【正文】 化，而不是周期性的變化。所以，輸入信號應為單位階躍信號（又稱開關信號），用以觀察電路狀態(tài)變化的邏輯關系。第五步：指標測試。經(jīng)過第四步調(diào)試無異常后，便可以對設計要求的技術參數(shù)進行測量了。對測試結果進行分析，看看該電路的技術指標是否符合設計要求。如果有參數(shù)不符合設計要求，則應仔細檢查問題出在哪里，一般是對某些元器件的參數(shù)加以調(diào)整和修改。若修改后仍然達不到設想要求，則應對某部分電路進行修改，甚至對整個電路加以修改。 A/D轉換及V/I電路 單片機主控制硬件 軟件設計調(diào)試 鍵盤和顯示軟件設計鍵盤和顯示是人機交互的接口，即指人與計算機之間交互信息、建立聯(lián)系的輸入輸出設備的接口。鍵盤和顯示軟件設計的程序編寫過程應該要注意合理的分配單片機I/O端口，在本設計中，P1口和P0口作為顯示數(shù)據(jù)的輸出口，——。本設計采用獨立式矩陣鍵盤KKKK4，單片機的P1口（—）作為鍵盤的控制端口，鍵盤首先設定一個初始值set，在鍵盤設定控制過程中，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。 輸入信號的測量本部分主要包括ADC0832的數(shù)據(jù)采集子程序的設計，軟件部分調(diào)試是對采樣到的數(shù)據(jù)通過模式選擇字啟動A/D轉換，然后輸入通道控制字選擇A/D轉換的控制通道，比較正逆序輸出端D0的輸出值AA2是否相等，若A1與A2相等則轉換完成，將結果送到單片機緩沖單元存儲；若不相等則重新開始轉換。由于電路板的局限性，雖然A/D子程序的編譯全部通過，但是在調(diào)試過程中存在很多問題使A/D采樣輸出的電壓值為零，所以，在調(diào)試其程序時，需要賦以一個虛擬的采樣值。此外，由于水箱啟動就輸出了1V電壓，所以標度變換時應該按照15V變換，而不是05V變換。因為起初我編寫的標度變換程序是按照05V變換的，所以一開始采集的液位直接從0跳變到9，經(jīng)過修改，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控制量計算及數(shù)據(jù)處理PID調(diào)試的原則：（1）在輸出不振蕩時，增大比例系數(shù)Kp。（2）在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。（3）在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。調(diào)節(jié)器的規(guī)律會直接影響系統(tǒng)的控制質量，其選擇不僅要根據(jù)對象特性，負荷變化，系統(tǒng)干擾和控制要求等進行具體分析，還要考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性，安全性以及投運方便等因素。調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律選擇的一般原則：（1）當廣義過程的控制通道時間常數(shù)較大或容量滯后較大時，應引入D調(diào)節(jié)，當工藝允許有靜差時，應選用PD調(diào)節(jié)器，當工藝要求無靜差時，應選用PID調(diào)節(jié)器；（2）當廣義過程的控制通道時間常數(shù)較小，負荷變化不大時且工藝要求有靜差時，應選用P調(diào)節(jié)，當要求無靜差時，應選用PI調(diào)節(jié)器；（3）當廣義過程的控制通道時間常數(shù)較大且純滯后時間較大，負荷變化劇烈時，簡單控制難以滿足工藝要求，應采用復雜控制系統(tǒng)或其他控制方案。其次，介紹PID參數(shù)整定。在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中， （）式（）中，E為偏差、SP 為給定值、PV為測量值。當SP大于PV時為正偏差，反之為負偏差。比例調(diào)節(jié)作用的動作與偏差的大小成正比。當比例度為100時，比例作用的輸出與偏差按各自量程范圍的1：1動作。當比例度為10時，按10：1動作。即比例度越小，比例作用越強。比例作用太強會引起振蕩。太弱會造成比例欠調(diào)，造成系統(tǒng)收斂過程的波動周期太多，衰減比太小。其作用是穩(wěn)定被調(diào)參數(shù)。積分調(diào)節(jié)作用的動作與偏差對時間的積分成正比。即偏差存在積分作用就會有輸出。