51單片機PID液位控制系統設計程序PCB和實訓報告論文都有

ID:102721 · 發表于 2016-1-11 10:06

用51單片機做的PID液位控制系統程序PCB和設計實訓報告一應俱全.

51單片機PID液位控制系統設計所有文件下載（包含程序論文 pcb文件）:

液位控制.rar (453.09 KB, 下載次數: 266)

以下是單片機pid液位控制系統設計的論文預覽：

桂林電子科技大學信息科技學院

《自動化儀表與過程控制》實訓報告

班級：自動化一班

學號： 00000000000000

姓名：00

指導教師：xxx

2015 年 6 月 15 日

實訓題目：液位控制系統

1 系統設計

1.1 設計要求

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（將水箱設為自衡系統），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。設計調節器（模擬或數字式），能夠根據用戶設定，將水位控制在要求值（采用PID或PI規律）。

1.1.2 性能指標要求

1、設計制作硬件系統電路，標記姓名學號及制作日期；

2、實現水泵的控制、信號檢測（顯示）及調節器控制規律；

3、系統能夠盡快的克服擾動；

1.1.3 設計方法與步驟

1、根據設計基本原理和性能指標要求選擇總體方案，畫出設計框圖；

2、參閱相關資料，根據設計框圖進行電路的設計；

3、列出元件清單；

4、畫原理圖，布PCB圖，并制作電路板；

5、根據器件由小到大的順序安裝電路，并進行自檢測試；

6、數學建模、設計合適的控制參數；

7、調試所制作的電路；

1.2 設計思路及設計框圖

1.2.1設計思路

調節器和PWM信號產生用51單片機執行，單片機與驅動模塊之間使用光電耦合器進行隔離。液位變送器根據水壓不同輸出模擬電流信號（0-20mA），然后經250歐電阻轉成0-5V的電壓信號經過ADC0809芯片轉換成數字信號，再把數字信號傳給單片機的P1口，用單片機進行數據處理。用兩位數碼管顯示AD值（調試用的），經多次測量AD值所對應的液位高度，記下多組數據，再用MATLAB，Polyfit(x,y,n)

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

水泵的驅動用達林頓三級管驅動，可以通過單片機模擬出來的PWM控制水泵的轉速。

1.2.2總體設計框圖

2 各個模塊的程序的設計

1、PID算法控制：

#include"PID.H"

/*PID參數初始化*/

voidIncPIDInit(void)

{

//sptr->SumError = 0;

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

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

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

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

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

}

/*增量式 PID 計算部分*/

intIncPIDCalc(int NextPoint)

{

register int iError,iIncpid; //當前誤差

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模數轉換：

voidInitAdc(void) //ADC初始化

{

ST=0;

OE=0;

ST=1;

ST=0;

}

voidAdcObtainData(void) //ADC或出數據

{

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

/*用來電機調速*/

speed_L++;

if(speed_L < PWM_L) //調速給出高電平占空比

{

ENA= 0;

}

else if(speed_L > PWM_L) //調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 制作與調試過程

①制作：本次實訓在制作電路板的過程中，根據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，接著轉為PCB，手動布線，并將PCB轉印在板子上，腐蝕、打孔后，完成實訓電路板。

②調試：當電路板制作完成后，需要調試電路板能否完成實訓要求的功能，在調試的過程中我發現了數碼管是共陽的，隨后在P2口焊上1K上拉電阻，本次實訓沒有用到三極管導致數碼管不夠亮，但是并不影響參數整定，而且晶振也換為12兆。

4功能測試

4.1測試儀器和設備

萬用表、傳感器設備、雙容水箱

4.2性能指標測試

①實現液位標定（誤差%5）

②完成參數的整定

5.硬件工作模塊

51最小系統
  最小系統是指是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統，它包括單片機、復位電路和時鐘電路。
  復位電路：單片機第9腳為復位信號引腳（RST），復位信號高電平有效，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位。系統使用12MHZ晶振則復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位允許時間，單片機即可復位。
  起振電路：在外部連接晶振和起振電容便可構成內部振蕩電路，產生振蕩時鐘脈沖。
  單片機：AT89S52，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統可編程Flash儲存器。

A/D轉換
ADC0809是一款8通道復用的8位AD轉換器，數據獲取的關鍵部分是它的八位8位模/數轉換器。這個部分由三部分組成：266R的階梯網絡，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換器。片內有8路模擬選通開關，以及相應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉換時間為100US左右。

