【正文】 她嚴謹務(wù)實的工作作風、精益求精的治學態(tài)度、循循善誘的悉心教導給我以深刻的印象和極大的影響，她豐富的經(jīng)驗使我受益匪淺，讓我十分敬佩。 TD_data[12]=(TD/10)%10+0x30。 } } void shuju() //數(shù)據(jù)處理 +顯示 { PID_data[15]=key+0x30。 shuju()。 } if(key==1) KP。 if(key!=0) shuju()。 if((PINCamp。 //轉(zhuǎn)換值 V=ADCL。 //輸出值限幅 OCR0= PWM_out。 //PID計算 Ed = Ei。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。 首先對顯示的穩(wěn)定性進行調(diào)試，如果發(fā)現(xiàn)有問題，一般都是由于元件的焊接引起的，可以通過檢查各線路是否導通 來調(diào)整。 A/D轉(zhuǎn)換子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換子程序的作用是將開發(fā)板的 A/D進行初始化，然后將從傳感器采集的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號送入單片機的過程。鍵盤控制要求反應(yīng)及時，因此本程序的鍵盤控制放在中斷程序中處理。所以，本設(shè)計結(jié)合位置型 PID控制算法和增量型控制算法二者的優(yōu)點，將二者結(jié)合起來，相互補充其不足。 PID控制也就是比例積分微分控制 (本系統(tǒng)只使用比例和積分兩個參數(shù)進行控制 )，它是控制器控制規(guī)律中的一種。 單片機軟件開發(fā)環(huán)境 AVR系列單片機的集成開發(fā)環(huán)境有 ImageCraft公司的 ICCAVR和 Atmel公司的AVR_Studio等。 報警器在整個系統(tǒng)中也起著非常重要的作用，它是 高 電平報警，一旦監(jiān) 測到 液位值達到報警限 時， 就 發(fā)出報警。LCD12864是專門用于顯示 漢字、 字母、數(shù) 字、符號的顯示模塊，具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富 等 諸多優(yōu)點，在 低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到很廣泛。 鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)集合，通常選用機械彈性開關(guān)，它們利用了機械觸點的閉合斷開作用。為保護電路，需加上續(xù)流二極管，二極管的選用要根據(jù) PWM的頻率和電機的電流來決定，二極管要有足夠迅速的恢復時間和足夠電流承受能力。 AVR單片機 ATmega16L輸出的脈寬調(diào)制 (PWM) 信號需經(jīng)過功率放大才能驅(qū)動電機。 （ 3）水 泵選型依據(jù) ：不僅 應(yīng)根據(jù)工藝流程，給排水要求，從五個方面加以考慮， 即 液體輸送量 （流量） 、裝置揚程、液體性質(zhì)、管路布置以及操作運轉(zhuǎn)條件等因素而且 還遵循了如下水泵選型原則： 使所選泵的型式和性能 符合裝置 的 工藝參數(shù)的要求 ， 必須滿足介質(zhì)特性的要求 ， 機械方面可靠性高、噪聲低、振動小 ，經(jīng)濟上要綜合考慮到設(shè)備費、運轉(zhuǎn)費、維修費和管理費的總成本最低 等。 ADC有自 己的中斷，當轉(zhuǎn)換完成時中斷將被觸發(fā)。 位 4： ADIF位為 ADC中斷標志位。 位 6： ADSC位為 ADC單次轉(zhuǎn)換方式選擇位。 ATmega16L單片機與 A/D轉(zhuǎn)換相關(guān)的寄存器 ? ADC多路選擇寄存器 ADMUX($07) Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 _ _ _ _ _ MUX2 MUX1 MUX0 ADC多路選擇寄存器 ADMUX用于選擇 A/D轉(zhuǎn)換的通道。每一次 A/D轉(zhuǎn)換需要 13個時鐘周期。它由模擬電源 AVCC和模擬地 AGND供電。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。 ATmega16L單片 機 最小系統(tǒng) ATmega16L單片機內(nèi)含有 FLASH程序存儲器和 SRAM數(shù)據(jù)存儲器，故在一般情況下不需要擴展存儲器。端口 D也可以用做其他不同的特殊功能。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 A處于高阻狀態(tài)。 本設(shè)計所采用的單片機是 ATmega16L單片機開發(fā)板。 PID控制原理如圖 21所示。主要研究 PID液位調(diào)節(jié) 器 的基本工作原理，硬件電路設(shè)計及軟件設(shè)計。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。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。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 。 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。本文還詳細的給出了 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，水位傳感器的研究對實際有很大的現(xiàn)實意義。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。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。 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。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）。 （ 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。在復位過程中，即使系統(tǒng)始終還未起 振，端口 C處于高阻狀態(tài)。 （ 6） RESET為復位輸入引腳，持續(xù)時間超過最小門 限時間的低電平將引起復位。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引腳加上低電平復位的復位電路并為單片機加上 ， ATmega16L單片機即可正常工作。