課程設(shè)計(jì)說明書液位控制器設(shè)計(jì)

1、編號(hào)： 課程設(shè)計(jì)說明書 題 目： 水位控制器設(shè)計(jì) 院 （系）： 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué)生姓名： xxxxxxxxxxxxx 學(xué) 號(hào)： xxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師：xxxxxxxxxxxxx 職 稱： 研究員 題目類型：題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 2013 年 7 月 5 日 摘 要 半個(gè)世紀(jì)來(lái)，隨著控制理論的深入研究，出現(xiàn)了許多新的控制算法。液位高度控制 是工業(yè)控制過程的一種典型控制模型，進(jìn)行液位控制課題研究，有助于學(xué)生進(jìn)一步學(xué) 習(xí)單片機(jī)、微機(jī)控制、自動(dòng)控制理論等相關(guān)課程。在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下，采用合適的方法對(duì) 液位進(jìn)行檢測(cè)、控制，能收到

2、很好的效果。pid 控制是目前采用最多的控制方法。根據(jù) 液位系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的 pid 控制器對(duì)其進(jìn)行液位控制，不僅成本低，而且控制 效果好，具有較高的使用價(jià)值。 本文主要是利用雙向水泵對(duì)水箱進(jìn)行進(jìn)水與排水控制，也就是進(jìn)行對(duì)水箱液位控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涉及到液位的動(dòng)態(tài)控制、控制系統(tǒng)的建模、pid 算法、傳感器等一系列知 識(shí)。選用合適的器件設(shè)備、控制方案和算法，為能最大限度地滿足系統(tǒng)對(duì)控制精度、 實(shí)時(shí)控制等控制品質(zhì)的要求。 關(guān)鍵詞 pid 控制 單片機(jī) 液位 abstractabstract in recent years, with in-depth study of control the

3、ory, many new control algorithm. liquid level height is an important parameter in industrial control process, under dynamic condition, adopt the appropriate methods to control the liquid level detection, and can get very good effect. pid control is one of the most control methods. according to the c

4、haracteristics of the liquid level system, design a suitable pid controller for level control, not only low cost, and good control effect and has higher use value. this article mainly is to use the two-way water pump to control the feed water and drainage water tank, in a word, is the design of wate

5、r tank level control system, involves the level of dynamic control, the modeling of the control system, pid algorithm, sensors and so on a series of knowledge. choose the right components, equipment, control scheme and algorithm to maximize meet the control accuracy and real-time control system cont

6、rol quality requirements. keywordskeywords pid control ; industrial ; liquid level ;singe chip 目目 錄錄 引言 . 1 背景知識(shí)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 . 1.1 背景知識(shí) . 1.2 stc12c5a60s2 系列單片機(jī)介紹. 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 . 1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 . 2 主要器件的選擇及論證 . 2.1 微處理器的選擇 . 2.2 驅(qū)動(dòng)模塊選擇 . 2.3 輸出模塊選擇 . 2.4 輸入模塊選擇 . 3 硬件電路的設(shè)計(jì) . 3.1 stc12c5a08s2 主控模塊設(shè)計(jì). 3.1.1 stc1

7、2c5a08s2 最小系統(tǒng)芯片部分.8 3.1.2 stc12c5a08s2 最小系統(tǒng) i/o 口部分.9 3.1.3 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊部分 3.2 總原理圖與 pcb 效果圖 . 4 軟件設(shè)計(jì) . 4.1 ad 轉(zhuǎn)換的程序. 4.2 lcd 程序. 4.1 按鍵程序 .1 4.1 關(guān)于中斷 .1 4.5 關(guān)于 pwm.2 4. 關(guān)于主程序2 5 調(diào)試過程 . 5.1 液位傳感器定標(biāo) . 5.2 硬件調(diào)試過程 5.3 軟件調(diào)試過程 . 6 對(duì)系統(tǒng)的總結(jié)與展望 . 6.1 總結(jié) . 6.2 展望 . 謝 辭 . 參考文獻(xiàn) . 附 錄 .20 引言 本課題中我們?cè)O(shè)計(jì)了基于單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)水泵來(lái)進(jìn)行

