基于pid的液位调节器设计方案

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1、目录1绪论11.1研究的目的和意义11.2本设计的优点及其所要实现的功能21.3本文的主要研究内容22系统工作原理及其总体设计方案32.1系统工作原理32.2总体设计方案33系统的硬件电路设计53.1核心控制模块的设计53.1.1ATmega16L单片机简介53.1.2ATmega16L单片机最小系统63.2液位采集模块的设计73.2.1液位传感器选择73.2.2采集电路的设计83.3执行模块的设计113.3.1水泵的选型及功能113.3.2电机驱动电路的设计123.4液位设定模块的结构及功能143.5显示模

2、块的设计153.6报警模块的设计163.7电源的设计174系统的软件设计184.1单片机软件开发环境184.2主程序设计184.3各功能模块子程序的设计204.5.1A/D转换子程序结构设计214.5.2液位处理程序结构设计224.5.3液位显示子程序结构设计224.5.4液位设定子程序结构设计225总体调试23总结24参考文献25附录1：程序27附录2：电路图32致谢33英文资料及中文翻译1天津职业技术师范大学2010届毕业设计天津职业技术师范大学2010届毕业设计1绪论1.1研究的目的和意义当今社会许多工

3、业控制系统，自然科学研究会需要对水位的监测。比如海洋环境监测开始，它是获取长期、连续的海洋环境资料的唯一途径。能够直接为沿海工程、港口建设、交通运输、海洋生物资源开发、海洋环境监测、湿地保护及近岸海洋开发提供研究、评价和作业必不可少的依据。又比如在工业锅炉控制系统中对水位的监测要求也是很高的，现今大多数电厂都采用工业锅炉采用微机控制，它可以直观而集中的显示锅炉各运行参数。能快速计算出机组在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示锅炉运行的水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、燃煤量等数十个运行

4、参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。因此，水位传感器的研究对实际有很大的现实意义。基于对水位测量原理的研究和水位传感器的分析，在本液位调节系统中采用了液位检测电路和单片机智能系统实现对液位的测量和控制。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出

5、经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统采用的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentregulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自

6、适应算法来实现。23天津职业技术师范大学2010届毕业设计通过本次毕业设计对掌握电路设计和ATmega16L程序设计的思路与方法，结合单片机与传感器技术对液位进行检测和控制以使系统的响应速度加快，超调量减少，过渡过程时间缩短，振荡次数减少控制成为本系统研究的主要目的和意义。1.2本设计的优点及其所要实现的功能1.本设计的优点针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，该数字PID控制器可以在线实现PID参数和程序的修改，使控制系统的响应速度加快，超调量减少，过渡过程时间缩短，振荡次数减少等优点。2.本设

7、计可以实现的功能（1）完成基于PID的液位调节器设计；（2）实现液位的自动控制；（3）具有液位显示功能；（4）具有键盘设定PID控制参数功能；（5）当液位超过报警范围时，能通过声光报警。1.3本文的主要研究内容本文以ATmega16L单片机为核心，结合传感器技术来实现PID液位调节器的设计。主要研究PID液位调节器的基本工作原理，硬件电路设计及软件设计。其中，硬件部分包括核心控制模块ATmega16L单片机及其外围电路的设计；软件部分包括系统程序控制流程图以及主程序及各功能模块程序的结构设计等内容。在本次毕业

8、设计中，主要涉及到如下工作：（1）研究与分析PID控制理论的发展现状，并提出本设计的最终方案。（2）选择以单片机为核心的中央处理器。在设计的过程中，熟悉ATmega16L单片机C语言的设计流程和开发环境。同时，对各功能模块进行软硬件的设计与实现。（3）在学习单片机的基础上，完成硬件电路各个功能模块的设计和软件程序的编写，以及电路仿真和调试，最终实现液位显示、自动调节的功能。23天津职业技术师范大学2