基于單片機的水位控制的文獻綜述

1、 基于單片機的水位控制1606年，意大利人波爾塔（公元15381615年）在他撰寫的靈學三問中，論述了如何利用蒸汽產生壓力，使水槽中的液位升高。還闡述了如何利用水蒸汽的凝結產生吸力，使液位下降。在此之后，1615年，法國斯科，1629年，意大利布蘭卡，1654年，德國發(fā)明家蓋里克，1680年，荷蘭物理學家惠更斯，法國物理學家帕潘，隨后的英國軍事工程師托瑪斯沙弗瑞都先后進行了研究。這些研究僅僅是初步探索階段，還用不到自動調節(jié)。此次我選擇的設計題目是基于單片機的水位控制。研究對象是生產的全自動水箱液位控制過程，其主要控制芯片c51單片機的控制原理，以及內部控制算法pid算法的c語言程序。 1. 生

2、產用全自動水箱液位控制過程 生產用全自動水箱液位控制的主要過程是液位傳感器對液位的測量、測量信號的a/d轉換、轉換信號的pid運算、輸出信號的放大與d/a轉換、控制信號的傳輸與控制。 1.1 液位的測量 液位的測量一般采用壓差式液位傳感器，其工作原理是：在一般的圓形水箱的中其 截面圓的面積s是不變的，那么，重量g=p*s，又有p=gh，所以g=gh*s ，s不變，g與p成正比關系。即，只要準確地檢測出p值，就能算出高度h。在溫度變化時，雖然液體的體積膨脹或縮小，實際液位升高或降低，所檢測的壓力是不變的。所以還需引入介質溫度補償。 1.2 測量信號的a/d轉換 將測量所得模擬信號轉換成數(shù)字信號的

3、過程，稱為a/d轉換。因為單片機所能處理的信號都是數(shù)字量信號，而通過液位傳感器所檢測的信號為模擬量信號。所以，我們必須先將檢測的這些模擬信號經a/d轉換電路轉換為數(shù)字量信號，才能進行pid運算。 1.3 轉換信號的pid運算檢測信號經a/d轉換后成為數(shù)字量信號后，便輸入主控制芯片c51單片機中。以內部設定的pid算法為基準，對其進行運算處理。1.4 輸出信號的放大與d/a轉換經由單片機運算后得數(shù)字信號即為輸出信號。所以，輸出信號是為數(shù)字量信號且很微弱。而能夠控制執(zhí)行裝置的卻是很強的模擬信號。所以，此時我們必須將輸出信號進行放大、d/a轉換等處理后，方能變?yōu)榭刂菩盘枴?.5 控制信號的傳輸與控制

4、此時的控制信號為較強的模擬量信號。經過特定線路的傳輸，送到執(zhí)行裝置，來控制執(zhí)行裝置的相應動作。通過執(zhí)行裝置的動作，來達到我們控制液位的目的。2. c51單片機的控制原理mcs-51系列單片機的應用很廣泛，是學習單片機技術較好的系統(tǒng)平臺，同時也是開發(fā)單片微型計算機應用系統(tǒng)的一個重要系列。它集成了中央處理器（cpu）、存儲系統(tǒng)（ram和rom）、四年股市、計數(shù)器、并行接口、串行接口、終端系統(tǒng)及一些特殊功能寄存器（sfr）。它們通過內部總線緊密的聯(lián)系在一起。它的總體機構仍是通用cpu加上外圍的芯片的總線機構。其工作主要是通過中央處理器的運算部件，對檢測信號進行算術邏輯運算。3. pid算法在過程控制

5、中，按偏差的比例（p）、積分（i）和微分（d）進行控制的pid控制器（亦稱pid調節(jié)）是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象“一階滯后純滯后”與“二階滯后純滯后”的控制對象，pid控制器是一種最優(yōu)控制。pid調節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結構改變靈活（pi、pd、）。而課題中，我們采用pid算法中的一種pid增量算法。其功能有： 3.1 濾波的選擇可以對輸入加一個前置濾波器，使得進入控制算法的給定值不突變，而是有一定慣性延遲的緩變量。3.2

6、 系統(tǒng)的動態(tài)過程加速在增量式算法中，比例項與積分項的符號有以下關系：如果被控量繼續(xù)偏離給定值，則這兩項符號相同，而當被控量向給定值方向變化時，則這兩項的符號相反。 由于這一性質，當被控量接近給定值的時候，反號的比例作用阻礙了積分作用，因而避免了積分超調以及隨之帶來的振蕩，這顯然是有利于控制的。但如果被控量遠未接近給定值，僅剛開始向給定值變化時，由于比例和積分反向，將會減慢控制過程。 為了加快開始的動態(tài)過程，我們可以設定一個偏差范圍v，當偏差|e(t)|= 時，則不管比例作用為正或為負，都使它向有利于接近給定值的方向調整，即取其值為|e(t)-e(t-1)|，其符號與積分項一致。利用這樣的算法，可以加快控制的動態(tài)過程。3.3 pid增量式算法的飽和作用及其抑制在pid增量算法中，由于執(zhí)行元件本身是機械或物理的積分儲存單元，如果給定值發(fā)生突變時，由算法的比例部分和微分部分計算出的控制增量可能比較大，如果該值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度，那么實際上執(zhí)行的控制增量將時受到限制時的值，多余的部分將丟失，將使系統(tǒng)的動態(tài)過程變長，因此，需要采取一定的措施改善這種情況。 糾正這種缺陷的方法是采用積累補償法，當超出執(zhí)行機構的執(zhí)行能力時，將其多余部分積累起來，而一旦可能時，再補充執(zhí)行。參考文獻：【1】