8、水位控制的控 制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)控制和跟蹤水位，并以液晶實(shí)時(shí)顯示水位。該方案具有原 理簡(jiǎn)單、想法新穎、容易實(shí)現(xiàn)、精度高等特點(diǎn)，控制系統(tǒng)對(duì)于提高工業(yè)自動(dòng)化 水平和提高生活供水質(zhì)量具有重要的意義。 在生產(chǎn)領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)檢測(cè)和控制是工業(yè)過程控制的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)， 對(duì)于提高工業(yè)過程控制的自動(dòng)化水平有著重要的意義。 在生活領(lǐng)域中，供水方式過去一般是通過人工來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，容易造成對(duì)水 資源的浪費(fèi)，所以現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越關(guān)注水資源的問題。 目前，水位控制系統(tǒng)是受到廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，水位控制可以有多種實(shí) 現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制、傳感器控制等，但傳統(tǒng)的控 制方式存在控制精度低、能耗大、不能實(shí)

9、現(xiàn)連續(xù)控制和跟蹤水位的特點(diǎn)，所以 本論文設(shè)計(jì)出更方便更準(zhǔn)確的水位控制系統(tǒng)。 1 背景知識(shí)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 1.1 背景知識(shí) 本課題涉及了單片機(jī)、自動(dòng)控制原理、傳感器、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等相關(guān)課程，需要熟 練編寫單片機(jī)程序、設(shè)計(jì)控制算法、正確標(biāo)定傳感器與 ad 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)曲線、正確進(jìn)行分段 線性擬合、根據(jù)實(shí)際水位和目標(biāo)水位的差值用 pwm 脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行 pid 調(diào)節(jié)。其中單片 機(jī)程序設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，主要用到其中的定時(shí)器，內(nèi)置 ad，中斷和寄存器相關(guān)知識(shí)。 1.2 stc12c5a60s2 系列單片機(jī)介紹 stc12c5a60s2 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期單單片機(jī)，是高速、低功 耗、超

10、強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但是速度快了 812 倍，內(nèi)部集成 max810 專用復(fù)位電路，2 路 pwm，8 路 10 位 ad（250k/s） ，針對(duì)電機(jī)控制， 強(qiáng)干擾的場(chǎng)合。本課題中由學(xué)校提供一片 stc12c5a08s2 單片機(jī)，用其進(jìn)行課題設(shè)置完全能 滿足需求。 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 在學(xué)過的單片機(jī)的一些知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過自主學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)另外一些單片機(jī)的應(yīng)用， 學(xué)會(huì)那種單片機(jī)的一種或者幾種語(yǔ)言的編程，學(xué)會(huì)運(yùn)用學(xué)到的新的單片機(jī)控制外圍的芯片、 電路模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)液位控制器，實(shí)現(xiàn) 4 項(xiàng)功能，基本功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)正常工作；功能 1： 用 h 橋芯片驅(qū)動(dòng)水

11、泵進(jìn)行正反轉(zhuǎn)；實(shí)現(xiàn)水箱進(jìn)水與排水控制；功能 2：實(shí)現(xiàn)用壓力傳感器 進(jìn)行液位的測(cè)量；功能 3：鍵盤可進(jìn)行水位設(shè)置，實(shí)際水位可以實(shí)時(shí)顯示。 1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 流程圖： 主程序流程： 開始 外部中斷 1 中斷服務(wù)程序流程： 開始進(jìn)入主程序，開啟計(jì)數(shù)器，開中斷， 將固定字符送 lcd 輸出顯示。 進(jìn)入 while 循環(huán)中，不斷刷新 ad 測(cè)出實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)、按鍵數(shù)據(jù)并分別送 lcd 顯示。 在 while 循環(huán)中等待定時(shí)器 0 溢出，每次溢出時(shí)進(jìn)行實(shí)際液位于 目標(biāo)水位的位差計(jì)算并由此求取所需要的水泵轉(zhuǎn)向的控制信號(hào)輸 出以及水泵輸出功率，將其換算為滿功率對(duì)應(yīng)占空比信息。 每當(dāng) 4*4 按鍵中掃描到按鍵按

