【正文】 化，而不是周期性的變化。所以，輸入信號(hào)應(yīng)為單位階躍信號(hào)（又稱(chēng)開(kāi)關(guān)信號(hào)），用以觀察電路狀態(tài)變化的邏輯關(guān)系。第五步：指標(biāo)測(cè)試。經(jīng)過(guò)第四步調(diào)試無(wú)異常后，便可以對(duì)設(shè)計(jì)要求的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量了。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，看看該電路的技術(shù)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求。如果有參數(shù)不符合設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)仔細(xì)檢查問(wèn)題出在哪里，一般是對(duì)某些元器件的參數(shù)加以調(diào)整和修改。若修改后仍然達(dá)不到設(shè)想要求，則應(yīng)對(duì)某部分電路進(jìn)行修改，甚至對(duì)整個(gè)電路加以修改。 A/D轉(zhuǎn)換及V/I電路 單片機(jī)主控制硬件 軟件設(shè)計(jì)調(diào)試 鍵盤(pán)和顯示軟件設(shè)計(jì)鍵盤(pán)和顯示是人機(jī)交互的接口，即指人與計(jì)算機(jī)之間交互信息、建立聯(lián)系的輸入輸出設(shè)備的接口。鍵盤(pán)和顯示軟件設(shè)計(jì)的程序編寫(xiě)過(guò)程應(yīng)該要注意合理的分配單片機(jī)I/O端口，在本設(shè)計(jì)中，P1口和P0口作為顯示數(shù)據(jù)的輸出口，——。本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式矩陣鍵盤(pán)KKKK4，單片機(jī)的P1口（—）作為鍵盤(pán)的控制端口，鍵盤(pán)首先設(shè)定一個(gè)初始值set，在鍵盤(pán)設(shè)定控制過(guò)程中，K1鍵修改PID參數(shù)（Kp、Ti、Td）；K2鍵加1鍵；K3鍵減1鍵；K4鍵確定鍵。 輸入信號(hào)的測(cè)量本部分主要包括ADC0832的數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì)，軟件部分調(diào)試是對(duì)采樣到的數(shù)據(jù)通過(guò)模式選擇字啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，然后輸入通道控制字選擇A/D轉(zhuǎn)換的控制通道，比較正逆序輸出端D0的輸出值A(chǔ)A2是否相等，若A1與A2相等則轉(zhuǎn)換完成，將結(jié)果送到單片機(jī)緩沖單元存儲(chǔ)；若不相等則重新開(kāi)始轉(zhuǎn)換。由于電路板的局限性，雖然A/D子程序的編譯全部通過(guò)，但是在調(diào)試過(guò)程中存在很多問(wèn)題使A/D采樣輸出的電壓值為零，所以，在調(diào)試其程序時(shí)，需要賦以一個(gè)虛擬的采樣值。此外，由于水箱啟動(dòng)就輸出了1V電壓，所以標(biāo)度變換時(shí)應(yīng)該按照15V變換，而不是05V變換。因?yàn)槠鸪跷揖帉?xiě)的標(biāo)度變換程序是按照05V變換的，所以一開(kāi)始采集的液位直接從0跳變到9，經(jīng)過(guò)修改，將初始值改成1V后，就可以正確的顯示液位了。 LED顯示液位值 PID控制量計(jì)算及數(shù)據(jù)處理PID調(diào)試的原則：（1）在輸出不振蕩時(shí)，增大比例系數(shù)Kp。（2）在輸出不振蕩時(shí)，減小積分時(shí)間常數(shù)Ti。（3）在輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù)Td。調(diào)節(jié)器的規(guī)律會(huì)直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量，其選擇不僅要根據(jù)對(duì)象特性，負(fù)荷變化，系統(tǒng)干擾和控制要求等進(jìn)行具體分析，還要考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，安全性以及投運(yùn)方便等因素。調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律選擇的一般原則：（1）當(dāng)廣義過(guò)程的控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯后較大時(shí)，應(yīng)引入D調(diào)節(jié)，當(dāng)工藝允許有靜差時(shí)，應(yīng)選用PD調(diào)節(jié)器，當(dāng)工藝要求無(wú)靜差時(shí)，應(yīng)選用PID調(diào)節(jié)器；（2）當(dāng)廣義過(guò)程的控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化不大時(shí)且工藝要求有靜差時(shí)，應(yīng)選用P調(diào)節(jié)，當(dāng)要求無(wú)靜差時(shí)，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器；（3）當(dāng)廣義過(guò)程的控制通道時(shí)間常數(shù)較大且純滯后時(shí)間較大，負(fù)荷變化劇烈時(shí)，簡(jiǎn)單控制難以滿(mǎn)足工藝要求，應(yīng)采用復(fù)雜控制系統(tǒng)或其他控制方案。