【正文】 電 24小 時。 Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 _ _ _ _ _ _ ADC9 ADC8 14 本系統(tǒng)設(shè)計時參考原則選擇了 葉片 泵 ，它該泵需直流 12V電源供電，揚程 3米，具有體積小、性價比高、易驅(qū)動等優(yōu)點。 本設(shè)計用到的是家用小水泵（電機）和 水管 等配件 。 ADC將 10位的轉(zhuǎn)換結(jié)果放在 ADC 數(shù)據(jù)寄存器中（ ADCH和 ADCL） 。 位 2～ 0： ADPS2ADPS0位用于選擇 ADC時鐘 。在 ADC轉(zhuǎn)換完成之后 ADIF置位。如果 ADC使能，置位 ADFR，則 ADC功能工作于自由轉(zhuǎn)換方式下。如果 ADC使能，置位 ADSC位將啟動一次 A/D轉(zhuǎn)換。 表 31 ADC通道選擇表 MUX2 MUX1 MUX0 通道選擇 說明 0 0 0 通道 0 模擬信號從 PA0(ADC0)輸入 0 0 1 通道 1 模擬信號從 PA1(ADC1)輸入 0 1 0 通道 2 模擬信號從 PA2(ADC2)輸入 0 1 1 通道 3 模擬 信號從 PA3(ADC3)輸入 1 0 0 通道 4 模擬信號從 PA4(ADC4)輸入 1 0 1 通道 5 模擬信號從 PA5(ADC5)輸入 1 1 0 通道 6 模擬信號從 PA6(ADC6)輸入 1 1 1 通道 7 模擬信號從 PA7(ADC7)輸入 12 ? ADC控制和狀態(tài)寄存器 ADCSR(0x06) Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 ADEN ADSC ADFR ADIF ADIE ADPS2 ADPS1 ADPS0 ADCSR用于設(shè)置 A/D轉(zhuǎn)換器的工作方式和頻率。 ADMUX可讀可寫， 初始值為 0x00。 ADC的時鐘分頻器的機構(gòu)。在進行第一次 A/D轉(zhuǎn)換時需要耗費 /保持時間，在第 13個時鐘周期的結(jié)束啞轉(zhuǎn)換 ，從而開始真正的 A/D轉(zhuǎn)換，在第 25個時鐘周期時完成第一次 A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)進入 ADC的數(shù)據(jù)寄存器。 ATmega16L單片機的 ADC具有兩種工作方式：單次轉(zhuǎn)換方式和自由運行方式。模擬地 AGND與數(shù)字地 GND相連。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波 長短 、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點 ， 因此 本系統(tǒng)選用了超聲波傳感器 。小功 10 率超聲探頭多作探測作用。 在眾多可以探測液位信號傳感器中，我選用了超聲波傳感器。在該單片機的 XTAL1和 XTAL2之間 加上 08MHz的晶振，并通過 20pF左右的電容接地為單片機提供工作時鐘，在 9引腳加上低電平復(fù)位的復(fù)位電路并為單片機加上 ， ATmega16L單片機即可正常工作。不使用 ADC時，該引腳應(yīng)該直接與 Vcc連接。 （ 6） RESET為復(fù)位輸入引腳，持續(xù)時間超過最小門 限時間的低電平將引起復(fù)位。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)始終還未起 振，端口 C處于高阻狀態(tài)。端口 B也可以用做其他不同的特殊功能。 （ 3） 端口 B（ PB7PB0）為 8位雙向 I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 （ 2） 端口 A（ PA7PA0）作為 A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端，是 8位雙向 I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。該單片機芯片由 ATMEL公司于 1997年推出的一款高端 AVR單片機（ ATmega系列）。 另外，本設(shè)計還實現(xiàn)了 當(dāng)前液位值 及超限液位報警 等功能 。 圖 21 PID控制 原理圖 PID調(diào)節(jié)器就是基于 PID控制原理而實現(xiàn)自動控制的 系統(tǒng) ，其結(jié)構(gòu) 圖如圖 22所示。同時，對各功能模塊進行軟硬件的設(shè)計與實現(xiàn)。其中，硬件部分包括核心控制模塊 ATmega16L單片機及其外圍電路的設(shè)計；軟件部分包括系統(tǒng)程序控制流程圖以及主程序 及 各功能模塊程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容。 本設(shè)計的優(yōu)點及其所要實現(xiàn) 的功能 針對液位控制過程中存在大滯后、時變、非線性的特點，該數(shù)字 PID控制器可以在線實現(xiàn) PID參數(shù)和程序的修改，使控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，超調(diào)量減少，過渡過程時間縮短，振蕩次數(shù)減少 等優(yōu)點 。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。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)。因此，水位傳感器的研究對實際有很大的現(xiàn)實意義。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。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。 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。 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。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。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行有效的控制 。 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單片機簡介 .............................................................................. 7 ATmega16L單片機最小系統(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。能快速計算出機組在正常運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。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