12、下就進(jìn) 入外部中斷程序，讀取按鍵值 根據(jù)算術(shù)結(jié)果進(jìn)行水泵轉(zhuǎn)動(dòng)控制 按鍵值為 0 9 數(shù)字？ 將原按鍵值乘與 10 置高位再加上新按下鍵值 得到新的按鍵 值999 ？ 定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) pwm 波形流程： 將鍵值最高位去除 退出中斷服務(wù)程序 每 10us 進(jìn)入定時(shí)器 1 中斷中 將 time 自加 1 time=目標(biāo)占 空比？ 使能輸出 pwm 低電平 使能輸出 pwm 保持高電平 time=100？ 使能輸出 pwm 低電平 退出中斷服務(wù)程序 2主要器件的選擇及論證 2.1 微處理器和 adc 的選擇 老師提供的 stc12c5a08s2 是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 805

13、1 單片機(jī)，指令代碼 完全兼容傳統(tǒng) 8051，但是速度快了 812 倍，內(nèi)部集成 max810 專用復(fù)位電路，2 路 pwm，8 路 10 位 ad（250k/s） ，用來(lái)進(jìn)行課題設(shè)置完全能滿足需求。其中開通一路 ad 通道 采集液位信號(hào)就可以，并且精度能達(dá)到 1/1024 足夠滿足課程精度要求了，若需要再提高精 度，可以考慮多開通一路 ad 通道采集一路標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)用作參考電壓來(lái)計(jì)算減小液位電壓 的誤差。在本次試驗(yàn)中 ad 轉(zhuǎn)換取高八位 1/256 的精度就已經(jīng)足夠了，本人采用十位轉(zhuǎn)換精 度，經(jīng)驗(yàn)證最后精度能保持在 1 毫米誤差內(nèi)，已經(jīng)滿足需求，所以參考標(biāo)準(zhǔn)電壓的 ad 通道 只作用預(yù)留接口

14、附加設(shè)計(jì)在硬件中，而未使用之，若讀者需要可將參考電壓（推薦為 2.5v）加入 p.14 口，并在程序中加入 p1asf = 0 x10; （開啟 p1.4ad 通道） 。 2.2 驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 由于單片機(jī)的負(fù)載功率不足以驅(qū)動(dòng)水泵并且控制器與控制對(duì)象應(yīng)該進(jìn)行電氣隔離進(jìn)行保護(hù)， 所以應(yīng)該加入驅(qū)動(dòng)模塊，本次課題中我們考慮了 293、298 器件，最后為了確保供應(yīng)電流能 滿足水泵考慮了功率因素采用了 298 電路，經(jīng)驗(yàn)證滿足設(shè)計(jì)需求，293 為經(jīng)驗(yàn)證但是理論 上可以嘗試。 298 控制端口需要接入 in1 in2 ena 使能 3 個(gè)控制端，其中常用控制方式有兩種，一是將 ena 使能置高，in1

15、in2 接入兩組互補(bǔ)的 pwm 波形控制 out1 out1 同步輸出兩組互補(bǔ) pwm 波 形。二是將 in1 in2 分別接一高一低來(lái)決定輸出轉(zhuǎn)向，ena 接入一個(gè) pwm 脈沖控制信號(hào)作 為使能調(diào)節(jié)功率大小。筆者使用了后一方案。 2.3 輸出模塊的選擇 本課題中需要實(shí)現(xiàn)液位實(shí)時(shí)顯示與目標(biāo)水位顯示，所以需要設(shè)計(jì)輸出模塊，現(xiàn)在集成的顯 示模塊很多，買最常見的 1062lcd 或者 8 位數(shù)碼管就足夠滿足設(shè)計(jì)了，綜合考慮編程方便、 美觀度和經(jīng)濟(jì)成本，筆者選擇了 lcd。 2.4 輸入模塊的選擇 為了能夠由人自主設(shè)定目標(biāo)水位，需要設(shè)計(jì)輸入模塊，輸入模塊設(shè)計(jì)方案也很多，比如用 4 位開關(guān)分別進(jìn)行加、