它起著消除余差的作用。積分作用太強也會引起振蕩，太弱會使系統(tǒng)存在余差。微分調(diào)節(jié)作用的動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。對滯后大的對象有很好的效果。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)收斂周期的時間縮短。微分時間太長也會引起振蕩。經(jīng)驗法是簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)應用最廣泛的整定方法，是一種試湊法。它通過參數(shù)預先設置和反復試湊來實現(xiàn)。參數(shù)的預置值要根據(jù)對象的特性和儀表的量程決定。儀表量程大的PID參數(shù)要適當加強作用。四類被調(diào)參數(shù)的一般范圍。實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，此時積分時間放最大，微分時間放0。逐漸減小比例度，使系統(tǒng)剛剛出現(xiàn)等幅振蕩，記下這時的比例度Pbc和振蕩周期Tc，然后按下式計算PID的比例度和積分時間：P=,T=。PID的整定參數(shù)一般包括Kp，Ti，Td等3個常用的控制參數(shù)，準確有效地選定PID的最佳整定參數(shù)是PID控制器是否有效的關鍵。參數(shù)整定通常有理論設計和現(xiàn)場經(jīng)驗整定兩種方法?，F(xiàn)場經(jīng)驗整定法是人們在長期工作工程實踐中，從各種控制規(guī)律對系統(tǒng)控制質量的影響的定性分析總結出來的一種行之有效，并得到廣泛應用的工程整定方法。在現(xiàn)場整定過程中，實行PID參數(shù)按先比例，后積分，最后微分的順序進行，在觀察現(xiàn)場過程值PV的趨勢曲線的同時，慢慢地改變PID 參數(shù)，進行反復湊試，直到控制質量符合要求為止。PID整定步驟：（1）先整定比例系數(shù)。將PID調(diào)節(jié)器的Ti設置為無窮大、Td設置為零，使其成為純比例調(diào)節(jié)。初期比例度按經(jīng)驗數(shù)據(jù)設定，根據(jù)PV曲線，再慢慢地整定比例控制比例度，使系統(tǒng)達到4：1衰減振蕩的PV曲線；（2）再加積分作用。在加積分作用之前。將積分時間Ti由大到小進行調(diào)整，直到系統(tǒng)再次得到4：1的衰減振蕩的PV曲線為止。（3）若需引入微分作用。微分時間按積分時間的1/3到1/4計算，這時可將比例度調(diào)到原來數(shù)值或更小一些，再將微分時間由小到大調(diào)整，直到PV曲線達到滿意為止。在找到最佳整定參數(shù)之前，要對PV值曲線進行走勢分析，判斷擾動存在的變化大小，再慢慢進行湊試。如果經(jīng)過多次仍找不到最佳整定參數(shù)或參數(shù)無法達到理想狀態(tài)，而生產(chǎn)工藝又必須要求較為準確時，那就得考慮單回路PID控制的有效性，是否應該選用更復雜的PID控制。需要指出的是，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對控制系統(tǒng)性能的影響通常并不十分敏感，因而參數(shù)整定的結果可以不唯一。在實際應用中，只要被控過程的主要指標達到設計要求，那么就可以選定相應的控制器參數(shù)作為有效的控制參數(shù)。在PID控制子程序的調(diào)試過程中存在一些問題，開始雖然程序編譯完全正確，但是輸出的控制量老顯示 “0”，為了尋找問題所在，起初不加死區(qū)判斷、積分分離以及輸出限幅，不進行PID的增量運算，直接給上一次的輸出和增量賦初值，然后計算顯示輸出量，但是經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)，顯示的輸出量僅等于增量的值，與上一次輸出的無關，上一次輸出的初值沒按照式（）調(diào)用，這就考慮到程序初始化的調(diào)用有問題，經(jīng)檢查驗證發(fā)現(xiàn)PID參數(shù)的初始化必須在增量型PID計算函數(shù)內(nèi)部進行，這樣才可以將個參數(shù)初始化的值正確調(diào)用，此時，當加上死區(qū)判斷、積分分離以及輸出限幅時，也可以正確顯示PID輸出的控制量了。其程序參見附錄B主程序中的增量型PID計算部分。 