其次，介紹PID參數(shù)整定。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中， （）式（）中，E為偏差、SP 為給定值、PV為測(cè)量值。當(dāng)SP大于PV時(shí)為正偏差，反之為負(fù)偏差。比例調(diào)節(jié)作用的動(dòng)作與偏差的大小成正比。當(dāng)比例度為100時(shí)，比例作用的輸出與偏差按各自量程范圍的1：1動(dòng)作。當(dāng)比例度為10時(shí)，按10：1動(dòng)作。即比例度越小，比例作用越強(qiáng)。比例作用太強(qiáng)會(huì)引起振蕩。太弱會(huì)造成比例欠調(diào)，造成系統(tǒng)收斂過(guò)程的波動(dòng)周期太多，衰減比太小。其作用是穩(wěn)定被調(diào)參數(shù)。積分調(diào)節(jié)作用的動(dòng)作與偏差對(duì)時(shí)間的積分成正比。即偏差存在積分作用就會(huì)有輸出。它起著消除余差的作用。積分作用太強(qiáng)也會(huì)引起振蕩，太弱會(huì)使系統(tǒng)存在余差。微分調(diào)節(jié)作用的動(dòng)作與偏差的變化速度成正比。其效果是阻止被調(diào)參數(shù)的一切變化，有超前調(diào)節(jié)的作用。對(duì)滯后大的對(duì)象有很好的效果。但不能克服純滯后。適用于溫度調(diào)節(jié)。使用微分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)收斂周期的時(shí)間縮短。微分時(shí)間太長(zhǎng)也會(huì)引起振蕩。經(jīng)驗(yàn)法是簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的整定方法，是一種試湊法。它通過(guò)參數(shù)預(yù)先設(shè)置和反復(fù)試湊來(lái)實(shí)現(xiàn)。參數(shù)的預(yù)置值要根據(jù)對(duì)象的特性和儀表的量程決定。儀表量程大的PID參數(shù)要適當(dāng)加強(qiáng)作用。四類(lèi)被調(diào)參數(shù)的一般范圍。實(shí)際情況可能超出此范圍。臨界比例度法是采用純比例將系統(tǒng)投入自動(dòng)，此時(shí)積分時(shí)間放最大，微分時(shí)間放0。逐漸減小比例度，使系統(tǒng)剛剛出現(xiàn)等幅振蕩，記下這時(shí)的比例度Pbc和振蕩周期Tc，然后按下式計(jì)算PID的比例度和積分時(shí)間：P=,T=。PID的整定參數(shù)一般包括Kp，Ti，Td等3個(gè)常用的控制參數(shù)，準(zhǔn)確有效地選定PID的最佳整定參數(shù)是PID控制器是否有效的關(guān)鍵。參數(shù)整定通常有理論設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)整定兩種方法?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)整定法是人們?cè)陂L(zhǎng)期工作工程實(shí)踐中，從各種控制規(guī)律對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響的定性分析總結(jié)出來(lái)的一種行之有效，并得到廣泛應(yīng)用的工程整定方法。在現(xiàn)場(chǎng)整定過(guò)程中，實(shí)行PID參數(shù)按先比例，后積分，最后微分的順序進(jìn)行，在觀察現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程值PV的趨勢(shì)曲線(xiàn)的同時(shí)，慢慢地改變PID 參數(shù)，進(jìn)行反復(fù)湊試，直到控制質(zhì)量符合要求為止。PID整定步驟：（1）先整定比例系數(shù)。將PID調(diào)節(jié)器的Ti設(shè)置為無(wú)窮大、Td設(shè)置為零，使其成為純比例調(diào)節(jié)。初期比例度按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)定，根據(jù)PV曲線(xiàn)，再慢慢地整定比例控制比例度，使系統(tǒng)達(dá)到4：1衰減振蕩的PV曲線(xiàn)；（2）再加積分作用。在加積分作用之前。將積分時(shí)間Ti由大到小進(jìn)行調(diào)整，直到系統(tǒng)再次得到4：1的衰減振蕩的PV曲線(xiàn)為止。（3）若需引入微分作用。微分時(shí)間按積分時(shí)間的1/3到1/4計(jì)算，這時(shí)可將比例度調(diào)到原來(lái)數(shù)值或更小一些，再將微分時(shí)間由小到大調(diào)整，直到PV曲線(xiàn)達(dá)到滿(mǎn)意為止。在找到最佳整定參數(shù)之前，要對(duì)PV值曲線(xiàn)進(jìn)行走勢(shì)分析，判斷擾動(dòng)存在的變化大小，再慢慢進(jìn)行湊試。如果經(jīng)過(guò)多次仍找不到最佳整定參數(shù)或參數(shù)無(wú)法達(dá)到理想狀態(tài)，而生產(chǎn)工藝又必須要求較為準(zhǔn)確時(shí)，那就得考慮單回路PID控制的有效性，是否應(yīng)該選用更復(fù)雜的PID控制。