51單片機PID液位控制系統(tǒng)設(shè)計程序PCB和實訓(xùn)報告論文都有

ID:102721 · 發(fā)表于 2016-1-11 10:06

用51單片機做的PID液位控制系統(tǒng) 程序PCB和設(shè)計實訓(xùn)報告一應(yīng)俱全.

51單片機PID液位控制系統(tǒng)設(shè)計所有文件下載（包含程序論文 pcb文件）:

液位控制.rar (453.09 KB, 下載次數(shù): 266)

以下是單片機pid液位控制系統(tǒng)設(shè)計的論文預(yù)覽：

桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院

《自動化儀表與過程控制》實訓(xùn)報告

班級：自動化一班

學(xué)號： 00000000000000

姓名：00

指導(dǎo)教師：xxx

2015 年 6 月 15 日

實訓(xùn)題目：液位控制系統(tǒng)

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計要求

1.1.1 基本原理

水箱為雙容水箱，僅使用一個作為被控對象，即單容液位控制（將水箱設(shè)為自衡系統(tǒng)），水箱采用水泵進行給水，水泵為12V直流電機控制，可采用PWM方式。液位傳感器為壓力式，輸出為電壓信號。設(shè)計調(diào)節(jié)器（模擬或數(shù)字式），能夠根據(jù)用戶設(shè)定，將水位控制在要求值（采用PID或PI規(guī)律）。

1.1.2 性能指標要求

1、設(shè)計制作硬件系統(tǒng)電路，標記姓名學(xué)號及制作日期；

2、實現(xiàn)水泵的控制、信號檢測（顯示）及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律；

3、系統(tǒng)能夠盡快的克服擾動；

1.1.3 設(shè)計方法與步驟

1、根據(jù)設(shè)計基本原理和性能指標要求選擇總體方案，畫出設(shè)計框圖；

2、參閱相關(guān)資料，根據(jù)設(shè)計框圖進行電路的設(shè)計；

3、列出元件清單；

4、畫原理圖，布PCB圖，并制作電路板；

5、根據(jù)器件由小到大的順序安裝電路，并進行自檢測試；

6、數(shù)學(xué)建模、設(shè)計合適的控制參數(shù)；

7、調(diào)試所制作的電路；

1.2 設(shè)計思路及設(shè)計框圖

1.2.1設(shè)計思路

調(diào)節(jié)器和PWM信號產(chǎn)生用51單片機執(zhí)行，單片機與驅(qū)動模塊之間使用光電耦合器進行隔離。液位變送器根據(jù)水壓不同輸出模擬電流信號（0-20mA），然后經(jīng)250歐電阻轉(zhuǎn)成0-5V的電壓信號經(jīng)過ADC0809芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再把數(shù)字信號傳給單片機的P1口，用單片機進行數(shù)據(jù)處理。用兩位數(shù)碼管顯示AD值（調(diào)試用的），經(jīng)多次測量AD值所對應(yīng)的液位高度，記下多組數(shù)據(jù)，再用MATLAB，Polyfit(x,y,n)

函數(shù)，擬合曲線，得到線性關(guān)系，然后再把之前顯示AD值的兩位數(shù)碼管用來顯示擬合出來的AD值所對應(yīng)的液位。另外兩位數(shù)碼管則用來顯示設(shè)定液位的高度。

水泵的驅(qū)動用達林頓三級管驅(qū)動，可以通過單片機模擬出來的PWM控制水泵的轉(zhuǎn)速。

1.2.2總體設(shè)計框圖

2 各個模塊的程序的設(shè)計

1、PID算法控制：

#include"PID.H"

/*PID參數(shù)初始化*/

voidIncPIDInit(void)

{

//sptr->SumError = 0;

sptr->LastError = 0; //Error[-1]

sptr->PrevError = 0; //Error[-2]

sptr->Proportion = 100; //比例常數(shù)Proportional Const

sptr->Integral = 1;//積分常數(shù)Integral Const

sptr->Derivative = 1; //微分常數(shù)Derivative Const

}

/*增量式 PID 計算部分*/

intIncPIDCalc(int NextPoint)

{

register int iError,iIncpid; //當(dāng)前誤差

iError = sptr->SetPoint - NextPoint;//增量計算

iIncpid = sptr->Proportion *iError//E[k]項

-sptr->Integral*sptr->LastError//E[k－1]項

+ sptr->Derivative *sptr->PrevError; //E[k－2]項

//存儲誤差，用于下次計算

sptr->PrevError = sptr->LastError;

sptr->LastError = iError;

//返回增量值

return(iIncpid);

}

2、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換：

voidInitAdc(void) //ADC初始化

{

ST=0;

OE=0;

ST=1;

ST=0;

