基于51单片机及NB-IoT的水箱水位监测系统原理图PCB

原创 已于 2023-10-02 14:34:05 修改 · 2.6k 阅读 · 27 ·
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#51单片机 #物联网 #嵌入式硬件

于 2022-11-10 12:43:18 首次发布
该系统基于STC89C52单片机，采用LCD1602实时显示水箱水位，并通过HC-SR04超声波传感器检测水位。用户可通过四个按键设置阈值，当水位低于或超过设定值时，继电器控制水阀开关，并通过SIM7020C模块进行NB-IoT通信，实现远程监控和报警。系统还具备10ms定时器和1s定时器功能，用于水位测量和按键操作处理。

功能介绍：
0.本系统采用STC89C52作为单片机
1.系统采用LCD1602实时显示水箱水位等信息
2.通过四个功能按键可设置水位等阈值
3.水位检测传感器采用的是声学的方式，超声波模块使用的是HC-SR04型号
4.采用DC002作为电源接口可直接输入5V给整个系统供电
5.一路继电器模拟控制水阀的开关，当水位低于设定阈值，继电器驱动水阀打开，反之则关闭
6.NB模块采用的是SIM7020C，该模块使用简易且性能稳定。

原理图：
在这里插入图片描述

PCB ：
在这里插入图片描述

主程序：

#include "main.h"

/*******************变量定义*********************/
enum _MODE_DF_ dispMode;
bit modeFlag = AUTO; //模式标记
uchar setIndex = 0;

bit flag = 1;

float distance = 0;//水位距离
xdata int distance_H = 500;//水位上限
xdata int distance_L = 50;//水位下限

bit drawFlag1 = 0; //抽水标志1
bit buzzerFlag1 = 0; //蜂鸣器标志1

/********************************************************
函数名称:void mian()
函数作用:主函数
参数说明:
********************************************************/
void main()
{
    TRIG = 0;
    
    LCD_Init();   //初始化液晶
    DelayMs(200); //延时有助于稳定
    LCD_DispStr(4, 0, "Welcome!");

    Uart_Init(); //初始化串口
    
    lte_reset();
    LTE_Process();

    Timer0_Init();
    Timer1_Init(); //初始化定时器0
    LCD_Clear();  //清屏
    LCD_DispStr(0, 0," H:      L:     ");
    LCD_DispStr(0, 1,"   Now:    mm   ");
    Disp4Num(3, 0, (int)distance_H);
    Disp4Num(11, 0, (int)distance_L);

    while (1) //死循环
    {
        if (flag == 1)
        {
            flag = 0;
            if (distance > (1050 - distance_L)) //达到水位下限,1050是因为要除去超声波的盲区50mm
            {
                drawFlag1 = 1; //开启抽水
                buzzerFlag1 = 1;
            }
            else if (distance < (1050 - distance_H)) //达到水位上限
            {
                drawFlag1 = 0; //停止抽水
                buzzerFlag1 = 0;
            }
            else
            {
                buzzerFlag1 = 0;
            }

            if (buzzerFlag1) //蜂鸣器报警
            {
                BUZZER = ON;
            }
            else
            {
                BUZZER = OFF;
            }

            if (drawFlag1) //抽水
            {
                RELAY_DRAW_WATER = ON;
            }
            else
            {
                RELAY_DRAW_WATER = OFF;
            }
        }
        else
        {
            LTE_Process();
        }
    }   
}

void LTE_Process(void)
{
    if (!(lte_init_flag && lte_net_flag && lte_connect_flag)) // 如果核心板未初始化、未网络配置、未连接则进行初始化
    {
        err_num = lte_init(); // 核心板初始化，并将初始化结果保存在 err_num
        // sprintf(dis, "%1d %1d %1d %5d", (int)lte_init_flag ,(int)lte_net_flag, (int)lte_connect_flag, (int)err_num);
        // LCD_DispStr(0, 1, dis);
    }



    if (!(lte_net_flag && lte_connect_flag) && lte_init_flag) // 初始化完成，未网络配置，未连接
    {
        err_num = lte_net_config(); // 进行核心板网络配置
        // sprintf(dis, "%1d %1d %1d %5d", (int)lte_init_flag ,(int)lte_net_flag, (int)lte_connect_flag, (int)err_num);
        // LCD_DispStr(0, 1, dis);
    }
    

    if (!lte_connect_flag && lte_init_flag && lte_net_flag) // 完成初始化和网络配置，开始连接服务器
    {
        err_num = lte_connect(); // 开始 TCP 连接
        // sprintf(dis, "%1d %1d %1d %5d", (int)lte_init_flag ,(int)lte_net_flag, (int)lte_connect_flag, (int)err_num);
        // LCD_DispStr(0, 1, dis);
    }
    

    if (!err_num && lte_init_flag && lte_connect_flag && lte_net_flag) // 连接成功，数据交互处理
    {
        err_num = lte_send_process();
        DelayS(1);
        lte_receive_process();          // 处理TCP发送过来的数据
//        if (!err_num)                   // 未出错
//        {
//            lte_receive_process(); // 处理TCP发送过来的数据
//            // err_num = lte_send_process();
//            // err_num = heard_beat_process(); // 心跳包处理
//        }
        // sprintf(dis, "%1d %1d %1d %5d", (int)lte_init_flag ,(int)lte_net_flag, (int)lte_connect_flag, (int)err_num);
        // LCD_DispStr(0, 1, dis);
    }
    

    if (!(lte_init_flag || lte_net_flag || lte_connect_flag) && err_num) // AT命令报错
    {
        err_process(err_num); // 出错处理
        // sprintf(dis, "%1d %1d %1d %5d", (int)lte_init_flag ,(int)lte_net_flag, (int)lte_connect_flag, (int)err_num);
        // LCD_DispStr(0, 1, dis);
    }
    
