【正文】 謹(jǐn)向所有指導(dǎo)過、幫助過我的老師和同學(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 (OC1A)19PD6 (ICP)20PD7 (OC2)21XTAL212XTAL113GND11PC0 (SCL)22PC1 (SDA)23PC2 (TCK)24PC3 (TMS)25PC4 (TDO)26PC5 (TDI)27PC6 (TOSC1)28PC7 (TOSC2)29AREF32AVCC30GND31PA7 (ADC7)33PA6 (ADC6)34PA5 (ADC5)35PA4 (ADC4)36PA3 (ADC3)37PA2 (ADC2)38PA1 (ADC1)39PA0 (ADC0)40VCC10U1ATmega1616PC10KR1S1SWPBVCCVCC12345678910下載口VCC12Y18M22pFC122pFC2104C2104C4VCCVCCPD4PD5PD6PD4PD5PD6GND1VCC2VC3RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16RST17VOUT18A19K2012864 液晶*IN15IN27IN310IN412EN A6EN B11GND8VSS9VS4OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15U3L298NVCC+12VA+D1 D2D3 D4GND7VDD141A11Y22A32Y43A53Y64Y84A95Y105A116Y126A13U27404VCCPWMENPWMEN1 2P1+12V +12V1 2P2GND GND1 2P3VCC VCCS3SWPBS2SWPBS1SWPB 35 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 從課題的確定到最后的完成 ，自始至終得到了指導(dǎo)教師耿 老師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。 chn_disp(0,0,PID_data)。 TI_data[14]=TI%10+0x30。 KP_data[12]=(KP/10)%10+0x30。 } while((PINCamp。 lat_disp (0x00,0x00)。 key++。 if(key==3) TD。 shedin[9]=(set/10)%10+0x30。0X01)==0) { delay_ms(60)。 if(key==2) TI++。 31 shedin[8]=set/100+0x30。 //再次啟動 AD } void jianpan(void) //鍵盤 { if((PINCamp。 V=(unsigned int)(V*VREF*1000/1024)。 } void ADC_led(void) //讀 取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) { unsigned char i=0,f=0。 //禁止 AD轉(zhuǎn)換 ADMUX= 0x40。 //調(diào)整 PWM輸出 if(PWM_out Pmax)PWM_out = Pmax。 pwm_var = (int)Uo。 //差值運(yùn)算 if( fabs(Ek) Emin ) //誤差的閥值 (死區(qū)控制 ?) { pwm_var = 0。 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。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。 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 自動調(diào)節(jié)要求 。 開始 初始化 延時 設(shè)置每 行顯示位置 顯示對應(yīng) 行內(nèi)容 返回 25 5 總體調(diào)試 系統(tǒng)的硬件電路連接和軟件的編程都 設(shè)計(jì) 完成后， 接下來的 主要任務(wù)就是調(diào)試 環(huán)節(jié) ，最終的目的就是實(shí)現(xiàn)任務(wù)書的要求。 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。 程序：實(shí)現(xiàn) 按鍵輸入預(yù)設(shè)液位 值。 此外，還有 報(bào)警電路子程序 。增量輸出入公式 42所示 )(nu? = u(n)u(n1)= KP[e(n)e(n1)]+KIe(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)] (42) 本設(shè)計(jì)單片機(jī)程序控制原理描述如下： 本程序通過 I\O口 第 40腳 。輸出的信號給到電動調(diào)節(jié)閥上，就是這次采樣后 ，實(shí)際要輸出的值。 這些特點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。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)） ，測量變送器為 超聲波采集 。由于外界的各種擾動不斷產(chǎn)生，被控對象在各種擾動作用下，使得被控信號偏離給定值 SV，要想達(dá)到被控信號的恒定值，首先由變送器對被測值進(jìn)行檢測，感受被控信號的變化并將它轉(zhuǎn)換成電流信號，然后控制器將變送器送來的測量信號與設(shè)定值信號進(jìn)行比較得出偏差(en)；根據(jù)偏差的大 小及變化趨勢，按一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，將運(yùn)算結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)的電流信號送給執(zhí)行器，最后執(zhí)行器自動地根據(jù)控制器送來的信號值相應(yīng)地改變流入 (或流出 )被控對象的水量，克服擾動的影響，最終實(shí)現(xiàn) PID控制要求。 