【正文】 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。 因此， PID液位調(diào)節(jié)器 廣泛應(yīng)用于工業(yè) 生產(chǎn)和日常生活之中。它 可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定的控制液位 。 測 控技 術(shù)與儀 器 論 文 專 業(yè) ： 測控技術(shù)與儀器 基于 PID的液位調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 摘 要 PID控制 器 主要適用于基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng) ，它 是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的 反饋 回路部件。 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)率來調(diào)整輸入值 的裝置。通過數(shù)學(xué) 方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個(gè) PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。 作為重要的被控量之一的液位，其控制系統(tǒng)引人關(guān)注。設(shè)計(jì)液位控制 系統(tǒng) 操作方便、性能良好，能夠?qū)σ何贿M(jìn)行有效的控制 。 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。 Liquid level control 1 目 錄 1 緒 論 .............................................. 2 研究的目的和意義 ................................................................................................. 2 本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)及其所要實(shí)現(xiàn)的功能 ..................................................................... 3 本文的主要研究內(nèi)容 ............................................................................................. 3 2 系統(tǒng)工作原理及其總體設(shè)計(jì)方案 ....................... 5 系統(tǒng)工作 原理 ......................................................................................................... 5 總體設(shè)計(jì)方案 ......................................................................................................... 5 3 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) ................................. 7 核心控制 模塊的設(shè)計(jì) ............................................................................................. 7 ATmega16L單片機(jī)簡介 .............................................................................. 7 ATmega16L單片機(jī)最小系統(tǒng) ...................................................................... 8 液位采集模塊的設(shè)計(jì) ............................................................................................. 9 液位傳感器選擇 ......................................................................................... 9 采集電路的設(shè)計(jì) ....................................................................................... 10 執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 13 水泵的 選型及功能 ................................................................................... 13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) ............................................................................... 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(jì) ................................................................................................... 17 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 18 電源的設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 19 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .................................... 20 單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境 ........................................................................................... 20 主程序設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 20 各功能模塊子程序的設(shè)計(jì) ................................................................................... 22 A/D轉(zhuǎn)換子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................................................... 23 液位處理程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................................... 24 液位顯示子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................................... 24 液位設(shè)定子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................................... 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(huì)許多工業(yè)控制系統(tǒng)，自然科學(xué)研究會(huì)需要對(duì)水位的監(jiān)測。能夠直接為沿海工程、港口建設(shè)、交通運(yùn)輸、海洋生物資源開發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測、濕地保護(hù)及近岸海洋開發(fā)提供研究、評(píng)價(jià)和作業(yè)必不可少的依據(jù)。能快速計(jì)算出機(jī)組在正常運(yùn)行和啟停過程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行的水位、壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含量、測點(diǎn)溫度、燃煤量等數(shù)十個(gè)運(yùn)行參量的瞬時(shí)值、累計(jì)值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié)構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示出參數(shù)值。 基于對(duì)水位測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 了液位檢測電路 和單片機(jī)智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì) 液 位的測量 和控制 。同時(shí)，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(gè)階段。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。電加熱控制系統(tǒng) 采用 的傳感器是溫度傳感器。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 對(duì) 掌握電路設(shè)計(jì) 和 ATmega16L程序設(shè)計(jì) 的 思路與方法， 結(jié)合單片機(jī)與傳感器技術(shù)對(duì)液位進(jìn)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(shí)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。 （ 1） 完成基于 PID的液位 調(diào)節(jié)器 設(shè)計(jì)； （ 2） 實(shí)現(xiàn)液位的 自動(dòng) 控制； （ 3） 具有 液位 顯示功能 ； （ 4） 具有 鍵盤設(shè)定 PID控制參數(shù)功能 ； （ 5） 當(dāng)液位超過報(bào)警范圍時(shí)，能通過聲光報(bào)警 。主要研究 PID液位調(diào)節(jié) 器 的基本工作原理，硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。 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。在設(shè)計(jì)的過程中，熟悉 ATmega16L單片機(jī) C語言的設(shè)計(jì)流程 和開發(fā)環(huán)境。 4 （ 3） 在學(xué)習(xí)單片機(jī)的基 礎(chǔ)上， 完成 硬件電路 各個(gè)功能模塊 的設(shè)計(jì) 和 軟件程序的編寫 ， 以及 電路 仿真和