【正文】 測 控技 術(shù)與儀 器 論 文 專 業(yè) ： 測控技術(shù)與儀器 基于 PID的液位調(diào)節(jié)器設(shè)計 摘 要 PID控制 器 主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng) ，它 是一個在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的 反饋 回路部件。 PID液位 調(diào)節(jié) 器 是基于 PID控制器原理的、 可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的 出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值 的裝置。它 可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定的控制液位 。通過數(shù)學(xué) 方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個 PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。 因此， PID液位調(diào)節(jié)器 廣泛應(yīng)用于工業(yè) 生產(chǎn)和日常生活之中。 作為重要的被控量之一的液位，其控制系統(tǒng)引人關(guān)注。 本文設(shè)計了液位 調(diào)節(jié) 系統(tǒng)，該系統(tǒng)以 ATmega16L單片機(jī)作為控制核心， 實現(xiàn)液位自動調(diào)節(jié)和液位顯示。設(shè)計液位控制 系統(tǒng) 操作方便、性能良好，能夠?qū)σ何贿M(jìn)行有效的控制 。本文還詳細(xì)的給出了 部分 相 關(guān)的 硬件電路圖和軟件流程圖，并 編制了 C語言程序。 關(guān)鍵詞 ： AVR單片機(jī) ； PID調(diào)節(jié) 器 ； 液位 控制 ABSTRACT PID controller mainly suitable for basic linear and dynamic characteristics of the system does not change over time, it is a mon in application in industrial control feedback loop ponents. And other simple control operations according to different PID adjustor, historical data and the difference between the rate to adjust the input value, can make the system more accurate, more stable. Through mathematical methods in other control methods, cause the system has stable error or process repeated instances, a PID feedback loop can keep the system stability. Therefore, PID control widely used in industrial production and daily life. As one of the important accused of quantity, the control system of the level of attention. This paper designs a level system, the system to ATmega16L microcontroller as the core to realize automatic adjustment and level shows level. Design level control system, convenient operation, good performance, and can effectively control level. The paper also gives a detailed parts related hardware circuit and software flow chart, and the C programming language. Key words: AVR microcontroller。 The PID regulator。 Liquid level control 1 目 錄 1 緒 論 .............................................. 2 研究的目的和意義 ................................................................................................. 2 本設(shè)計的優(yōu)點及其所要實現(xiàn)的功能 ..................................................................... 3 本文的主要研究內(nèi)容 ............................................................................................. 3 2 系統(tǒng)工作原理及其總體設(shè)計方案 ....................... 5 系統(tǒng)工作 原理 ......................................................................................................... 5 總體設(shè)計方案 ......................................................................................................... 5 3 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 ................................. 7 核心控制 模塊的設(shè)計 ............................................................................................. 7 ATmega16L單片機(jī)簡介 .............................................................................. 7 ATmega16L單片機(jī)最小系統(tǒng) ...................................................................... 8 液位采集模塊的設(shè)計 ............................................................................................. 9 液位傳感器選擇 ......................................................................................... 9 采集電路的設(shè)計 ....................................................................................... 10 執(zhí)行模塊的設(shè)計 ................................................................................................... 13 水泵的 選型及功能 ................................................................................... 13 電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計 ............................................................................... 14 液位設(shè)定模塊的結(jié)構(gòu)及功能 ............................................................................... 16 顯示模塊的設(shè)計 ................................................................................................... 17 報警模塊的設(shè)計 ................................................................................................... 18 電源的設(shè)計 .......................................................................................................... 19 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .................................... 20 單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境 ........................................................................................... 20 主程序設(shè)計 ........................................................................................................... 20 各功能模塊子程序的設(shè)計 ................................................................................... 22 A/D轉(zhuǎn)換子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 ......................................................................... 23 液位處理程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................................................... 24 液位顯示子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 ....................................................................... 24 液位設(shè)定子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 ....................................................................... 24 5 總體調(diào)試 .......................................... 25 總 結(jié) ............................................ 26 參考文獻(xiàn) .............................................. 27 2 附錄 1：程序 ......................................... 29 附錄 2：電路圖 ....................................... 34 致 謝 ............................................ 35 英文資料及中文翻譯 ................................... 1 1 緒 論 研究的目的和意義 當(dāng)今社會許多工業(yè)控制系統(tǒng)，自然科學(xué)研究會需要對水位的監(jiān)測。比如海洋環(huán)境監(jiān)測開始，它是獲取長期、連續(xù)的海洋環(huán)境資料的唯一途徑。能夠直接為沿海工程、港口建設(shè)、交通運(yùn)輸、海洋生物資源開發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測、濕地保護(hù)及近岸海洋開發(fā)提供研究、評價和作業(yè)必不可少的依據(jù)。又比如在工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)中對水位的監(jiān)測要 求也是很高的，現(xiàn)今大多數(shù)電廠都采用工業(yè)鍋爐采用微機(jī)控制，它可以直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)。能快速計算出機(jī)組在正常運(yùn)行和啟停過程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時顯示鍋爐運(yùn)行的水位、壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含量、測點溫度、燃煤量等數(shù)十個運(yùn)行參量的瞬時值、累計值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié)構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示出參數(shù)值。因此，水位傳感器的研究對實際有很大的現(xiàn)實意義。 基于對水位測量原理的研究和水位傳感器的分析，在本 液位調(diào)節(jié) 系統(tǒng)中采用 了液位檢測電路 和單片機(jī)智能系統(tǒng)實現(xiàn)對 液 位的測量 和控制 。 目前工業(yè)自動化水平已成 為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng) 采用 的傳感器是溫度傳感器。目前， PID控制及其控制 3 器或智能 PID控制 器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator)，其中 PID控制器參數(shù)