16、減、確定、修改 4 種操作就能滿足，而考慮到用 4*4 鍵盤進(jìn)行鍵入 更能符合日常生活操作規(guī)范，筆者選擇了設(shè)計(jì) 4*4 鍵盤并且加入一個(gè) 4 輸入與門電路在按 鍵列掃描的同時(shí)引起外部中斷 1 由中斷服務(wù)程序處理按鍵值獲得 0999mm 輸入量程。 3脈沖信號(hào)參數(shù)測(cè)試儀的硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 stc12c5a08s2 主控模塊設(shè)計(jì) 3.1 .1 stc12c5a08s2 最小應(yīng)用系統(tǒng)芯片部分 和常用的 89c51 系列單片機(jī)一樣，最小系統(tǒng)筆者使用了 12m 晶振，加入了復(fù)位按鍵開關(guān)， 由于手邊有單片機(jī)開發(fā)板方便下載調(diào)試程序，未加入串口下載電路的設(shè)計(jì)，需要的可以在 加入。最小應(yīng)用系統(tǒng)電路原理圖如下

17、： 3.1 .2 stc12c5a08s2 系統(tǒng) i/o 外接部分 本課題的外接設(shè)計(jì)需要外接 1 位的 ad 轉(zhuǎn)換輸入通道（并預(yù)留一路備用通道）8 位的 4*4 鍵 盤，l602lcd 的 3 位使能控制，8 位數(shù)據(jù)口，298 的兩位輸入控制，1 位使能控制，考慮布局 方便已經(jīng)使用方便，筆者使用了 p1.0 為 ad 輸入，p1.4 位預(yù)留 ad 輸入，p2 口 8 位為按鍵， p1.11.3 位 1602 控制位，p0 口 8 位為 1602 數(shù)據(jù)位，p1.51.7 位 298 的驅(qū)動(dòng)控制位。原理 圖如下： 3.1 .3 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊部分 驅(qū)動(dòng)模塊直接用 298 模塊，其需要兩路電源，支持雙

18、輸入雙輸出，本次使用 out1,ou2 接入水泵響應(yīng) in1,in2 單片機(jī)輸入來(lái)同步驅(qū)動(dòng)水泵，ena 接單片機(jī)的 p1.7pwm 波形輸出作 為使能控制。具體原理圖如下： 3.2 總電路原理圖與 pcb 筆者的 pcb 效果圖： 4軟件設(shè)計(jì) 4.1 ad 轉(zhuǎn)換程序 （1）頭文件的定義相關(guān)內(nèi)容 （2）adc 初始化程序 調(diào)用此程序?qū)?adc 初始化。詳見附錄 3 void initadc() （3）獲取某通道的轉(zhuǎn)換 10 位值 調(diào)用此程序獲取某一位通道 ad 轉(zhuǎn)換 10 位結(jié)果。詳見附錄 3 lint getadc(uchar ch) 4.2 lcd 顯示程序 （1）頭文件的定義相關(guān)內(nèi)容 （2

19、）顯示器初始化 調(diào)用此程序?qū)?lcd 初始化。詳見附錄 3 void lcd_initial() （3）可以調(diào)用的顯示子函數(shù) 筆者編寫了一些方便調(diào)用來(lái)送數(shù)據(jù)令 lcd 輸出顯示的子程序，入單字寫入，3 4 位數(shù)據(jù)直接 輸出，字符串輸出的程序等，詳見附錄 3. 4.3 按鍵程序 （1）按鍵掃描程序 為了能夠在按鍵按下后同時(shí)引起外部中斷 1 進(jìn)入中斷服務(wù)程序?qū)存I值處理獲得 0999 間 的數(shù)據(jù)而不單單是 16 個(gè)整數(shù)，在硬件設(shè)計(jì)上筆者加入了一個(gè)與門印發(fā)中斷而軟件上使用了 較為累贅的逐行掃描的按鍵掃描程序 uchar keyscan() ，本文不再贅述。 （2）在中斷中獲取按鍵鍵值程序 在這個(gè)中斷

