[嵌入式]基于单片机倾角检测仪设计分享

目录

【功能介绍】

【原理图】

【PCB】?

【实物图】

【元器件清单】

【源代码】

【参考文献】

【功能介绍】

本设计利用51单片机为主控系统，采用三轴加速度传感器ADXL345进行倾角测量，可以实现两大功能：

• 实时显示当前测量的角度值；
• 可以设置角度报警值，到达设定角度进行报警功能。

【原理图】

????????原理图中包含单片机最小系统，按键电路，显示模块，电源模块，蜂鸣器模块，倾角检测模块等；如需详细资料可私信作者或加微信biyezhan007

【PCB】?

【实物图】

【元器件清单】

【源代码】

#include  <reg52.H>				 //头文件调用
#include "ADXL345.h"			 //调用倾角传感器的控制程序函数
#include "LCD1602.h"			 //调用LCD1602 的显示控制函数
#include "eeprom52.h"			 //调用LCD1602 的显示控制函数


#define   uchar unsigned char  //简化宏定义
#define   uint unsigned int	   //简化宏定义

sbit Key_1=P1^0;		//校零按键定义IO口
sbit Key_2=P1^1;		//绝对校零按键定义IO口

sbit Key_3=P1^2;		//暂停显示控制按键

sbit Key_4=P1^3;
sbit Key_5=P1^4;
sbit Key_6=P1^5;


sbit Beep=P2^3;		 //蜂鸣器标志位

bit  angle_flag=0;	 //判断处于绝对角度还是相对角度	，angle_flag=0绝对角度显示 Absolute angle、    =1相对显示	  relative angle


int xDat,yDat,zDat;		//倾角度传感器的暂存数据变量
int x,y,z;				//角度数据滤波计算暂存变量
int xNum,yNum,zNum;		//角度数据滤波计算暂存变量
int ShowDatx,ShowDaty,ShowDatz;	 //滤波后的角度数据变量
bit SysError,key1,key2,key3,key4,key5,key6,SysMode;  //系统错误标志位，按键控制3个标志位，系统显示状态标志位
uint ButtonTime=0;			//按键等待延时变量

int AngleDat,Dat1AngleDat;  //实时角度值暂存变量
int AngleDat_value=0;

float AngleDatx,CalibrationDat;	  //实际角度值、校准角度值

uchar state,ms;		 //数据显示变量，定时变量
bit s1,Beep1;		 //数据闪烁标志位，蜂鸣器报警标志位


/*

无论是什么单片机，只要是用内部存储区域EEPROM基本使用都是这样

关于内部存储区，EEPROM，不同的单片机使用流程基本一致，单片机内部有很多存储单元，或者说扇区，每一个扇区下面有很多地址，
数据就是存储在这些地址下面的。存储函数的程序都是官方提供好的，这些程序，咱们只需要用三个，一个是扇区擦除函数，一个是
数据写函数，还有一个就是数据读取函数。
扇区擦除函数------使用哪个扇区，先对那个扇区进行擦，函数里填写要擦除扇区的首地址  例如  SectorErase（0x2000）;就是说擦除首地址为0x2000的扇区数据  
数据存储----------扇区擦除之后，就可以使用这个扇区下的地址进行存储数据     例如   byte_write（0x2000,123）;  就是说将123存储在0x2000地址下
数据读取----------直接调用即可，例如     Dat=byte_read（0x2000）;就是说将0x2000地址下的数据读取出来给  Dat


另外----
//51单片机存储区域是8位的，也就是说能够存下的最大数据是 255，而我们存的数据一旦大于256就会出现一些问题
//所以，如果您的设计需要存储的数据大于256，那就把数据拆开存   /256得到高位    %256得到低位，之所以是256，是因为0-255,256个数
// 例如数据257           257/256=1        257%256=1    ,这就存进去两个1，读取的时候，将高位数据乘以256加低位数据，还原数据

