电设管道钢珠的程序和电路原理图+51单片机源程序

ID:472971 · 发表于 2019-1-25 22:11

电路原理图如下：

系统理论分析与计算

1、管道倾斜角度的分析

小球在管道中运动需要受力，通过受力分析获取受力之间的关系角度；与力联系在一起的是加速度a，从而引入小球运动速度的公式；考虑到摩擦力，小球释放的方式，传感器的位置，通过整体固定来减小误差；通过程序对时间的精进减小误差。传感器A距离A端及S1 = 28.5cm,传感器B距离B端S2 = 2cm。摩擦系数0.04。

2、小球滚动加速度a的计算
（1）小球在管道中运动速度分析

当从管道口放下小球时速度为零，通过加速度a变速运动，在通过两个电感式接近开关会计算这段距离的时间，通过物理分析可得方程组：S1 = 1/2*a*T1^2; S2 =(a*T1)*T2 + 1/2*a*T2^2;综合方程组可得S2/S1 = 2S1*(T2/T1) + S1*(T2/T1)^2;令x=T2/T1;

（2）将带回公式S2/S1 = 2S1*(T2/T1) +S1*(T2/T1)^2求算T1

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

（3）求出加速度a

因为a=2*S1/T1^2;两传感器间的距离已知；

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

3、所求夹角余弦值的计算
（1）受力分析

小球在运动过程中会受到重力，管壁的支持力和摩擦力，通过物理公式m*g*Sinx - u*m*g*Cosx =ma;（注：u为摩擦系数，m为质量，a为加速度，x为角度）

（2）夹角余弦值的公式化简

通过数学三角函数公式化简得到最终等式为：Cosx=(-a*u+(-a^2+g^2+g*u^2)^1/2)/(g*(1+u^2));参数带入得算法公式：x=(（0.5503*t^3-3.535*T^2）+72.59*x-260.5)/(x-8.322)+0.5;程序的设计

（1）程序功能描述与设计思路

通过3个独立按键分别实现切换菜单，设置角度显示数据

1）通过单片机检测从传感器检测得来的开关量，实现对通过钢珠的计数并显示；

2）对比两个钢珠通过传感器的时间，显示钢珠运动方向；

3）通过采样钢珠在不同角度通过两个传感器的时间差进行拟合曲线，得出拟合曲线方程并计算，从而显示出管道的的倾斜角度；

单片机源程序如下:

