多次執行NO_a++;
}
a = 1;
if(a > b)
{
buff = 2; // 從B到A
a = 0;
}
}
c = 0;
while(catch_B == 0)
{
if(d == 0)
{
NO_b++;
d++;
}
b = 1 ;
if(b > a)
{
buff = 1; //從A到B
b = 0;
}
}
d = 0;
}
//初始界面
void screen_0()
{
if(flag_0==1)
{
LCD1602_DisplayString(0x80,ucForum0); //顯示的內容
LCD1602_DisplayString(0xc0,ucForum_0); //顯示的內容
}
}
//界面一
void screen_1()
{
if(flag_1==1)
{
if(j==0)
{
LCD1602_WriteInformation(0xcf,0);
LCD1602_WriteInformation(42,1);
z+=n;
if(z>=4) z=1;
if(z<=0) z=3;
n=0;
}
LCD1602_DisplayString(0x80,ucForum); //顯示的內容
LCD1602_DisplayString(0xc0,ucForum1); //顯示的內容
LCD1602_WriteInformation(0xca,0);
LCD1602_WriteInformation(z%10+48,1);
}
}
void screen_2() //界面二
{
char Cyc = 0;
if(flag_2==1)
{
LCD1602_DisplayString(0x80,ucForum2); //Num
LCD1602_DisplayString(0x88,ucForum3); //Dir
LCD1602_DisplayString(0xc0,ucForum5); //Cyc
switch(z)
{
case 1:
conversion(NO_b);
LCD1602_WriteInformation(0x84,0); //計數
LCD1602_WriteInformation(ten,1);
LCD1602_WriteInformation(0x85,0);
LCD1602_WriteInformation(bits,1);
break;
case 2:
if(buff == 1) //方向
{
LCD1602_WriteInformation(0x8c,0);
LCD1602_WriteInformation(0x30,1);
LCD1602_WriteInformation(0x8d,0);
LCD1602_WriteInformation(1+0x30,1);
}
if(buff == 2)
{
LCD1602_WriteInformation(0x8c,0);
LCD1602_WriteInformation(1+0x30,1);
LCD1602_WriteInformation(0x8d,0);
LCD1602_WriteInformation(0x30,1);
}
break;
// case 3:
// flag_buf=1; //角度
// angle_zhi();
// LCD1602_WriteInformation(0xc4,0);
// LCD1602_WriteInformation((power/10)+0x30,1);
// LCD1602_WriteInformation(0xc5,0);
// LCD1602_WriteInformation(((power%10))+0x30,1);
// conversion(power);
// LCD1602_WriteInformation(0xc4,0);
// LCD1602_WriteInformation(ten,1);
// LCD1602_WriteInformation(0xc5,0);
// LCD1602_WriteInformation(bits,1);
// LCD1602_WriteInformation(0xc6,0);
// LCD1602_WriteInformation(time/1000+0x30,1);
// LCD1602_WriteInformation(0xc7,0);
// LCD1602_WriteInformation(time/100%10+0x30,1);
// LCD1602_WriteInformation(0xcd,0);
// LCD1602_WriteInformation(time/10%10+0x30,1);
// LCD1602_WriteInformation(0xcf,0);
// LCD1602_WriteInformation(time%10+0x30,1);
// break;
case 3: //周期
Cyc=NO_b/2;
conversion(Cyc);
LCD1602_WriteInformation(0xc4,0);
LCD1602_WriteInformation(ten,1);
LCD1602_WriteInformation(0xc5,0);
LCD1602_WriteInformation(bits,1);
break;
}
}
}
//main函數
void main()
{
hj_c52(); //HJ-C52復位函數
LCD1602_Init(); //液晶初始化
TMOD=0x01; //
TH0=0;
TL0=0;
while(1) //程序循環
{
key_control();
screen_0();
screen_1();
screen_2();
direction();
if(k1 == 0)
{
Delay(20);
if(k1==0)
{
flag_buf++;
while(k1 != 1);
}
}
while(flag_buf==1)
{
if(catch_A == 0)
{
TH0 = 0;
TL0 = 0;
TR0 = 1; //定時器T0計數
while(catch_B == 1)
{
if(TF0 == 1)
{
buft++;
TF0 = 0;
}
}
TR0 = 0 ; //定時器T0停止
time=((TH0*256) + TL0 + (65536*buft))/10; //ms為單位
time_buff=time/100.0;
power=(int)((-(0.6566*time_buff*time_buff)+28.75*time_buff+13.76)/(time_buff-8.925))+0.5;
conversion(power);
LCD1602_WriteInformation(0x84,0);
LCD1602_WriteInformation(ten,1);
LCD1602_WriteInformation(0x85,0);
LCD1602_WriteInformation(bits,1);
TH0 = 0;
TL0 = 0;
time = 0;
buft = 0;
}
if(k1 == 0)
{
Delay(20);
if(k1==0)
{
flag_buf++;
while(k1 != 1);
}
}
}
if(flag_buf==2)
{
flag_buf=0;
LCD1602_WriteInformation(0x01,0);
}
}
}