20、服務(wù)程序中將判斷按下的是否為數(shù)字鍵原按鍵值，若是則將原鍵值置高位再將 新值置低位。并在退出中斷服務(wù)程序前判斷最新的按鍵值是否超過了 999，若超過要進(jìn)行 處理，因?yàn)樵诒菊n題中完全不需要設(shè)定高于 200 毫米的目標(biāo)水位。具體程序詳見附錄 3 子 函數(shù)中 void init1() interrupt 2 函數(shù)。 4.4 關(guān)于中斷程序 筆者用上了定時(shí)器 1 中斷和外部中斷 1，需要啟動(dòng)兩個(gè)中斷。 需要特別注意中斷初始化，否則在軟件調(diào)試時(shí)往往進(jìn)入中斷中跳不出來(lái)。 void init(void) /初始化 ea=1;/*開總中斷 ex1=1;/*開外部中斷 1 et1 = 1;/定時(shí)器中斷 px1=1;

21、/優(yōu)先級(jí)高 pt1=0;/優(yōu)先級(jí)低 it1=0;/*設(shè)置為電平觸發(fā)方式 另外需要了解基本的中斷服務(wù)程序指令格式： void init1() interrupt 0 void init1() interrupt 1 void init1() interrupt 2 void init1() interrupt 3 void init1() interrupt 4 。 。 。 其中后尾數(shù)表示中斷源，依次是外部中斷 0，定時(shí)器中斷 0，外部中斷 1，定時(shí)器中斷 1 等 等。 4.關(guān)于 pwm 波形 pwm 脈寬調(diào)制技術(shù)在控制系統(tǒng)中有著很高的地位，在本課題中筆者通過不斷進(jìn)入定時(shí)器 1 中斷判斷進(jìn)入次數(shù)

22、是否達(dá)到控制水泵功率所需要占空比的數(shù)值來(lái)改變或維持 pwm 輸出的方 式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。具體為： void _pwm_() interrupt 3 static time; if(+time = zkb) /每到定時(shí)器 1 溢出中斷便進(jìn)入一次中斷程序中將 time 自加 1 /并與占空比比較是否變?yōu)榈碗娖剑热缰鞒绦蚯蟮眠@時(shí)應(yīng)該 pwm = 0; /令水泵以 90%的輸出功率工作抽水，那么就 90 次跳過本 if 語(yǔ)句 /得到 90 個(gè)延遲周期的高電平和 10 個(gè)延遲周期的低電平的 pwm 波形 if(time=100) /滿百重置 time = 0; pwm = 1; 4. 主程序 進(jìn)入主程序

23、中首先先開啟計(jì)數(shù)器、開中斷、將固定字符送 lcd 輸出顯示；然后進(jìn)入 while 循 環(huán)中，不斷刷新 ad 測(cè)出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、按鍵數(shù)據(jù)并分別送 lcd 顯示。在 while 循環(huán)中等待定時(shí) 器 0 溢出，每次溢出時(shí)進(jìn)行實(shí)際液位于目標(biāo)水位的位差計(jì)算并由此求取所需要的水泵轉(zhuǎn)向 的控制信號(hào)輸出以及水泵輸出功率，將其換算為滿功率對(duì)應(yīng)占空比信息。等待定時(shí)器 1 中 斷根據(jù)占空比計(jì)算結(jié)果形成 pwm 控制波形進(jìn)行水泵轉(zhuǎn)動(dòng)控制。具體的主函數(shù)詳見附錄 4 5調(diào)試過程 5.1 傳感器線性擬合調(diào)測(cè)過程 液位傳感器是類似于洗衣機(jī)內(nèi)部的壓力型傳感器，在課題一開始就需要根據(jù)傳感器 的靈敏區(qū)設(shè)置水箱，刻度標(biāo)度要在其靈敏量程范

24、圍內(nèi)，但是推薦不必急于用不可擦拭墨跡 標(biāo)定坐標(biāo)度，避免后期調(diào)整傳感器后坐標(biāo)不同。 筆者由于有學(xué)校提供了共計(jì) 5 套傳感器和水泵，所以前期只將每只傳感器裝好后經(jīng) 過反復(fù)調(diào)零和調(diào)放大系數(shù)各測(cè)了 4 組水位與傳感器輸出電壓關(guān)系表并生成曲線觀測(cè)其線性 情況，發(fā)現(xiàn)在部分量程中線性度還不錯(cuò)。多組測(cè)數(shù)能到提高精度，并且必需要在加水過程 和排水過程分別測(cè)數(shù)，及早發(fā)現(xiàn)傳感器的輸出增長(zhǎng)過程和降低過程是否能擬合，若不能那 么在控制算法中就需要兩套計(jì)算公式。若整條線根本分線性，就需要多次分段求取各段各 自的代數(shù)算式以備測(cè)試控制效果。 經(jīng)測(cè)試，筆者與同學(xué)選中了其中兩只在量程范圍內(nèi)精度較高并且較線性的傳感器進(jìn) 行后期設(shè)計(jì)