#include "reg51.h"
#define LCDPORT P0 //液晶的数据口
sbit DU = P2^0; //数码管段选
sbit WE = P2^1; //数码管位选
sbit CS88 = P2^2; //8X8点阵使能
sbit DS1302=P2^7; //HJ-C52主板时钟复位关掉DS1302 以免影响其他IO口实验。
sbit LCD1602=P2^5;//HJ-C52主板 LCD1602复位关掉LCD1602显示以免影响其他IO口实验。
sbit LCD1602_RS = P1^0; //位定义，液晶的数据/命令选择
sbit LCD1602_RW = P1^1; //位定义，液晶的读写选择
sbit LCD1602_EN = P2^5; //位定义，液晶使能信号
sbit k1=P3^4; //选择
sbit k2=P3^5; //确认返回
sbit k3=P3^6; //加
sbit k4=P3^7; //减
sbit catch_A = P2^0; //A传感器引脚定义
sbit catch_B = P2^4; //B传感器引脚定义
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分别代表A传感器、B传感器检测到的钢珠数，buff表示识别运动方向的标志
unsigned char code ucForum0[] =" Welcome SZ076 ";
unsigned char code ucForum_0[] =" Pipe Ball Move";
unsigned char code ucForum[] ="ang:"; //在CODE区定义一个用于显示的常量字符串
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复位函数
void key_control();
void Delay(unsigned int uiCount); //延时函数
void LCD1602_CheckBusy(void); //液晶忙检测
void LCD1602_WriteInformation(unsigned char ucData,bit bComOrData); //在液晶上写数据或者写命令，0为命令，1为数据
void LCD1602_Init(void); //液晶初始化
void LCD1602_MoveToPosition(unsigned char x,unsigned char y); //液晶的坐标移动到指定位置
void LCD1602_DisplayOneCharOnAddr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char ucData); //在液晶指定位置显示字符
void LCD1602_DisplayString(unsigned char addr,unsigned char *ucStr); //在液晶上显示字符串
//按键控制
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; //将计过的球数清零
buff = 0; //将运动方向标志清零
while(k2!=1);
LCD1602_WriteInformation(0x01,0);
}
if(k3==0)
{
n++;
while(k3!=1);
}
if(k4==0)
{
n--;
while(k4!=1);
}
}
//数据处理
void conversion(char date)
{
date<0?date=-date:date;
ten=date/10+0x30;
bits=date%10+0x30;
}
// 判断小球运动方向
void direction()
{
while(catch_A == 0) //判断小球通过A传感器与否
{
if(c == 0)
{
NO_a++;
c++; //防止触发A传感器期间多次执行NO_a++;
}
a = 1;
if(a > b)
{
buff = 2; // 从B到A
a = 0;
}
}
c = 0;
while(catch_B == 0)
{
if(d == 0)
{
NO_b++;
d++;
}
b = 1 ;
if(b > a)
{
buff = 1; //从A到B
b = 0;
}
}
d = 0;
}
//初始界面
void screen_0()
{
if(flag_0==1)
{
LCD1602_DisplayString(0x80,ucForum0); //显示的内容
LCD1602_DisplayString(0xc0,ucForum_0); //显示的内容
}
}
//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); //显示的内容
LCD1602_DisplayString(0xc0,ucForum1); //显示的内容
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); //计数
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函数
void main()
{
hj_c52(); //HJ-C52复位函数
LCD1602_Init(); //液晶初始化
TMOD=0x01; //
TH0=0;
TL0=0;
while(1) //程序循环
{
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; //定时器T0计数
while(catch_B == 1)
{
if(TF0 == 1)
{
buft++;
TF0 = 0;
}
}
TR0 = 0 ; //定时器T0停止
time=((TH0*256) + TL0 + (65536*buft))/10; //ms为单位
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);
}
}
}
/******************************************************************************
函数名称：LCD1602_CheckBusy
函数功能：忙检测
*******************************************************************************/
void LCD1602_CheckBusy(void)
{
unsigned char i = 255;
LCDPORT = 0xFF; //读之前先置位，准备读取IO口数据
LCD1602_RS = 0;
LCD1602_RW = 1; //使液晶处于读数据状态
LCD1602_EN = 1; //使能液晶，高电平有效
while((i--) && (LCDPORT & 0x80)); //忙检测
LCD1602_EN = 0;
}
/******************************************************************************
函数名称：LCD1602_WriteInformation
函数功能：向LCD1602液晶写入数据或者命令
********************************************************************/
void LCD1602_WriteInformation(unsigned char ucData,bit bComOrData)
{
LCD1602_CheckBusy(); //在写入数据或者命令前先进行忙检测
LCDPORT = ucData; //先将数据或者命令送至IO
LCD1602_RS = bComOrData; //确定是写入数据还是写命令
LCD1602_RW = 0; //使液晶处于写入信息状态
LCD1602_EN = 1; //使能液晶，高电平有效
LCD1602_EN = 0;
}
/******************************************************************************
函数名称：LCD1602_Init
函数功能：液晶初始化函数
*******************************************************************************/
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); //写入命令，5x7点阵工作方式，8位数据接口
Delay(100);
LCD1602_WriteInformation(0x0c,0); //显示设置，开显示，光标不显示，不闪烁
Delay(20);
LCD1602_WriteInformation(0x01,0); //清屏指令
Delay(20);
}
/******************************************************************************
函数名称：LCD1602_MoveToPosition
函数功能：将液晶的光标移动到指定的位置
*******************************************************************************/
void LCD1602_MoveToPosition(unsigned char x,unsigned char y)
{
if(0 == x)
LCD1602_WriteInformation((0x80 | y),0); //光标定位到第一行的y列
if(1 == x)
LCD1602_WriteInformation((0xC0 | y),0); //光标定义到第二行的y列
}
/******************************************************************************
函数名称：LCD1602_DisplayOneCharOnAddr
函数功能：在指定的位置上显示指定的字符
*******************************************************************************/
void LCD1602_DisplayOneCharOnAddr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char ucData)
{
LCD1602_MoveToPosition(x,y); //光标位置
LCD1602_WriteInformation(ucData,1); //写入数据
}
/******************************************************************************
函数名称：LCD1602_DisplayString
函数功能：显示字符串
*******************************************************************************/
void LCD1602_DisplayString(unsigned char addr,unsigned char *ucStr)
{
LCD1602_WriteInformation(addr,0);
while(*ucStr != '\0') //字符串结束之前，循环显示
{
LCD1602_WriteInformation(*ucStr,1); //依次写入每一个字符
ucStr++; //指针增加
}
}
/******************************************************************************
函数名称：Delay
函数功能：延时函数
*******************************************************************************/
void Delay(unsigned int uiCount)
{
unsigned char j = 244;
for(;uiCount > 0;uiCount--) while(--j);
}
/******************************************************************/
// 以下为HJ-C52复位函数
/******************************************************************/
void hj_c52()
{
LCD1602=0;//关掉LCD1602 以免影响点阵管IO口电评
DS1302=0;//关掉DS1302 以免影响点阵管IO口电评
CS88=0; //关掉8X8点阵显示
WE=1;
P0=0Xff;
WE=0; //关掉数码管显示
CS88=0; //关掉8X8点阵显示
}