*/




//按键处理函数，平常按键处理是，判断按键按下，延时消抖，再次判断，然后按键死循环等待释放，但是这样会有
//一些问题，就是如果我按键一直按下，不松开，就会一直等待按键释放，程序就会死在那，所以就不用这种按键处理
//换了一种变量判断形势的，比如说我将一个变量在按键不按下的时候等于0，按键按下的时候进行累加，当数值累加到
//一定程度，再次判断按键是否按下，如果按键真的按下，就执行，这种思路
void ButtonCode()		//系统按键控制函数
{
	if(!Key_2)				 //恢复绝对零度的校准值
	{
		CalibrationDat=0;	 //清除校0标志位
		angle_flag=0;
	}
	if(!Key_1)				 //校准零度  记录在绝对零度下的 角度值   （重要）
	{
		if(ButtonTime<1000) ButtonTime++;	//变量累加
		if(!Key_1 && ButtonTime>4)			//变量加到四之后，就进行再次判断按键是否按下
		{
			if(!key1)						//是按键按下，只要这个变量等于1，就执行一次按键操作，并且变量清零，确保执行一次
			{
				key1=1;
				CalibrationDat=AngleDatx;  //校零时记录当前系统的角度值
				angle_flag=1;
			}
		}else key1=0;
		
	}else if(!Key_3)
	{
		if(ButtonTime<1000) ButtonTime++;
		if(!Key_3 && ButtonTime>4)
		{
			if(!key3)
			{
				key3=1;
				SysMode=!SysMode;	  //显示角度锁定状态标志位置位
			}
		}else key3=0;
	}else if(!Key_4)				 //校准零度  记录在绝对零度下的 角度值   （重要）
	{
		if(ButtonTime<1000) ButtonTime++;
		if(!Key_4 && ButtonTime>4)
		{
			if(!key4)
			{
				key4=1;
				state=(state+1)%2;
			}
		}else key4=0;
		
	}else if(!Key_5)
	{
		if(ButtonTime<1000) ButtonTime++;
		if(!Key_5 && ButtonTime>4)
		{
			if(ButtonTime>80)
			{
				ButtonTime=75;
				key5=0;
			}
			if(!key5)
			{
				key5=1;
				if(state==1)
				{
					if(Dat1AngleDat<180)
					{
						Dat1AngleDat++;	
						SectorErase(0x2000);
						byte_write(0x2000,Dat1AngleDat);

					}
				}
			}
		}else key5=0;
	}else if(!Key_6)
	{
		if(ButtonTime<1000) ButtonTime++;
		if(!Key_6 && ButtonTime>4)
		{
			if(ButtonTime>80)
			{
				ButtonTime=75;
				key6=0;
			}
			if(!key6)
			{
				key6=1;
				if(state==1)
				{
					if(Dat1AngleDat>0)
					{
						Dat1AngleDat--;
						SectorErase(0x2000);
						byte_write(0x2000,Dat1AngleDat);
					}
				}
			}
		}else key6=0;
	}else ButtonTime=0;
}


/*
    1602液晶，是常用的显示器件，一共是16个管脚，其中有八个管脚是数据传输管脚，有三个管脚是数据命令使能端管脚，还有两组电源管脚，
其中一组电源管脚是给整个液晶进行供电的，还有一组电源是单纯的背景光电源，还剩下的最后一个管脚是对比度调节管脚，一般接上一个3K电
阻再接地即可。
一般我们用的函数，无非就是  LCD1602_write 和 LCD1602_writebyte
LCD1602_write(x,y);   这个函数括号里面可以填写两个数据，第一个数据只能是 0  1 ，是0就说明第二个数据对液晶来说就是命令，填1就说明
第二个数据对于液晶来说就是要显示的数据。
LCD1602_writebyte（）；  这个函数里面直接填上要显示的字符串即可，自动进行显示
 