}

voidAdcObtainData(void) //ADC或出數(shù)據(jù)

{

while(EOC==0);

OE=1;

getdata=P1;

YEWEI=5*(getdata-50);

SHI=YEWEI>>4;

GE=YEWEI&0X0F;

OE=0;

DelayMs(200); //延時防止采集頻率過快

}

3、數(shù)碼管顯示模塊：

voidTimer1Interrupt(void) interrupt 3

{

TH1 = 0x0EC;

TL1 = 0x78;

switch(c)

{

case0:P2=0X8f;P0=dofly_DuanMa[0];break;//顯示2位液位值break;

case1:P2=0X4f;P0=dofly_DuanMa[YEWEI/100];break;

case2:P2=0X2f;P0=dofly_DuanMa[YEWEI%100/10];break;//顯示2位數(shù)液位break;

case3:P2=0X1f;P0=dofly_DuanMa[YEWEI%10];break;

}

c++;

if(c==4){c=0;}

d++;

if(d==400){d=0;}

}

4、按鍵控制模塊：

voidSheZhi(void)//按鍵設(shè)置液位高度

{

if(KeyPlus==0) //液位增加按鍵

{

DelayMs(100);//防止按鍵抖動

while(!KeyPlus);

KZ++;

}

if(KeyMinus==0) //液位降低按鍵

{

DelayMs(100);//防止按鍵抖動

while(!KeyMinus);

KZ--;

}

5、PWM電機控制模塊：

voidjishi(void) interrupt 1 using 1 //定時器中斷0輸出PWM

{

TH0 = (65536-50)/256; //求模 0.05ms

TL0 = (65536-50)%256; //求余

/*用來電機調(diào)速*/

speed_L++;

if(speed_L < PWM_L) //調(diào)速給出高電平占空比

{

ENA= 0;

}

else if(speed_L > PWM_L) //調(diào)速給出低電平占空比

{

ENA= 1;

}

if(speed_L == 256) //1S周期至256時清零

{

speed_L= 0;

ENA= 0;

}

CLK=~CLK;

}

3 制作與調(diào)試過程

①制作：本次實訓(xùn)在制作電路板的過程中，根據(jù)所查找的資料提供的原理圖進行修改，從原理圖中減去了很多的元件。然后用AD軟件畫出原理圖，接著轉(zhuǎn)為PCB，手動布線，并將PCB轉(zhuǎn)印在板子上，腐蝕、打孔后，完成實訓(xùn)電路板。

②調(diào)試：當(dāng)電路板制作完成后，需要調(diào)試電路板能否完成實訓(xùn)要求的功能，在調(diào)試的過程中我發(fā)現(xiàn)了數(shù)碼管是共陽的，隨后在P2口焊上1K上拉電阻，本次實訓(xùn)沒有用到三極管導(dǎo)致數(shù)碼管不夠亮，但是并不影響參數(shù)整定，而且晶振也換為12兆。

4功能測試

4.1測試儀器和設(shè)備

萬用表、傳感器設(shè)備、雙容水箱

4.2性能指標測試

①實現(xiàn)液位標定（誤差%5）

②完成參數(shù)的整定

5.硬件工作模塊

51最小系統(tǒng)
  最小系統(tǒng)是指是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)，它包括單片機、復(fù)位電路和時鐘電路。
  復(fù)位電路：單片機第9腳為復(fù)位信號引腳（RST），復(fù)位信號高電平有效，但高電平維持時間必須維持在24個振蕩周期以上才能完成復(fù)位。系統(tǒng)使用12MHZ晶振則復(fù)位需要兩個機器周期。通電瞬間RC電路充電，RST引腳得到了一定脈寬的信號，只要信號脈寬維持在復(fù)位允許時間，單片機即可復(fù)位。
  起振電路：在外部連接晶振和起振電容便可構(gòu)成內(nèi)部振蕩電路，產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。
  單片機：AT89S52，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash儲存器。

A/D轉(zhuǎn)換
ADC0809是一款8通道復(fù)用的8位AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵部分是它的八位8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這個部分由三部分組成：266R的階梯網(wǎng)絡(luò)，連接逼近的電阻和比較器。ADC0809為8路模擬信號的份上采集轉(zhuǎn)換器。片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100US左右。