需要指出的是，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響通常并不十分敏感，因而參數(shù)整定的結(jié)果可以不唯一。在實(shí)際應(yīng)用中，只要被控過(guò)程的主要指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，那么就可以選定相應(yīng)的控制器參數(shù)作為有效的控制參數(shù)。在PID控制子程序的調(diào)試過(guò)程中存在一些問(wèn)題，開(kāi)始雖然程序編譯完全正確，但是輸出的控制量老顯示 “0”，為了尋找問(wèn)題所在，起初不加死區(qū)判斷、積分分離以及輸出限幅，不進(jìn)行PID的增量運(yùn)算，直接給上一次的輸出和增量賦初值，然后計(jì)算顯示輸出量，但是經(jīng)過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，顯示的輸出量?jī)H等于增量的值，與上一次輸出的無(wú)關(guān)，上一次輸出的初值沒(méi)按照式（）調(diào)用，這就考慮到程序初始化的調(diào)用有問(wèn)題，經(jīng)檢查驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)PID參數(shù)的初始化必須在增量型PID計(jì)算函數(shù)內(nèi)部進(jìn)行，這樣才可以將個(gè)參數(shù)初始化的值正確調(diào)用，此時(shí)，當(dāng)加上死區(qū)判斷、積分分離以及輸出限幅時(shí)，也可以正確顯示PID輸出的控制量了。其程序參見(jiàn)附錄B主程序中的增量型PID計(jì)算部分。 軟硬件聯(lián)合調(diào)試在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試均沒(méi)有問(wèn)題的情況下，將程序生成HEX文件，上電后觀察LED顯示結(jié)果。若與設(shè)計(jì)要求相同則證明程序的初始化部分沒(méi)有問(wèn)題。然后通過(guò)改變子程序部分的設(shè)定值，然后觀察整個(gè)液位控制系統(tǒng)是否達(dá)到預(yù)期的效果。按動(dòng)按鍵K1K4，可以看到LED上Kp、Ti、Td的值隨按鍵的改變而改變，證明程序已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，同時(shí)也證明該系統(tǒng)的硬件連接沒(méi)有問(wèn)題?？偨Y(jié)在此次雙容水箱液位控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，首先對(duì)液位控制器進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，其次又對(duì)它分別進(jìn)行了硬件組成介紹、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及對(duì)裝置的編程調(diào)試，最后達(dá)到實(shí)現(xiàn)液位控制的作用。在整個(gè)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)當(dāng)中，對(duì)它的硬件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，其中主處理器選用的芯片是STC89C52RC，A/D轉(zhuǎn)換部分選用的芯片是ADC0832進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，它接收的模擬信號(hào)來(lái)自電位器，將15V的模擬量轉(zhuǎn)換成0255的數(shù)字量。顯示采用LED顯示模塊，四個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的調(diào)節(jié)功能。而相對(duì)硬件設(shè)計(jì)而言，對(duì)它軟件的設(shè)計(jì)及對(duì)它的編程調(diào)試是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。按照設(shè)計(jì)的要求，它整個(gè)程序的設(shè)計(jì)和編寫(xiě)，主要采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，分別將A/D轉(zhuǎn)換部分（完成模擬量的采集并對(duì)其進(jìn)行離散化）、PID計(jì)算部分、按鍵處理部分和LED顯示部分的程序進(jìn)行模塊化，在對(duì)這些程序模塊以子程序調(diào)用的方式進(jìn)行整體化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。此外，作為一名測(cè)控專(zhuān)業(yè)的大四畢業(yè)生，這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)具有非常重要的價(jià)值。在大學(xué)期間里，我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專(zhuān)業(yè)課的理論知識(shí)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是為我們將來(lái)在工作崗位上能夠獨(dú)當(dāng)一面的鋪墊，它鍛煉了我們的實(shí)踐能力，把我們所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去，為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了許多東西。