軟硬件聯(lián)合調(diào)試在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試均沒有問題的情況下，將程序生成HEX文件，上電后觀察LED顯示結果。若與設計要求相同則證明程序的初始化部分沒有問題。然后通過改變子程序部分的設定值，然后觀察整個液位控制系統(tǒng)是否達到預期的效果。按動按鍵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)達到預期的目標，同時也證明該系統(tǒng)的硬件連接沒有問題。總結在此次雙容水箱液位控制器的設計過程當中，首先對液位控制器進行了簡單的概述，其次又對它分別進行了硬件組成介紹、硬件設計、軟件設計以及對裝置的編程調(diào)試，最后達到實現(xiàn)液位控制的作用。在整個設計的環(huán)節(jié)當中，對它的硬件設計環(huán)節(jié)相對來說比較簡單，其中主處理器選用的芯片是STC89C52RC，A/D轉換部分選用的芯片是ADC0832進行數(shù)據(jù)采集，它接收的模擬信號來自電位器，將15V的模擬量轉換成0255的數(shù)字量。顯示采用LED顯示模塊，四個按鍵實現(xiàn)對PID參數(shù)的調(diào)節(jié)功能。而相對硬件設計而言，對它軟件的設計及對它的編程調(diào)試是一個復雜的過程。按照設計的要求，它整個程序的設計和編寫，主要采用了模塊化的設計思想，分別將A/D轉換部分（完成模擬量的采集并對其進行離散化）、PID計算部分、按鍵處理部分和LED顯示部分的程序進行模塊化，在對這些程序模塊以子程序調(diào)用的方式進行整體化，進而實現(xiàn)設計的要求。此外，作為一名測控專業(yè)的大四畢業(yè)生，這個畢業(yè)設計具有非常重要的價值。在大學期間里，我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識。這次畢業(yè)設計是為我們將來在工作崗位上能夠獨當一面的鋪墊，它鍛煉了我們的實踐能力，把我們所學的專業(yè)理論知識運用到實踐中去，為我們提供了良好的實踐平臺。通過這次畢業(yè)設計，我學會了許多東西。比如說，對Protel 99 SE軟件的熟練使用，對Word的熟練操作，對C51編程環(huán)境的熟練使用等等。參考文獻[1]　賀廉云．單片機液位控制系統(tǒng)[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2008(1)：4143．[2]　金秀慧．基于MCGS的液位監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2008(4):5460．[3]　汪昌成，石艷林，曾小慧．單片機的水池液位遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J]．湖北工業(yè)大學學報，2005(3)：2628．[4]　令朝霞．計算機液位控制系統(tǒng)的設計[J]．機械工程與自動化，2011(4)：2327．[5]　牛標，張代遠．可監(jiān)控智能液位控制器系統(tǒng)設計[J]．計算機技術與發(fā)展，2010(7)：4043．[6]　李精華，李興富，陳錫華．水箱液位監(jiān)測與水泵控制裝置的設計[J]．桂林航天工業(yè)高等專科學校學報，2007(1)：5354．[7]　張俊謨，張迎新．單片機教程[M]．北京，航空航天出版社，2003．[8]　賴壽宏．微型計算機控制技術與控制原理[M]．北京，機械工業(yè)出版社，2005．[9]　康華光．電子技術基礎[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)大學工學碩士學位論文．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)大學工學碩士學位論文，2007，7：30－56．[13]　何希才，薛永毅．傳感器及其應用實例[M]．北京，機械工業(yè)出版社，2004．[14]　朱曉青，曹王劍．過程檢測與控制技術[M]．北京，冶金工業(yè)出版社，2002．[15]　王雪文，張志勇．傳感器原理與應用[M]．北京，北京航空航天大學出版社，2004．[16]　趙佩華．單片機接口技術及應用[M]．北京，機械工業(yè)出版社，2003．[17]　李華．MCS251 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