智能水杯软件设计

目录1.前言32.总体设计框架32.1实现的功能32.2总体程序流程图43.水温采集模块程序设计53.1DS18B20简介53.2DS18B20的初始化63.3DS18B20写周期73.4DS18B20读周期83.5温度读取程序94.显示模块程序设计114.1LCD1602初始化114.2LCD1602写周期125.定时模块程序设计135.1定时器设置145.2定时器中断子程序156.中断模块程序设计166.1外部中断设置166.2键盘扫描中断子程序167.整体编程的实现178.设计过程中的问题及解决方案189.收获与感悟191.前言随着社会进步与经济开展，人们对生活质量的要求越来越高，每天的饮水量是衡量健康的重要指标。但有多少人因为忙碌的工作而全天忘记喝水？当你感到口渴想要喝水的时候，体内的失水已经到达2%，口渴本身其实是体内已经严重缺水的表现，这是造成

“亚健康”状态的致命习惯之一。同时，越不注意喝水，喝水的欲望就会越低，人就会变得越来越缺水。研究说明，通常情况下，正常人每次喝水应控制在300ml，间隔时间为30到60分钟。本课程设计就此设计出一款智能水杯，用来智能显示水温和提醒喝水，既方便了生活，又保持了健康。本报告针对智能水杯的软件系统进行阐述，软件编程在keil上操作。2.总体设计框架2.1实现的功能STC89C51控制器STC89C51控制器LCD温度显示温度读入温度提示灯DS18B20外部中断定时开启按键定时器中断蜂鸣器提醒设置图1硬件结构简图〔1〕水温检测使用DS18B20温度传感器，完成水温的时时检测功能。〔2〕水温及定时时间显示使用LCD1602液晶显示屏，完成水温及定时时间的显示功能。〔3〕智能提醒使用定时器0，开启定时器中断，蜂鸣器提醒。〔4〕定时时间设置使用外部中断0扩展电路，用三个按键触发中断，完成对应定时开启和定时时间加减的功能。2.2总体程序流程图总体程序流程图分为主程序和中断程序两局部，其中中断程序分为外部中断程序和定时器中断程序。流程图如下列图所示。开始开始DS18B20检测水温LCD1602显示水温结束水温>40℃?高温提示灯红灯亮适宜水温黄灯亮低温提示灯蓝灯亮YN水温<20℃?YN初始化外部0中断?外部0中断?执行按键扫描程序关闭计时器定时时间减少，LCD显示定时时间增加，LCD显示按键1按下?按键2按下?按键3按下?TR0=0?开启计时器，LCD显示定时器符号YYYNNYN图2主程序流程图图3外部按键中断流程图蜂鸣器提醒，计数清零蜂鸣器提醒，计数清零LCD显示定时时间减1中断计数加1定时器中断?一分钟时间到达?定时时间到达?YYY图4定时器中断程序设计流程图3.水温采集模块程序设计3.1DS18B20简介DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：〔1〕采用单总线的接口方式，与微处理器连接时，仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。〔2〕测量温度范围宽，测量精度高DS18B20的测量范围为-55℃~+125℃；在-10~+85°C范围内，精度为±0.5°C。〔4〕持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。〔5〕供电方式灵活DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。〔6〕测量参数可配置DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9~12位。3.2DS18B20的初始化主机首先发出一个480－960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。假设无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。作为从图5DS18B20初始化时序图器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480－960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15－60微秒后将总线电平拉低60－240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。假设没有检测到就一直在检测等待。初始化时序图如图5所示。/*****************************************************************函数名:Ds18b20Init*函数功能:初始化*输入:无*输出 :初始化成功返回1，失败返回0****************************************************************/unsignedcharDs18b20Init(){ unsignedinti; Desport=0; //将总线拉低480us~960us i=70; while(i--);//延时642usDsport=1;//然后拉高总线，假设DS18B20做出反响会将在15us~60us后将总线拉低 i=0; while(Desport) //等待DS18B20拉低总线 { i++; if(i>50000)//等待>50MS return0;//初始化失败 } return1;//初始化成功}3.3DS18B20写周期写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后假设主机想写0，那么将总线置为低电平，假设主机想写1，那么将总线置为高电平，持续时间最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平至少1微秒给总线恢复。而DS18B20那么在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平那么为1，假设采样期内总线为低电平那么为0。写周期时序图如图6所示。图6DS18B20写周期时序图/*****************************************************************函数名:Ds18b20WriteByte*函数功能:向18B20写入一个字节*输入:com*输出 :无****************************************************************/voidDs18b20WriteByte(unsignedchardat){ unsignedinti,j; for(j=0;j<8;j++) { Desport=0; //每写入一位数据之前先把总线拉低1us i++; Desport=dat&0x01;//然后写入一个数据，从最低位开始 i=6; while(i--);//延时68us，持续时间最少60us Desport=1; //然后释放总线，至少1us给总线恢复时间才能接着写入第二个数值 dat>>=1; }}3.4DS18B20读周期读周期是从主机把单总线拉低1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。