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序使用 C語言編寫。另外用三個 7號 電池為 DS1302作備用供電電源。為了加大報(bào)警聲音的響度， 還需 在電路中加上一個三極管作驅(qū)動。其中 蜂鳴器 采用的是 壓電式 。 其每一行最多可以顯示 8個中文， 16個半寬字體。通過鍵盤輸入，可以調(diào)節(jié)液位上限、下限、斷電保存等功能。為了確保 CPU對一次按鍵動作只確認(rèn)一次， 還 必須消除抖動的影響，這樣才能使鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中使用得更加穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)只采用控制一個電機(jī)的方式。 根據(jù)控制信號的不同輸入方式，電路主要有以下幾種控制方法 : （ 1）使能端輸入使能信號，控制輸入端 A輸入 PWM信號，控制輸出端 B輸入方向信號。 圖 32 L298N的引腳 圖 15 L298N驅(qū)動 模塊 電路 如 圖 33。 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)動電路。同時為了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯還配備了出水塑料導(dǎo)管。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。 （ 1） 水泵 的定義：通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力 , 即把原動機(jī)的機(jī)械能變?yōu)橐后w能量從而達(dá)到抽送液體目的的機(jī)器統(tǒng)稱為泵。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)。如表 32所示 表 32 A/D轉(zhuǎn)換時鐘選擇 ADPS2 ADPS1 ADPS0 時鐘 分頻系數(shù) ADC時鐘頻率 0 0 0 2 CLK/2 0 0 1 2 CLK/2 0 1 0 4 CLK/4 0 1 1 8 CLK/8 1 0 0 16 CLK/16 1 0 1 32 CLK/32 1 1 0 64 CLK/64 1 1 1 128 CLK/128 13 ? ADC數(shù)據(jù)寄存器 ADCH($05)、 ADCL($04) Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 ADC2 ADC1 ADC0 ADC通過逐次比較（ successive approximation） 方式，將輸入端的模擬電壓轉(zhuǎn)換成 10位的數(shù)字量。如果全局中斷位 I和 ADC中斷使能位 ADIF置位，則 ADIF置位時將執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 ADC將不斷對信號進(jìn)行采樣并將最近一次的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存入 ADC數(shù) 據(jù)寄存器。在轉(zhuǎn)換過程中 ADSC一直保持為高。 ADCSR可讀可寫，初始值為0x00。 位 7～ 3：保留位。 ATmega16L單片機(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換器的時鐘應(yīng)該在 50～ 200KHz，過高的工作頻率將降低采樣精度。 當(dāng) ADC工作在單次轉(zhuǎn)換方式時，每次的 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后需要一個額外的時鐘周期，以開始下一次的 A/D轉(zhuǎn)換。在單次轉(zhuǎn)換方式下，由程序啟動每次轉(zhuǎn)換；而在自由運(yùn)行方式下， ADC會連續(xù)采樣并更新 ADC數(shù)據(jù)寄存器，以保持最近一次的采樣值。模擬電源 AVCC與數(shù)字電源 VCC的電壓差別不能超過 。 采集電路的設(shè)計(jì) AT mega16L單片機(jī)的 ADC的結(jié)構(gòu)及功能 ATmega16L單片機(jī)集成了 8通道 10位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器。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（一個探頭反射、一個探頭接收）等。以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。以上三部分共同組成了 ATmega16L單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖 31。使用 ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與 Vcc連接。 （ 7） XTAL1為晶振反相放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘操作電路的輸入端。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。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。 （ 4） 端口 C（ PC7PC0）為 8位雙向 I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。它有內(nèi)部接口豐富、功能齊全、性價比高、 功耗低、生產(chǎn)技術(shù)高密度、擁有非易失性存儲等優(yōu)點(diǎn)。 總體方案 如圖23所示 。