小功 10 率超聲探頭多作探測作用。模擬地 AGND與數(shù)字地 GND相連。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。 ADMUX可讀可寫， 初始值為 0x00。如果 ADC使能，置位 ADSC位將啟動一次 A/D轉(zhuǎn)換。在 ADC轉(zhuǎn)換完成之后 ADIF置位。 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） 。 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。 在幾款型號中我根據(jù)性價比、工作條件等依據(jù)選擇了 L298N電機驅(qū)動電路。驅(qū)動電路的輸入可直接與單片機或 FPGA得引腳相連，但為了進一步提高電路的抗干擾能力，也可以使用光耦，對控制電路和驅(qū)動電路進行電氣隔離。 鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上9 Vss 邏輯電源， 12 2A 2A2 輸入端， TTL電平兼容 1 14 2Y 2Y2 輸出端 — NC 無連接 17 就是呈現(xiàn)低電平還是高電平，通過對電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認是否有按鍵按下。 LCD12864，即像素為 128*64的顯示液晶。 該 電路簡單、可靠。其中， ICCAVR因支持標準 C語言對 AVR系列單片機的編程而得到了廣泛 的應(yīng)用。把變送器送來的信號與給定值進行比較，得到偏差信號，并以預先設(shè)定的參數(shù) (比例系數(shù)、積分時間 )進行運算。利用增量型算法其算法簡單，使用的數(shù)據(jù)少，只要采集連續(xù)三次的數(shù)據(jù)偏差，就可以算出輸出計算 e(n) 計算 a0 e(n) 計算 a1e(n1) 計算 a0 e(n)+a1 e(n1) 計算 a2 e(n1) 計算 ? u(n) 更新 e(n1),e(n2) 開始 返回 22 量，再結(jié)合位置型算法使輸出值等于上次的輸出值加上這次采樣的偏差值。 各功能模塊子程序的 設(shè)計 本設(shè)計在軟件方面采用了模塊化的設(shè)計思想， 主程序主要調(diào)用了 4個 子程序，分別是 A/D轉(zhuǎn)換程序、液位處理 程序、液位顯示程序、液位 設(shè)定 程序。首先選一個 PD口 的一個通道 ，讀入的電壓值是與液位具有線性關(guān)系的數(shù)據(jù)，該值送入 該 口，經(jīng)線性運算后得出液位數(shù)據(jù)，延時后， A/D轉(zhuǎn)換子程序結(jié)束 。 其次是按鍵部分，通過按下按鍵看顯示屏幕是否顯示相關(guān)內(nèi)容，如果出現(xiàn)問題，需要查看程序是否是設(shè)置的問題。 本系統(tǒng)采用工程整定的方法，由于現(xiàn)場整定經(jīng)驗不足，調(diào)節(jié)的效果不太理想。 Ei = Ek。 //輸出給寄存器 ,改變 PWM占空比 } void adc_init(void) //AD初始化 { ADCSRA= 0x00。 //讀取值 V=(ADCH8)+V。0X02)==0) { if(key==0) { set++。 } } if((PINCamp。 if(key==2) 32 TI。 if(key==4) { key=0。 KP_data[11]=KP/100+0x30。 TD_data[14]=TD%10+0x30。在此謹向耿老師致以誠摯的謝意！ 在畢 業(yè) 設(shè) 計 的進行過程中，劉 同學 、余 同學 、高 同學 給了我大量的幫助和支持，在此同樣 表示深切的謝意！ 另外，院領(lǐng)導和老師也給了我們必要的指導，為我們畢設(shè)的完成提供了很大的幫助。在整個研究學習階段，耿老師不斷向我們傳授分析問題和解 決問題的辦法，并指出了正確的努力方向，使我在畢設(shè)完成過程中少走了很多彎路。 TD_data[11]=TD/100+0x30。0X04)==0)。 OCR0= 0x00。 shedin[10]=set%10+0x30。 if(key==3) TD++。0X02)==0) { delay_ms(60)。 unsigned int V=0。 //輸出值限幅 if(PWM_out Pmin)PWM_out = Pmin。 } else { Uo = Kpp*Ek + Ki*Ei + Kd*Ed。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù) 不一定可以直接 用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。 在 ICCAVR編譯環(huán)境下，將程序通過 ISP下載線下載到到單片機中。 主程序 軟件流程圖如圖 42所示 23 圖 42 主程序流程圖 本系統(tǒng)各功能模塊子程序 主要 包括： A/D轉(zhuǎn)換子程序、液位顯示子程序、液位 處理子程序以及液位設(shè)定 子程序。啟動電機后就進行液面探測。但是，這種控制也有不足之處： 積分截斷效應(yīng)大，有靜態(tài)誤差；溢出的影響大。由此可見，控制器在控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是整個控制系統(tǒng)的核心和靈魂。主電源電路圖如 圖 36所示 圖 36 電源設(shè)計電路 20 4 系統(tǒng) 的軟件設(shè)計 本設(shè)計 軟件所 要 實現(xiàn)的功能 :實時控制 小水泵（ 電機 ）； 實時檢測是否超出上下限 ； 實時顯示檢測的數(shù)據(jù)、時間、上下限數(shù)值 ； 實時監(jiān)控鍵盤輸入 ； 報警控制 。 壓電式蜂鳴器主要由 多諧振蕩器 、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成 。 顯示模塊的設(shè)計 本設(shè)計中 采用 了 LCD12864作為顯示 信息器件，與用戶進行友好交互。 使能端 控制 A 控制 B 電機狀態(tài) 高電平 高電平 低電平 正轉(zhuǎn) 低電平 高電平 反轉(zhuǎn) 同高或同低 剎車 低電平 任意 任意 自然停轉(zhuǎn) 表 34 電機控制狀 態(tài) 液位設(shè)定 模塊的結(jié)構(gòu)及功能 鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。 IN15IN27IN310IN412EN A6EN B11GND8VSS9VS4OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1