/******************************************************************************
函數名稱：LCD1602_CheckBusy
函數功能：忙檢測
*******************************************************************************/
void LCD1602_CheckBusy(void)
{
unsigned char i = 255;
LCDPORT = 0xFF; //讀之前先置位，準備讀取IO口數據
LCD1602_RS = 0;
LCD1602_RW = 1; //使液晶處于讀數據狀態
LCD1602_EN = 1; //使能液晶，高電平有效
while((i--) && (LCDPORT & 0x80)); //忙檢測
LCD1602_EN = 0;
}
/******************************************************************************
函數名稱：LCD1602_WriteInformation
函數功能：向LCD1602液晶寫入數據或者命令
********************************************************************/
void LCD1602_WriteInformation(unsigned char ucData,bit bComOrData)
{
LCD1602_CheckBusy(); //在寫入數據或者命令前先進行忙檢測
LCDPORT = ucData; //先將數據或者命令送至IO
LCD1602_RS = bComOrData; //確定是寫入數據還是寫命令
LCD1602_RW = 0; //使液晶處于寫入信息狀態
LCD1602_EN = 1; //使能液晶，高電平有效
LCD1602_EN = 0;
}
/******************************************************************************
函數名稱：LCD1602_Init
函數功能：液晶初始化函數
*******************************************************************************/
void LCD1602_Init(void)
{
LCD1602_WriteInformation(0x38,0);
Delay(200);
LCD1602_WriteInformation(0x38,0);
Delay(100);
LCD1602_WriteInformation(0x38,0);
Delay(100);
LCD1602_WriteInformation(0x38,0); //寫入命令，5x7點陣工作方式，8位數據接口
Delay(100);
LCD1602_WriteInformation(0x0c,0); //顯示設置，開顯示，光標不顯示，不閃爍
Delay(20);
LCD1602_WriteInformation(0x01,0); //清屏指令
Delay(20);
}
/******************************************************************************
函數名稱：LCD1602_MoveToPosition
函數功能：將液晶的光標移動到指定的位置
*******************************************************************************/
void LCD1602_MoveToPosition(unsigned char x,unsigned char y)
{
if(0 == x)
LCD1602_WriteInformation((0x80 | y),0); //光標定位到第一行的y列
if(1 == x)
LCD1602_WriteInformation((0xC0 | y),0); //光標定義到第二行的y列
}
/******************************************************************************
函數名稱：LCD1602_DisplayOneCharOnAddr
函數功能：在指定的位置上顯示指定的字符
*******************************************************************************/
void LCD1602_DisplayOneCharOnAddr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char ucData)
{
LCD1602_MoveToPosition(x,y); //光標位置
LCD1602_WriteInformation(ucData,1); //寫入數據
}
/******************************************************************************
函數名稱：LCD1602_DisplayString
函數功能：顯示字符串
*******************************************************************************/
void LCD1602_DisplayString(unsigned char addr,unsigned char *ucStr)
{
LCD1602_WriteInformation(addr,0);
while(*ucStr != '\0') //字符串結束之前，循環顯示
{
LCD1602_WriteInformation(*ucStr,1); //依次寫入每一個字符
ucStr++; //指針增加
}
}
/******************************************************************************
函數名稱：Delay
函數功能：延時函數
*******************************************************************************/
void Delay(unsigned int uiCount)
{
unsigned char j = 244;
for(;uiCount > 0;uiCount--) while(--j);
}
/******************************************************************/
// 以下為HJ-C52復位函數
/******************************************************************/
void hj_c52()
{
LCD1602=0;//關掉LCD1602 以免影響點陣管IO口電評
DS1302=0;//關掉DS1302 以免影響點陣管IO口電評
CS88=0; //關掉8X8點陣顯示
WE=1;
P0=0Xff;
WE=0; //關掉數碼管顯示
CS88=0; //關掉8X8點陣顯示
}