作为从机DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，假设是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。假设要送出1那么释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平那么确认为0。采样期内总线为高电平那么确认为1。完成一个读时序过程至少需要60微秒才能完成。其读周期的时序图如图7所示。图7DS18B20读周期时序图/********************************************************************函数名:Ds18b20ReadByte*函数功能:读取一个字节*输入:com*输出 :无****************************************************************/unsignedcharDs18b20ReadByte(){ unsignedcharbyte,bi; unsignedinti,j; for(j=8;j>0;j--) { Dsport=0;//先将总线拉低1us i++; Dsport=1;//然后释放总线 i++; i++;//延时6us等待数据稳定 bi=Dsport; //读取数据，从最低位开始读取 byte=(byte>>1)|(bi<<7);/*将byte左移一位，然后与上右移7位后的bi，注意移动之后移掉那位补0。*/ i=4; //读取完之后等待48us再接着读取下一个数 while(i--); } returnbyte;}3.5温度读取程序简单的读取温度值的步骤如下：跳过ROM操作发送温度转换命令跳过ROM操作发送读取温度命令读取温度值〔1〕温度转换指令：/*************************************************************函数名:Ds18b20ChangTemp*函数功能:让18b20开始转换温度*输入:com*输出 :无************************************************************/voidDs18b20ChangTemp(){ Ds18b20Init(); Delay1ms(1); Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳过ROM操作命令 Ds18b20WriteByte(0x44); //温度转换命令 Delay1ms(100);}〔2〕温度读取指令/*************************************************************函数名:Ds18b20ReadTempCom*函数功能:发送读取温度命令*输入:com*输出 :无************************************************************/voidDs18b20ReadTempCom(){ Ds18b20Init(); Delay1ms(1); Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳过ROM操作命令 Ds18b20WriteByte(0xbe); //发送读取温度命令}〔3〕读取温度：/**************************************************************************函数名:Ds18b20ReadTemp*函数功能:读取温度*输入:com*输出 :无*************************************************************************/intDs18b20ReadTemp(){ unsignedinttemp=0; unsignedchartmh,tml; Ds18b20ChangTemp(); //先写入转换命令 Ds18b20ReadTempCom();//然后等待转换完后发送读取温度命令 tml=Ds18b20ReadByte(); //读取温度值共16位，先读低字节 tmh=Ds18b20ReadByte(); //再读高字节 temp=tmh; temp<<=8; temp|=tml; returntemp;}4.显示模块程序设计4.1LCD1602初始化表1LCD1602指令表指令码功能00001DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标B=1光标闪烁；B=0光标不显示000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1当写一个字符时，整屏显示左移〔N=1〕或右移〔N=0〕，以得到光标不移动而屏幕移动的效果S=0当写一个字符，整屏显示不移动01H显示清屏：所有显示清零80H+地址码〔0-27H，40H-67H〕设置数据地址/*****************************************************************函数名:LcdInit()*函数功能:初始化LCD屏*输入:无*输出:无****************************************************************/voidLcdInit() //LCD初始化子程序{ LcdWriteCom(0x38);//设置显示模式 LcdWriteCom(0x0c);//开显示不显示光标，光标不闪烁 LcdWriteCom(0x06);//写一个指针加1 LcdWriteCom(0x01);//清屏 LcdWriteCom(0x80);//设置数据指针起点}4.2LCD1602写周期时序图如图8所示，RS=0为写命令，RS=1为写数据。在写周期，R/W=0，E为写数据或命令使能输入。