【正文】 ISEN B15U3L298NVCC+12VA+D1 D2D3 D4PWM圖 33 L298N驅(qū)動(dòng) 模塊 電路圖 15腳 Multiwatt封裝的 L298N的引腳符號(hào)及功能如 表 34所示 表 33 L298N的引腳符號(hào)及功能 功能 5 SEN SEN2 分別為兩個(gè) H橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地 3 1Y 1Y2 輸出端，與對(duì)應(yīng)輸入端（如 1A1與 1Y1） 同邏輯 4 Vs 驅(qū)動(dòng)電壓，最小值需比輸入的低電平電壓高 7 1A 1A2 輸入端， TTL電平兼容 11 1EN、 2EN 時(shí)能端，低電平禁止輸出 8 GND 地 16 應(yīng)用 L298N時(shí) 需要兩個(gè)電 壓，一個(gè)為邏輯電路工作所需的 5V電壓 Vcc，另一個(gè)為功率電路所需的驅(qū)動(dòng)電壓 Vs。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路 的設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì)為 了能實(shí)現(xiàn)水泵的抽水還要為其提供 12V直流電源，這就用到了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 （ 2） 水泵泵的工作原理 ： 容積式泵 是 利用工作腔容積周期變化來(lái)輸送液體 ；葉片泵 是 利用葉片和液體相互作用來(lái)輸送液體。 模擬輸入通道和差分增益的選擇是通過(guò) ADMUX寄存器中的 MUX位設(shè)定的。 ADC工作于自由轉(zhuǎn)換方式時(shí)，第一次轉(zhuǎn)換時(shí)也必須置位ADSC位啟動(dòng)一次啞轉(zhuǎn)換，以初始化 ADC。 位 7： ADEN位為 ADC使能位。為 了減小 ATmega16L單片 機(jī)的內(nèi)外部數(shù)字電路產(chǎn)生的電磁 11 干擾 (EMI)對(duì)模擬測(cè)量精度的影響，在 A/D轉(zhuǎn)換精度要求很高時(shí)，就可以采用如下方式剪下噪聲干擾 : ? 使模擬地線與數(shù)字地線單點(diǎn)相連； ? 盡量縮短模擬信號(hào)通路并遠(yuǎn)離高速數(shù)字通路； ? 模擬電源端 AVCC要通過(guò)一個(gè) RC網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)字電源 VCC； ? 如果 PA口的一些引腳用作數(shù)字輸入口，則在 ADC轉(zhuǎn)換過(guò)程中盡量不要改變其狀態(tài)。 系統(tǒng)在 ADC時(shí)鐘的上升沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，第一次啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，將引發(fā)一次啞轉(zhuǎn)換過(guò)程以初始化 ADC而得不到采樣值。該 ADC還包含了一個(gè)放大器。完成這種功能的裝置就是超聲波 傳感器 ，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。 （ 10） AREF是 A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)始終還未起振，端口 D處于高阻狀態(tài)。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部拉低時(shí)將輸出電流。 圖 23 總體 設(shè)計(jì) 方案框圖 單片機(jī) ATmega16L 液位傳感器 水泵 時(shí)間模塊 液晶 顯示模塊 蜂鳴器、高亮發(fā)光二極管 鍵盤輸入 7 3 系統(tǒng) 的 硬件電路設(shè)計(jì) 核心控制 模塊 的設(shè)計(jì) ATmega16L單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī) (又稱微處理器 )是在一片 硅片上集成了中央處理器（ CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、程序存儲(chǔ)器（ ROM或者 FLASH）、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及多種 I/O接口的單芯片型微型計(jì)算機(jī)。 5 2 系統(tǒng) 工作原理及其總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)工作 原理 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID控制，又稱 PID調(diào)節(jié)。 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文 以 ATmega16L單片機(jī) 為核心， 結(jié)合 傳感器 技術(shù) 來(lái)實(shí)現(xiàn) PID液位 調(diào)節(jié) 器 的設(shè)計(jì)。控制器的輸出經(jīng)過(guò)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(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。又比如在工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)中對(duì)水位的監(jiān)測(cè)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)。 本文設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)調(diào)節(jié)和液位顯示。 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(lái)調(diào)整輸入值 的裝置。 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。 基于對(duì)水位測(cè)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(cè)電路 和單片機(jī)智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì) 液 位的測(cè)量 和控制 。電加熱控制系統(tǒng) 采用 的傳感器是溫度傳感器。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中， 主要 涉及到如下工作 ： （ 1） 研究與 分析 PID控制 理論 的發(fā)展現(xiàn)狀 ，并提出本設(shè)計(jì)的最終方案。 定 值 器 控 制 器 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 控 制 機(jī) 構(gòu) 被 控 對(duì) 象檢 測(cè) 元 件 與 變 送 器擾 動(dòng) Dr s u H操 縱 量 r被 控 量 y+ 圖 22 PID液位 調(diào)節(jié)器 原理 圖 總體設(shè)計(jì)方案 基于 PID的 液位調(diào)節(jié)器 設(shè)計(jì) 的目的 是實(shí)現(xiàn) 液位 的自動(dòng) 調(diào)節(jié) ，即建立 PID控制，通過(guò)反饋?zhàn)饔帽容^實(shí)時(shí) 液位與預(yù)設(shè)液位的大小以自動(dòng)調(diào)節(jié) 液位 。