【正文】 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。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。 通過本次畢業(yè)設(shè)計 對 掌握電路設(shè)計 和 ATmega16L程序設(shè)計 的 思路與方法， 結(jié)合單片機與傳感器技術(shù)對液位進行 檢測和 控制 以使 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 控制 成為本系統(tǒng)研究的主要目的和意義。在設(shè)計的過程中，熟悉 ATmega16L單片機 C語言的設(shè)計流程 和開發(fā)環(huán)境。 本系統(tǒng) 先通過 液位采集模塊 對水位 信號進行采樣 ，然后將采集到的信號送 給 ATmega16L單片機 進行處理，最后 控制由 驅(qū)動電路 驅(qū)動 的 水泵 實現(xiàn)液位調(diào)節(jié) 。0～8MHz. 引腳功能說明 （ 1） VCC為數(shù)字電路的電源， GND為地。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)始終還未起振，端口 B處于高阻狀態(tài)。 （ 5） 端口 D（ PD7PD0）為 8位雙向 I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 （ 9） AVCC是端口 A與 A/D轉(zhuǎn)換器的電源。 本系統(tǒng)用到的 是 液位 傳感器。 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。該單片機的 A/D轉(zhuǎn)換器具有 2LSB的精確度和 ，轉(zhuǎn)換時間在 65260us間，比較快速。 A/D轉(zhuǎn)換器的時鐘由系統(tǒng)時鐘經(jīng)過一個 7位的預(yù)分頻器得到。如表 31所示。 位 5： ADFR位為 ADC自由轉(zhuǎn)換方式選擇位。 位 3： ADIE位為 ADC中斷使能位。 執(zhí)行模塊 的設(shè)計 本液位調(diào)節(jié)器的執(zhí)行部分 主要 由家用 小 水泵 （電機 ） 和 電機驅(qū)動電路 組成。在 DC12V1A時能連續(xù)通電 12小時。 此外它還具有如下特點：電壓最高可達(dá) 46V；總輸出電流可達(dá) 4A；較低的飽和壓降；具有過熱保護； TTL輸出電平驅(qū)動，可直接連接 CPU；具有輸出電流反饋，過載保護。 （ 3）使能端輸入 PWM信號，控制輸入端 A和控制輸入端 B輸入控制電機狀態(tài)的信號。 因為在本系統(tǒng)中要實時保存數(shù)據(jù)，所以在軟件設(shè)計時要用到的 外部中斷比較多，但 ATmega16L中只有兩個外部中斷，我們用外部中斷 0做了中斷擴展。 引腳 標(biāo)號 功能說明 備注 1 Vss 邏輯負(fù)電源輸入引腳， 0V 2 Vdd 邏輯正電源輸入引腳，＋ 5V 3 Vl 偏壓信號 引腳， 可 調(diào)節(jié)其對比度 一般接 0V 4 RS 數(shù)據(jù) /指令寄存器選擇 功能 5 R/W 讀寫選擇引腳 若只需要讀，則接地 6 EN 讀寫使能引腳 7～ 14 D0～ D7 8位數(shù)據(jù)引腳線 15 CS1 半屏控制引腳 高電平時對應(yīng)半屏可用 16 CS2 半屏控制 引腳 表 35 LCD12864管腳 排列和功能表 18 VCCVCCPD4PD5PD6GND1VCC2VC3RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16RST17VOUT18A19K2012864 液晶* 圖 34 LCD12864連接電路 原理圖 報警模塊的設(shè)計 工業(yè)現(xiàn)場需 要有對液位超限 的 檢測報警功能 ，并 能通過聲、光發(fā)出報警警示，所以我們用到一個報 警電路。 采用的 高亮發(fā)光二極管 的優(yōu)點表現(xiàn)在：尺寸小， 體積小； 不存在熱輻射 ； 低電壓，低電流啟動，耗電少 ； 反應(yīng)速度快，可用于高頻場合；使用壽命長；有利于環(huán)保 ； 容易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品。 主程序設(shè)計 本設(shè)計的重中之重是 PID控制算法的實現(xiàn)。采用增量型算法的原因是增量型算法具有很多優(yōu)點： （ 1） 由于計算機輸出增量，所以誤動作影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉； 21 圖 41 增量型 PID算法的程序流程圖 （ 2） 在位置型控制算法中，由手動到自動切換時，必須首先使計算機的輸出值等于閥門的原始開度，才能保證手動 /自動無擾動切換，這將給程序設(shè)計帶來困難。 還有一種是數(shù)字 PID調(diào)節(jié)器，其算法是利用偏差增量，比位置型算法一直累加歷史偏差要簡單的多。 程序：將換算后的 液位 信號 經(jīng) 單片機 換算后送去顯示模塊顯示 。 本設(shè)計使用的鍵盤為 獨立式式 ，該鍵盤的特點是 各鍵相互獨立，每個按鍵的“接地端”均接地，每個按鍵的“測試端 各接一根輸入線，一根輸入線上的 工作 狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。 整個系統(tǒng)控制程序采用 C語言進行編程。 27 參考文獻(xiàn) [1]李廣弟，朱月秀，冷祖祁．單片機基礎(chǔ) [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社，2022. 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The desired temperature is called the setpoint (SP). The output from the controller and inp