图8LCD1602写时序图〔1〕写命令：/*****************************************************************函数名:LcdWriteCom*函数功能:向LCD写入一个字节的命令*输入:com*输出:无****************************************************************/voidLcdWriteCom(unsignedcharcom) //写入命令{ RS=0; RW=0; GPIO_LCD=com; Delay1ms(10); E=1; Delay1ms(10); E=0;}〔2〕写数据/***************************************************************************函数名:LcdWriteData*函数功能:向LCD写入一个字节的数据*输入:dat*输出:无**************************************************************************/voidLcdWriteData(unsignedchardat) //写入数据{ RS=1; RW=0; GPIO_LCD=dat; Delay1ms(10); E=1; Delay1ms(10); E=0;}5.定时模块程序设计定时/计数器实质上是一个加1计数器。它随着计数器的输入脉冲进行自加1，也就是每来一个脉冲，计数器就自动加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使相应的中断标志位置1，向CPU发出中断请求〔定时/计数器中断允许时〕。如果定时/计数器工作于定时模式，那么表示定时时间已到；如果工作于计数模式，那么表示计数值已满。与定时器相关的存放器如下：TCOND7D6D5D4D3D2D1D0功能TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1和TF0：T1和T0的溢出标志位，溢出后由硬件自动置1发出定时器中断请求。中断响应后标志位自动清零。IE1和IE0：INT1和INT0的标志位，引脚状态变化后由硬件自动置1发出外部中断请求，中断响应后标志位自动清零。IT1和IT0：INT1和INT0的触发方式选择位。TMODD7D6D5D4D3D2D1D0功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE：门控制为0时仅有运行控制位TRx来控制定时/计数器的开启。为1时由TRx和外部中断脉冲计数。〔用于计算外部中断负跳变的次数〕C/T：计数器模式和定时器模式选择为0时选择定时器模式，为1时选为计数器模式。方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，组成了16位加1计数器。如图9所示。图9定时器模式1示意图5.1定时器设置/***************************************************************************函数名:Timer*函数功能:设置定时器并开始计时*输入:无*输出:无**************************************************************************/voidTimer(){TMOD=0X01;//定时器选择工作模式1TH0=0x3C; //定时器赋初值TL0=0xB0;//定时50msEA=1; //开启中断ET0=1;//开启定时器中断TR0=1; //启动定时器}5.2定时器中断子程序定时器中断子程序完成的功能有：定时器重新赋初值；统计中断次数，并在LCD上显示剩余时间；判断是否到达定时终点以启动蜂鸣器。/***************************************************************************函数名:Timer0()interrupt1*函数功能:设置定时器中断执行程序，LCD显示定时剩余时间*输入:无*输出:无**************************************************************************/voidTimer0()interrupt1{TH0=0x3C; TL0=0xB0;//定时器重新赋值Time++;k++;//中断次数计数if(k==20)//20次中断，即1s{LCDwritecom(0xc2);LCDwritedat('0'+(--j)/10);LCDwritedat('0'+(j)%10);//定时显示剩余时间k=0;} if(Time==full)//判断是否到达定时时间{for(i=0;i<100;i++){sound=1;//启用无源蜂鸣器Delay1ms(1);sound=0;Delay1ms(1);}Time=0;j=full/20;//计数初始化}}6.中断模块程序设计中断是指CPU在执行当前程序的过程中，由于某种随机出现的外设请求或CPU内部的异常事件,使CPU暂停正在执行的程序而转去执行相应的效劳处理程序；当效劳处理程序运行完毕后，CPU再返回到暂停处继续执行原来的程序。51单片机的中断系统如图10所示。图10中断系统结构图6.1外部中断设置/***************************************************************************函数名:IntConfiguration()*函数功能:设置外部中断*输入:无*输出:无**************************************************************************/voidIntConfiguration(){ IT0=1;//外部中断0跳变沿触发方式〔下降沿〕 EX0=1;//翻开INT0的中断允许。 EA=1;//翻开总中断 }6.2键盘扫描中断子程序中断程序完成的功能有：〔1〕判断按键是否按下；〔2〕执行对应按键的功能。/***************************************************************************函数名:Scankey()*函数功能:键盘扫描，并执行对应按键的程序*输入:无*输出:无**************************************************************************/voidScankey(){if(key1==0)//判断按键是否按下{Delay1ms(10);//延时消抖if(key1==0)//判断按键是否按下{for(;;){if(key1==0)continue;elsebreak;}for(;;){while(key1==0);//检测按键是否松开if(key1==0)continue;elsebreak;…….//执行对应按键的程序}}