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基于PID的液位调节器设计

摘    要
PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统，它是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。PID液位调节器是基于PID控制器原理的、可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值的装置。它可以使系统更加准确，更加稳定的控制液位。通过数学方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。因此，PID液位调节器广泛应用于工业生产和日常生活之中。 
作为重要的被控量之一的液位，其控制系统引人关注。本文设计了液位调节系统，该系统以ATmega16L单片机作为控制核心，实现液位自动调节和液位显示。设计液位控制系统操作方便、性能良好，能够对液位进行有效的控制。本文还详细的给出了部分相关的硬件电路图和软件流程图，并编制了C语言程序。

关键词：AVR单片机；PID调节器；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 common in application in industrial control feedback loop components. 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; The PID regulator; Liquid level control

 
目   录
1 绪 论 1
1.1 研究的目的和意义 1
1.2 本设计的优点及其所要实现的功能 2
1.3 本文的主要研究内容 2
2 系统工作原理及其总体设计方案 3
2.1 系统工作原理 3
2.2 总体设计方案 3
3 系统的硬件电路设计 5
3.1 核心控制模块的设计 5
3.1.1 ATmega16L单片机简介 5
3.1.2 ATmega16L单片机最小系统 6
3.2 液位采集模块的设计 7
3.2.1 液位传感器选择 7
3.2.2 采集电路的设计 8
3.3 执行模块的设计 11
3.3.1 水泵的选型及功能 11
3.3.2 电机驱动电路的设计 12
3.4 液位设定模块的结构及功能 14
3.5 显示模块的设计 15
3.6 报警模块的设计 16
3.7 电源的设计 17
4 系统的软件设计 18
4.1 单片机软件开发环境 18
4.2 主程序设计 18
4.3 各功能模块子程序的设计 20
4.5.1 A/D转换子程序结构设计 21
4.5.2 液位处理程序结构设计 22
4.5.3 液位显示子程序结构设计 22
4.5.4 液位设定子程序结构设计 22
5 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