}

/************************* 定时器0初始化 *************************/
void Timer0_Init(void)
{
    TMOD |= 0x01; //使用模式1，16位定时器，使用"|"符号可以在使用多个定时器时不受影响
    // TH0 = (65536 - 9216) / 256; //重新赋值 10ms
    // TL0 = (65536 - 9216) % 256;
    TH0 = 0;
    TL0 = 0;
    EA = 1;  //总中断打开
    ET0 = 1; //定时器中断打开
    TR0 = 0; //定时器开关打开
}

/************************* 定时器0中断 *************************/
void Timer0_Interrupt(void) interrupt 1
{
    // static unsigned int time10ms  = 0;
    // TH0 = (65536 - 9216) / 256; //重新赋值 10ms
    // TL0 = (65536 - 9216) % 256;
}


/************************* 定时器1初始化 *************************/
void Timer1_Init(void)
{
    TMOD |= 0x10; //使用模式1，16位定时器，使用"|"符号可以在使用多个定时器时不受影响
    TH1 = (65536 - 9216) / 256; //重新赋值 10ms
    TL1 = (65536 - 9216) % 256;
    //PT1 = 1; //高优先级
    EA = 1;  //总中断打开
    ET1 = 1; //定时器中断打开
    TR1 = 1; //定时器开关打开
}

/************************* 定时器1中断 *************************/
void Timer1_Interrupt(void) interrupt 3
{
    static unsigned int time10ms  = 0;
    static unsigned char key_cnt = 0; // 按键计时

    TH1 = (65536 - 9216) / 256; //重新赋值 10ms
    TL1 = (65536 - 9216) % 256;
    time10ms++;

    if (time10ms > 100) //1s测一次
    {
        flag = 1; 
        Measuring(&distance);
        Disp4Num(7, 1, (1050 - distance));
        time10ms = 0;
    }

    if (KEY_SET == 0) //设置键按下
    {
        key_cnt++;
        if (KEY_SET == 0 && key_cnt > 15)
        {
            setIndex++;
            if (setIndex > 2)
            {
                setIndex = 1;
            }
            if (setIndex == 1)
            {
                LCD_DispOneChar(0, 0, '>');
                LCD_DispOneChar(8, 0, ' ');
            }
            else if (setIndex == 2)
            {
                LCD_DispOneChar(0, 0, ' ');
                LCD_DispOneChar(8, 0, '>');
            }
            key_cnt = 0;
        }
    }
    
    if (KEY_ENTER == 0) //设置键按下
    {
        key_cnt++;
        if (KEY_ENTER == 0 && key_cnt > 15)
        {
            setIndex = 0;
            LCD_DispOneChar(0, 0, ' ');
            LCD_DispOneChar(8, 0, ' ');
            key_cnt = 0;
        }
    }
    
    if (KEY_ADD == 0) //加键按下
    {
        key_cnt++;
        if (KEY_ADD == 0 && key_cnt > 15)
        {
            if (setIndex == 1)
            {
                distance_H = distance_H + 10;
                if (distance_H > 1000)
                {
                    distance_H = distance_L + 10;
                }
                Disp4Num(3, 0, (int)distance_H);
            }
            else if (setIndex == 2)
            {
                distance_L = distance_L + 10;
                if (distance_L >= distance_H)
                {
                    distance_L = 0;
                }
                Disp4Num(11, 0, (int)distance_L);
            }
            key_cnt = 0;
        }
    }

    if (KEY_SUB == 0) //减键按下
    {
        key_cnt++;
        if (KEY_SUB == 0 && key_cnt > 15)
        {
            if (setIndex == 1)
            {
                distance_H = distance_H - 10;
                if (distance_H <= distance_L)
                {
                    distance_H = 1000;
                }
                Disp4Num(3, 0, (int)distance_H);
            }
            else if (setIndex == 2)
            {
                distance_L = distance_L - 10;
                if (distance_L < 0)
                {
                    distance_L = distance_H - 10;
                }
                Disp4Num(11, 0, (int)distance_L);
            }
            key_cnt = 0;
        }
    }
    
}

/************************* 超声波测距 *************************/
void Measuring(float *distance)
{
    static long cnt = 0; //定时器计数
    
    ES = 0;
    TR1 = 0;
    
    TRIG = 1; //启动一次模块		//不可以使用其他终端 容易造成死循环
    DelayUs10x(1);
    TRIG = 0;
    while (!ECHO)
        ;	 //当RX为零时等待
    TR0 = 1; //开启计数
    while (ECHO)
        ; //当RX为1计数并等待
    TR0 = 0;
    cnt = (long)(TH0 * 256 + TL0);
    TH0 = 0;
    TL0 = 0;
    *distance = (float)cnt * 17 / 100.0 * 1.102; //算出来是mm (g_cnt * 340 / 2) / 1000.0 * 1.102;系数
    cnt = 0;
    TR1 = 1;
    ES = 1;

    if (*distance > 1050)
    {
        *distance = 1050;
    }

}

/************************* 显示数值 *************************/
void Disp4Num(unsigned char column, unsigned char row, int num)
{
    unsigned char qian = 0;
    unsigned char bai = 0;
    unsigned char shi = 0;
    unsigned char ge = 0;

    qian = num / 1000;
    bai  = num % 1000 / 100;
    shi  = num % 100 / 10;
    ge   = num % 10;

    LCD_DispOneChar(column, row, qian + '0');
    LCD_DispOneChar(column+1, row, bai + '0');
    LCD_DispOneChar(column+2, row, shi + '0');
    LCD_DispOneChar(column+3, row, ge + '0');
}

实物演示视频：
https://www.bilibili.com/video/BV1kd4y1q7oN/

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