 
*/


void ShowCode()	   //显示控制函数
{
	if(ShowDaty>=0)	//判断当前系统设备当前角度处于正半轴还是负半轴		 //计算绝对零度时的  角度数据
	{
		if(ShowDatz>=0)	//判断当前角度是否为0°-90°  / 还是90°-180°的饭
		{
			AngleDatx=(float)ShowDaty*90/257;	//计算当前角度值0-90  （当前角度=Y周角度数据*90°  / Y轴最大90°时对应的角度数据）
		}else
		{
		   	AngleDatx=((float)2570-ShowDaty)*90/257+900;  //计算当前角度值90-180  （当前角度=Y周角度数据*90°  / Y轴最大90°时对应的角度数据+90°）-
		}
	}else
	{
		if(ShowDatz>=0)	   //判断当前角度是否为-0°→ -90°  / 还是-90°  →  -180°的饭
		{
			AngleDatx=(float)ShowDaty*90/257;	 //计算当前角度值0--90  （当前角度=Y周角度数据*90°  / Y轴最大90°时对应的角度数据）
		}else
		{
			AngleDatx=(float)((ShowDaty*-1)-2570)*90/257-900;	  //计算当前角度值90-180  （当前角度=Y周角度数据*90°  / Y轴最大90°时对应的角度数据-90°）-
		}
	}

	ButtonCode();		 //调用按键控制程序
	AngleDatx=AngleDatx-CalibrationDat; //零点校准部分程序
	if(AngleDatx>1800)		   //角度值划分  超限制计算实际角度值
	{
		AngleDatx=-1800+(AngleDatx-1800); //角度值划分  超限制计算实际角度值	
	}else if(AngleDat<-1800)
	{
		AngleDatx=1800+(AngleDatx+1800);    //角度值划分  超限制计算实际角度值
	}
	AngleDat=(int) AngleDatx;  //赋值当前角度值并显示
	
	if(state==0)
	{
		LCD1602_write(0,0x80);		// 81   95    90   -90
		if(angle_flag==0) 	LCD1602_writebyte(" Absolute angle ");
		else 				LCD1602_writebyte(" Relative angle ");
		
		LCD1602_write(0,0xC0);		 //显示到第二行
		LCD1602_writebyte("DAT:");	//显示当前角度值
		if(SysMode==0)
		{	AngleDat_value=AngleDat;
			if(AngleDat<0)			//如果角度为负数
			{
				LCD1602_writebyte("-");				//显示对应的数据
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat*-1/1000%10);
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat*-1/100%10);				
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat*-1/10%10);
				LCD1602_writebyte(".");				
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat*-1%10);	
			}else
			{					   	//如果角度为正数
				LCD1602_writebyte(" ");
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat/1000%10);	   //显示对应的数据
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat/100%10);				
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat/10%10);
				LCD1602_writebyte(".");				
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat%10);			
			}
			LCD1602_write(1,0xdf);	//单位显示符号
			if((Dat1AngleDat*10<AngleDat || Dat1AngleDat*-10>AngleDat) && Dat1AngleDat!=0) Beep1=1;
			else Beep1=0;
		}
		else 
		 {
		    
        	if(AngleDat_value<0)			//如果角度为负数
			{
				LCD1602_writebyte("-");				//显示对应的数据
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat_value*-1/1000%10);
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat_value*-1/100%10);				
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat_value*-1/10%10);
				LCD1602_writebyte(".");				
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat_value*-1%10);	
			}else
			{					   	//如果角度为正数
				LCD1602_writebyte(" ");
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat_value/1000%10);	   //显示对应的数据
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat_value/100%10);				
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat_value/10%10);
				LCD1602_writebyte(".");				
				LCD1602_write(1,0x30+AngleDat_value%10);			
			}
		 }

		LCD1602_write(0,0xC0+11);
		if(SysMode==0)				  //显示系统状态
		{
			LCD1602_writebyte("  ON ");
		}else
		{
			LCD1602_writebyte("  OFF");
		}
	}else
	{
		LCD1602_write(0,0x80);
		LCD1602_writebyte("Alarm Value:");
		if(state==1&&s1==1)
		{
			LCD1602_writebyte("    ");	
		}else
		{
			LCD1602_write(1,0x30+Dat1AngleDat/100%10);	   //显示对应的数据
			LCD1602_write(1,0x30+Dat1AngleDat/10%10);				
			LCD1602_write(1,0x30+Dat1AngleDat%10);		
		}
		LCD1602_write(1,0xdf);	//单位显示符号	
		LCD1602_write(0,0xC0);
	    LCD1602_writebyte("                ");
	}
}