它有內(nèi)部接口豐富、功能齊全、性價(jià)比高、 功耗低、生產(chǎn)技術(shù)高密度、擁有非易失性存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。如果 JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5 8 （ TD1）、 PC3（ TMS）與 PC2（ TCK）的上拉電阻被激活。 （ 7） XTAL1為晶振反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘操作電路的輸入端。以上三部分共同組成了 ATmega16L單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖 31。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波 探頭 （表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。模擬電源 AVCC與數(shù)字電源 VCC的電壓差別不能超過(guò) 。 當(dāng) ADC工作在單次轉(zhuǎn)換方式時(shí)，每次的 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后需要一個(gè)額外的時(shí)鐘周期，以開始下一次的 A/D轉(zhuǎn)換。 位 7～ 3：保留位。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中 ADSC一直保持為高。如果全局中斷位 I和 ADC中斷使能位 ADIF置位，則 ADIF置位時(shí)將執(zhí)行中斷服務(wù)程序。作為 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果， ADCL必須被先讀，然后再讀取 ADCH里面的數(shù)據(jù)。該泵體積大小高 92毫米 外徑 32毫米 進(jìn)出口外徑 12毫米，是同一個(gè)水泵在 DC24VDC3V之間都能使用（工作電壓可根據(jù)需要調(diào)節(jié)），功率從幾瓦到 40多瓦，揚(yáng)程最高到 3米。 L298N是 SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15腳 Multiwatt封裝的 L298N(還有PowerSO20封裝 )，內(nèi)部包含 4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。 根據(jù)控制信號(hào)的不同輸入方式，電路主要有以下幾種控制方法 : （ 1）使能端輸入使能信號(hào)，控制輸入端 A輸入 PWM信號(hào)，控制輸出端 B輸入方向信號(hào)。為了確保 CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次， 還 必須消除抖動(dòng)的影響，這樣才能使鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中使用得更加穩(wěn)定。 其每一行最多可以顯示 8個(gè)中文， 16個(gè)半寬字體。為了加大報(bào)警聲音的響度， 還需 在電路中加上一個(gè)三極管作驅(qū)動(dòng)。 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序使用 C語(yǔ)言編寫。且將運(yùn)算結(jié)果送至執(zhí)行器，本設(shè)計(jì)中的 執(zhí)行器是 小水泵（電機(jī)） ，測(cè)量變送器為 超聲波采集 。輸出的信號(hào)給到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上，就是這次采樣后 ，實(shí)際要輸出的值。 此外，還有 報(bào)警電路子程序 。 開始 初始化 進(jìn)入 數(shù)據(jù) 并顯示當(dāng)前液位值 設(shè)置液位值 輸入液位，計(jì)算偏差 液位有偏差 計(jì)算控制量， PID調(diào)節(jié) 輸出控制 24 液位處理 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 將 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)同設(shè)定值比較，然后 判斷是否需要調(diào)用 PID調(diào)節(jié)模塊，若需要調(diào)節(jié)則進(jìn)入該模塊，調(diào)整 PID控制的相關(guān)參數(shù)，直至 輸出與設(shè)定值接近返回。 最后就是要看 水泵開度 是否隨 PID控制規(guī)律 而 正常工作 ，從而達(dá)到 自動(dòng)調(diào)節(jié)要求 。 PID控制還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)，以后還有很多工作要做：把 PID控制器制作成智能 PID控制 器或自適應(yīng) PID控制器。 pwm_var = (int)Uo。 //禁止 AD轉(zhuǎn)換 ADMUX= 0x40。 V=(unsigned int)(V*VREF*1000/1024)。 31 shedin[8]=set/100+0x30。0X01)==0) { delay_ms(60)。 if(key==3) TD。 lat_disp (0x00,0x00)。 KP_data[12]=(KP/10)%10+0x30。 chn_disp(0,0,PID_data)。 謹(jǐn)向所有指導(dǎo)過(guò)、幫助過(guò)我的老師和同學(xué) 們 表示最真摯的感謝！ 1 英文資料 及中文翻譯 PID controller A proportional–integral–derivative controller (PID controller) is a generic control loop feedback mechanism widely used in industrial control systems. A PID controller attempts to correct the error between a measured process variable and a desired setpoint by calculating and then outputting a corrective action that can adjust the process accordingly. The PID controller calculation (algorithm) involves three separate parameters。 } 34 附錄 2： 電路圖 PB0 (XCK/T0)1PB1 (T1)2PB2 (AIN0/INT2)3PB3 (AIN1/OC0)4PB4 (SS)5PB5 (MOSI)6PB6 (MISO)7PB7 (SCK)8RESET9PD0 (RXD)14PD1 (TXD)15PD2 (INT0)16PD3 (INT1)17PD4 (OC1B)18PD5 (OC