比如說(shuō)，對(duì)Protel 99 SE軟件的熟練使用，對(duì)Word的熟練操作，對(duì)C51編程環(huán)境的熟練使用等等。參考文獻(xiàn)[1]　賀廉云．單片機(jī)液位控制系統(tǒng)[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程，2008(1)：4143．[2]　金秀慧．基于MCGS的液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程，2008(4):5460．[3]　汪昌成，石艷林，曾小慧．單片機(jī)的水池液位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(3)：2628．[4]　令朝霞．計(jì)算機(jī)液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011(4)：2327．[5]　牛標(biāo)，張代遠(yuǎn)．可監(jiān)控智能液位控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010(7)：4043．[6]　李精華，李興富，陳錫華．水箱液位監(jiān)測(cè)與水泵控制裝置的設(shè)計(jì)[J]．桂林航天工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007(1)：5354．[7]　張俊謨，張迎新．單片機(jī)教程[M]．北京，航空航天出版社，2003．[8]　賴(lài)壽宏．微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與控制原理[M]．北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2005．[9]　康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京，高等教育出版，2000．[10]　陳杰，[M]．北京，高等教育出版社出版，2004．[11]　馬翼平．三容水箱液位控制系統(tǒng)的研究．哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文．2003，7：6－19．[12]　李小平．液位控制系統(tǒng)建模及其控制算法的研究．哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文，2007，7：30－56．[13]　何希才，薛永毅．傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M]．北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2004．[14]　朱曉青，曹王劍．過(guò)程檢測(cè)與控制技術(shù)[M]．北京，冶金工業(yè)出版社，2002．[15]　王雪文，張志勇．傳感器原理與應(yīng)用[M]．北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2004．[16]　趙佩華．單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2003．[17]　李華．MCS251 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Automatic Tuning of The Modified Smith Predictor of the 39 IEEE Conference on Decision and Control,Sydney, Australia,2000:533568.附錄A 本設(shè)計(jì)原理圖附錄B 主程序includeincludeincludeincludedefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intuint xdata DAC0832。sbit P3_0=P1^0。 sbit P3_1=P1^1。sbit P0_0=P0^0。sbit P0_1=P0^1。sbit key1=P1^4。sbit key2=P1^5。sbit key3=P1^6。sbit key4=P1^7。float temp。int Kp。 //比例常數(shù) int Ti。 //積分常數(shù) int Td。 sbit clk_adc0832=P3^6。//ADC0832時(shí)鐘sbit cs_adc0832=P2^0。//ADC0832片選sbit di_adc0832=P3^7。//ADC0832輸入sbit do_adc0832=P3^7。//ADC0832輸出uchar getvalue0832(bit channel)//ADC0832數(shù)據(jù)讀取{uchar i,dat1=0,dat2=0。clk_adc0832=0。cs_adc0832=0。 //選通adc0832di_adc0832=1。 //在第一個(gè)脈沖沿下降之前adc0832的DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)clk_adc0832=1。clk_adc0832=0。//第一個(gè)脈沖