電機模塊

原理圖：

PCB圖：

5.實訓(xùn)心得

經(jīng)過本次實訓(xùn)，讓我對過程控制這一門課有了更深刻的了解。特別是雙位控制和PID控制，不僅對理論有了跟深刻的了解，還對它們實際應(yīng)用有了一定的認識。這次實訓(xùn)首先設(shè)計原理圖和布局PCB，然后做板子。在設(shè)計原理圖的時候沒有注意到數(shù)碼管是共陽的，也沒加三極管，導(dǎo)致數(shù)碼管很暗，后來在接數(shù)碼管位選的IO口上接了一個1K的上拉電阻，有效的解決了這個問題。其中本次實訓(xùn)的關(guān)鍵在于調(diào)試，這也是最難，它不僅考驗了知識，還考驗了耐心。調(diào)試主要包括了測量參數(shù)，利用參數(shù)經(jīng)數(shù)學(xué)計算工具擬合出曲線，還有就是不斷的修改程序，首先就是調(diào)節(jié)P值，不讓I作用，讓水位能在設(shè)定值的附近比較穩(wěn)定的上下波動，出現(xiàn)等幅振蕩最好。最后加入I調(diào)節(jié)，調(diào)整I參數(shù)，是系統(tǒng)跟加好的穩(wěn)定。不過本次實訓(xùn)中我只調(diào)了P，因為調(diào)了P水位也能比較穩(wěn)定的在設(shè)定值的附近微小的波動。

附錄1：原件清單

51單片機

ADC0809 數(shù)碼管

達林頓三極管

四個獨石電容

兩個瓷片電容

多個電阻 RS232串口芯片

DB9

1K上拉電阻

若干插針

接線柱

12M晶振三個按鍵

一個極性電容

光耦

下載接口

附錄2：程序清單

#include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uint c=0; //獲取液位AD值，
unsigned char code dofly_DuanMa[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,
0x90,0X88,0X83,0Xc6,0Xa1,0X86,0X8e};// 顯示段碼值0~9
/*ADC0809*/
sbit EOC=P3^2; //轉(zhuǎn)換結(jié)束信號
sbit OE=P3^3; //允許輸出信號
sbit ST=P3^4; //轉(zhuǎn)換啟動信號
sbit CLK=P3^5; //時鐘
/*按鍵*/
sbit KeyPlus=P2^0;//按鍵加
sbit KeyMinus=P2^1;//按鍵減
/*驅(qū)動*/
sbit ENA=P3^6;//進出水控制
double KZ=100;
double YEWEI; //獲取液位AD對應(yīng)液位值，
uint rout; // PID Response (Output)
uint getdata;
uint PWM_L;
uint speed_L = 0;
void DelayUs2x(unsigned char t)
{
while(--t);
}
void DelayMs(unsigned char t)
{
while(t--)
{
//大致延時1mS
DelayUs2x(245);
DelayUs2x(245);
}
}
void InitTimer0(void)
{
TMOD = 0x11;
TH0 = (65536-500)/256; //求模 0.5ms
TL0 = (65536-500)%256; //求余
TH1 = 0x0EC;
TL1 = 0x78;
EA = 1;
ET0 = 1;
TR0 = 1;
ET1 = 1;
TR1 = 1;
}
void InitAdc(void) //ADC初始化
{
ST=0;
OE=0;
ST=1;
ST=0;
}
void AdcObtainData(void) //ADC或出數(shù)據(jù)
{
while(EOC==0);
OE=1;
getdata=P1;
if(getdata<53)
{
getdata=53;
}
YEWEI=(double)5*((double)(getdata)-53);//AD值是70就對應(yīng)100mm的液位高度
OE=0;
DelayMs(200); //延時防止采集頻率過快
}
typedef struct PID
{
int SetPoint;//設(shè)定目標Desired Value
//long SumError; //誤差累計
double Proportion; //比例常數(shù)Proportional Const
double Integral; //積分常數(shù)Integral Const
double Derivative; //微分常數(shù)Derivative Const
int LastError; //Error[-1]
int PrevError; //Error[-2]
}
PID;
static PID sPID;
static PID *sptr = &sPID;
/*PID參數(shù)初始化*/
void IncPIDInit(void)
{
//sptr->SumError = 0;
sptr->LastError = 0; //Error[-1]
sptr->PrevError = 0; //Error[-2]
sptr->Proportion = 5; //比例常數(shù)Proportional Const
sptr->Integral = 0;//積分常數(shù)Integral Const
sptr->Derivative = 0; //微分常數(shù)Derivative Const
}
/*增量式 PID 計算部分*/
int IncPIDCalc(int NextPoint)
{
register int iError,iIncpid; //當(dāng)前誤差
iError = sptr->SetPoint - NextPoint;//增量計算
iIncpid = sptr->Proportion * iError//E[k]項
- sptr->Integral*sptr->LastError//E[k－1]項
+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]項
//存儲誤差，用于下次計算
sptr->PrevError = sptr->LastError;
sptr->LastError = iError;
//返回增量值
return(iIncpid);
}
void SheZhi(void)//按鍵設(shè)置液位高度
{
if(KeyPlus==0) //液位增加按鍵
{
DelayMs(100); //防止按鍵抖動
while(!KeyPlus);
KZ=KZ+10;
}
if(KeyMinus==0) //液位降低按鍵
{
DelayMs(100); //防止按鍵抖動
while(!KeyMinus);
KZ=KZ-10;
}
}
void Control(void) //液位控制
{
InitAdc();
AdcObtainData();
if(KZ>YEWEI)
{
if(KZ-YEWEI>50)
{
PWM_L=250;
}
else
{
rout=IncPIDCalc(YEWEI);
PWM_L=(uchar)(rout);
if(PWM_L>80)
PWM_L=80;
}
}
}
void main(void)
{
InitTimer0();
IncPIDInit(); //初始化PID
while(1)
{
sptr->SetPoint = KZ ;
SheZhi(); //調(diào)用設(shè)置函數(shù)
Control();//調(diào)用控制函
}
}
void jishi(void) interrupt 1 using 1 //定時器中斷0輸出PWM
{
TH0 = (65536-500)/256; //求模 0.5ms
TL0 = (65536-500)%256; //求余
/*用來水泵調(diào)速*/
speed_L++;
if(speed_L < PWM_L) //左輪PWM調(diào)速給出高電平占空比
{
ENA = 0;
}
else if(speed_L > PWM_L) //左輪PWM調(diào)速給出低電平占空比
{
ENA = 1;
}
if(speed_L == 300) //周期至300時清零
{
speed_L = 0;
ENA = 0;
}
/*ADC時鐘*/
CLK=~CLK;
}
void Timer1Interrupt(void) interrupt 3
{
TH1 = 0x0ec;
TL1 = 0x78;
switch(c)
{
case 0:P2=0X8f;P0=dofly_DuanMa[((uint)YEWEI)/16];break;//顯示2位當(dāng)前液位值break;
case 1:P2=0X4f;P0=dofly_DuanMa[((uint)YEWEI)%16];break;
case 2:P2=0X2f;P0=dofly_DuanMa[(uint)KZ/16];break;//顯示設(shè)定液位值break;
case 3:P2=0X1f;P0=dofly_DuanMa[(uint)KZ%16];break;
}
c++;
if(c==4){c=0;}
}