電機模塊

原理圖：

PCB圖：

5.實訓心得

經過本次實訓，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，還對它們實際應用有了一定的認識。這次實訓首先設計原理圖和布局PCB，然后做板子。在設計原理圖的時候沒有注意到數碼管是共陽的，也沒加三極管，導致數碼管很暗，后來在接數碼管位選的IO口上接了一個1K的上拉電阻，有效的解決了這個問題。其中本次實訓的關鍵在于調試，這也是最難，它不僅考驗了知識，還考驗了耐心。調試主要包括了測量參數，利用參數經數學計算工具擬合出曲線，還有就是不斷的修改程序，首先就是調節P值，不讓I作用，讓水位能在設定值的附近比較穩定的上下波動，出現等幅振蕩最好。最后加入I調節，調整I參數，是系統跟加好的穩定。不過本次實訓中我只調了P，因為調了P水位也能比較穩定的在設定值的附近微小的波動。

附錄1：原件清單

51單片機

ADC0809 數碼管

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; //轉換結束信號
sbit OE=P3^3; //允許輸出信號
sbit ST=P3^4; //轉換啟動信號
sbit CLK=P3^5; //時鐘
/*按鍵*/
sbit KeyPlus=P2^0;//按鍵加
sbit KeyMinus=P2^1;//按鍵減
/*驅動*/
sbit ENA=P3^6;//進出水控制
double KZ=100;
double YEWEI; //獲取液位AD對應液位值，
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或出數據
{
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;//設定目標Desired Value
//long SumError; //誤差累計
double Proportion; //比例常數Proportional Const
double Integral; //積分常數Integral Const
double Derivative; //微分常數Derivative Const
int LastError; //Error[-1]
int PrevError; //Error[-2]
}
PID;
static PID sPID;
static PID *sptr = &sPID;
/*PID參數初始化*/
void IncPIDInit(void)
{
//sptr->SumError = 0;
sptr->LastError = 0; //Error[-1]
sptr->PrevError = 0; //Error[-2]
sptr->Proportion = 5; //比例常數Proportional Const
sptr->Integral = 0;//積分常數Integral Const
sptr->Derivative = 0; //微分常數Derivative Const
}
/*增量式 PID 計算部分*/
int IncPIDCalc(int NextPoint)
{
register int iError,iIncpid; //當前誤差
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(); //調用設置函數
Control();//調用控制函
}
}
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
/*用來水泵調速*/
speed_L++;
if(speed_L < PWM_L) //左輪PWM調速給出高電平占空比
{
ENA = 0;
}
else if(speed_L > PWM_L) //左輪PWM調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;//顯示設定液位值break;
case 3:P2=0X1f;P0=dofly_DuanMa[(uint)KZ%16];break;
}
c++;
if(c==4){c=0;}
}

復制代碼

ID:114113 · 發表于 2016-4-14 14:12

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

ID:114113 · 發表于 2016-4-14 14:13

能給我一個你的聯系方式么

ID:118704 · 發表于 2016-5-9 14:11

感謝樓主貢獻資源

ID:168553 · 發表于 2017-3-9 18:50

怎樣實現溫度和液位一起控制啊？

ID:170845 · 發表于 2017-3-15 11:21

怎么在里面填加多個傳感器實現PID控制

ID:170445 · 發表于 2017-3-19 23:14

沒有protues原理圖？

ID:130231 · 發表于 2017-3-20 11:40

感謝樓主你的分享

ID:110278 · 發表于 2017-7-23 16:12

感謝樓主。。。。

ID:156600 · 發表于 2017-7-24 10:22

謝謝，支持一下

ID:218885 · 發表于 2017-9-18 11:00

感謝分享，多多支持

ID:257343 · 發表于 2017-12-5 09:46

非常感謝，支持一下

ID:262281 · 發表于 2017-12-16 19:18

如果用PIC該怎么控制？

ID:262281 · 發表于 2017-12-17 19:21

zzzzk 發表于 2017-3-19 23:14
沒有protues原理圖？

有沒有proteus？

ID:264431 · 發表于 2017-12-20 20:33

這個如何利用電機的正反轉作為輸出？

ID:260141 · 發表于 2018-6-14 14:53

能簡單解釋一下整個電路的工作原理嗎？

ID:272186 · 發表于 2018-6-20 22:27

感謝樓主

ID:485170 · 發表于 2019-5-31 20:49

非常感謝

ID:463023 · 發表于 2019-7-17 08:45

浪費黑幣，謹慎下載

ID:1113285 · 發表于 2024-3-27 10:32

能有溫度控制就好了

ID:1142601 · 發表于 2025-3-16 21:58

有沒有proteus？

ID:1142601 · 發表于 2025-3-16 23:17

有仿真嗎？

ID:1142601 · 發表于 2025-3-17 21:36

有仿真嗎

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