void interrupt_Init(void)
{
	TMOD=0x01;	   //定义两个定时器
	TL0 = 0x00;		//设置定时初值
	TH0 = 0x4C;		//设置定时初值	
	EA=1;          //开总中断
	ET0=1;
	TR0=1; 	
}

void main()	   //系统主程序
{ 
	uchar IDDat,cs;
	interrupt_Init();
	LCD1602_cls();	 //系统初始化，   液晶显示初始化
	Dat1AngleDat=byte_read(0x2000);
	


	if(Dat1AngleDat>180 || Dat1AngleDat<0)
	{				 
		Dat1AngleDat=45;
		SectorErase(0x2000);
		byte_write(0x2000,Dat1AngleDat);
					
	}

	Init_ADXL345();                 	//初始化ADXL345
	IDDat=Single_Read_ADXL345(0X00);	//读出的数据为0XE5,表示正确
	if(IDDat!=0XE5)	SysError=1;		//判断传感器是否正常
	else SysError=0;
	while(1)                         	//循环
	{ 
		if(SysError==0)		  //如果系统传感器正常  则
		{
			if(cs<10)	//读取角度滤波计算函数部分	    连续记录10次X、Y、Z角度数据
			{
				cs++;
				Multiple_Read_ADXL345();       	//连续读出数据，存储在BUF中	  
				xDat=BUF[1]*256+BUF[0];		  //连续读取XYZ的实时角度距离
				yDat=BUF[3]*256+BUF[2];
				zDat=BUF[5]*256+BUF[4];
				xNum+=xDat;					  //记录10次的XYZ总数据
				yNum+=yDat;
				zNum+=zDat;
			}else
			{
				x=x*0.7+xNum*0.3;		//滤波计算函数部分
				y=y*0.7+yNum*0.3;
				z=z*0.7+zNum*0.3;
				ShowDatx= x;		   //得出滤波后的系统角度数据
				ShowDaty= y;
				ShowDatz= z;
				cs=0;
				xNum=yNum=zNum=0;	 //清除	 记录10次的XYZ总数据
			}		
		}   
		ShowCode();		     		   //调用系统显示计算角度函数
	}
} 												  //传感器错误


void init_1() interrupt 1    //定时器0中断服务程序
{
	TH0=0x3c;	   	//重新赋值
	TL0=0xb0;
	ms++;		 //计时变量计时
	if(ms%2==0)						//250ms定时
	{
		if(Beep1==1) Beep=!Beep;	//只要beep等于1，蜂鸣器就会滴滴滴滴的响
		else Beep=1;				//否则就是不响
	}
	if(ms%10==0)			   //500ms定时
	{	
		s1=!s1;
	}
	if(ms>19)	      //1s定时
	{
		ms=0;
	}
}

本文介绍了在设计的过程的关键点，供大家参考学习，如果有错误或者不明白的可以直接私信作者，或者添加微信biyezhan007。

其他资料

【参考文献】

[1]肖金球，冯翼.增强型51单片机与仿真技术[M].北京：清华大学出版社社,?

[2]肖金球.单片机原理与接口技术[M].北京：清华大学出版社,2004,17-128.?

[3]周鸿武.基于单片机的酒精浓度检测仪设计[J].制造业自动化2012,02.?

[4]?康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].高等教育出版社，2006年

[5]?康华光.电子技术基础数字部分（第五版）[M].高等教育出版社，2006年

[6]?纪宗南.单片机外围器件使用手册—输入通道器件分册[M].北京航空航天大学出版社，2005年?

[7]贾伯年.传感器技术[M].东南大学出版社，2000年

[8]何希才.传感器及其应用[M].国防工业出版社，2001年

[9]郑学坚.微型计算机原理及应用[M].清华大学出版社，2006年

[10]张水利.?单片机原理及应用.?黄河水利出版社，出版年：2008年8月?

[11]谭浩强.?C程序设计.?第三版.?清华大学出版社，出版年：2005年7月

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