復(fù)制代碼

ID:114113 · 發(fā)表于 2016-4-14 14:12

在么
如果把輸出量改為控制電機的正反轉(zhuǎn) 當(dāng)液位高于設(shè)定值是電動機正轉(zhuǎn) 當(dāng)液位低于設(shè)定值時電動機反轉(zhuǎn) 這個程序要怎么弄啊

ID:114113 · 發(fā)表于 2016-4-14 14:13

能給我一個你的聯(lián)系方式么

ID:118704 · 發(fā)表于 2016-5-9 14:11

感謝樓主貢獻資源

ID:168553 · 發(fā)表于 2017-3-9 18:50

怎樣實現(xiàn)溫度和液位一起控制啊？

ID:170845 · 發(fā)表于 2017-3-15 11:21

怎么在里面填加多個傳感器實現(xiàn)PID控制

ID:170445 · 發(fā)表于 2017-3-19 23:14

沒有protues原理圖？

ID:130231 · 發(fā)表于 2017-3-20 11:40

感謝樓主你的分享

ID:110278 · 發(fā)表于 2017-7-23 16:12

感謝樓主。。。。

ID:156600 · 發(fā)表于 2017-7-24 10:22

謝謝，支持一下

ID:218885 · 發(fā)表于 2017-9-18 11:00

感謝分享，多多支持

ID:257343 · 發(fā)表于 2017-12-5 09:46

非常感謝，支持一下

ID:262281 · 發(fā)表于 2017-12-16 19:18

如果用PIC該怎么控制？

ID:262281 · 發(fā)表于 2017-12-17 19:21

zzzzk 發(fā)表于 2017-3-19 23:14
沒有protues原理圖？

有沒有proteus？

ID:264431 · 發(fā)表于 2017-12-20 20:33

這個如何利用電機的正反轉(zhuǎn)作為輸出？

ID:260141 · 發(fā)表于 2018-6-14 14:53

能簡單解釋一下整個電路的工作原理嗎？

ID:272186 · 發(fā)表于 2018-6-20 22:27

感謝樓主

ID:485170 · 發(fā)表于 2019-5-31 20:49

非常感謝

ID:463023 · 發(fā)表于 2019-7-17 08:45

浪費黑幣，謹慎下載

ID:1113285 · 發(fā)表于 2024-3-27 10:32

能有溫度控制就好了

ID:1142601 · 發(fā)表于 2025-3-16 21:58

有沒有proteus？

ID:1142601 · 發(fā)表于 2025-3-16 23:17

有仿真嗎？

ID:1142601 · 發(fā)表于 2025-3-17 21:36

有仿真嗎

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