25、工作。其中部分先期測(cè)試到的數(shù)據(jù)和曲線示例如下在部分量程中線性度較高： 前期測(cè)試傳感器示例數(shù)據(jù)前期測(cè)試傳感器示例數(shù)據(jù) 傳感器實(shí)物圖傳感器實(shí)物圖 在后期測(cè)設(shè)計(jì)中，其他模塊都能正確工作后需要加入 ad 轉(zhuǎn)換算式把模擬液位測(cè)試電壓轉(zhuǎn)化 為數(shù)字可見的液位數(shù)據(jù)，這時(shí)需要測(cè)量更多組數(shù)據(jù)，并且測(cè)量間距要足夠小，最后取了平 均值后進(jìn)行擬合得出電壓與液位關(guān)系算式，示例如下： 其中 y=3.1756x - 1.3855 為所需算式。 5.2 控制模塊的硬件調(diào)測(cè)過程 5.2.1 298 驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試 做出實(shí)物后，在未接入單片機(jī)不加入控制程序的情況下，將驅(qū)動(dòng)模塊的 in1 接高， in2 接低，使能 ena 直接接高

26、，并正確向 298 供電，測(cè)試輸出 out1 out2 是否能驅(qū)動(dòng)水泵 滿功率正轉(zhuǎn)。然后將 in1 in2 互換高低電平，測(cè)試水泵是否滿功率反轉(zhuǎn)。 若正反轉(zhuǎn)都正常，可以將 ena 高電平移除，用脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出 5v 的方波接入， 方波占空比分別調(diào)到 20%，50% 80% 觀測(cè)水泵輸出功率狀況。可以驗(yàn)證通過單片機(jī)輸出 pwm 波形作為使能的預(yù)期結(jié)果是否滿足需要。筆者經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在供應(yīng)電壓為 7.5v 工作電壓時(shí)， 水泵需要在 pwm 占空比為 20%以上才具備抽水能力，否則只是空轉(zhuǎn)而帶不動(dòng)水流。 水泵實(shí)物圖 5.2.2 按鍵與顯示模塊的調(diào)試 將系統(tǒng)在電源開關(guān)關(guān)閉情況下正確接線接入電源，再次檢

27、驗(yàn)接電正確、單片機(jī)未反接后打 開獨(dú)立電源開關(guān)向單片機(jī)和 1602 提供 5v 電源。 上電后，調(diào)節(jié) 1602 亮度調(diào)節(jié)微調(diào)電阻，使亮度適宜。這時(shí)若單片機(jī)程序?yàn)榭栈蛭唇訂纹瑱C(jī) 或接反單片機(jī)，lcd 為亮著一排空格的初始狀態(tài)，應(yīng)及時(shí)留意是否接反單片機(jī)避免燒壞。 若程序正確，會(huì)顯示相應(yīng)字符信息，這時(shí)進(jìn)行按鍵操作觀測(cè)是否能將鍵入數(shù)據(jù)顯示到 lcd 上，若不能應(yīng)進(jìn)行程序修改重試。 單純調(diào)試按鍵與的接線圖單純調(diào)試按鍵與的接線圖 5.3 控制模塊的軟件調(diào)測(cè)過程 5.3.1 顯示 lcd 程序調(diào)測(cè) 將 lcd 相關(guān)程序燒入單片機(jī)，正確硬件連接后開始測(cè)試，若程序正確將得到正確的顯 示字符。反正需要再修改程序。

28、5.3.2 按鍵程序調(diào)試 將按鍵接入，正確硬件連接后開始測(cè)試，若鍵入數(shù)據(jù)完全沒有通過 lcd 顯示，檢查硬 件有無(wú)接錯(cuò)，4 輸入與門輸入是否接對(duì)了 p2 口行掃描的高 4 位，輸出是否接了 p3.2 或 p3.3 外部中斷正確引起中斷，若沒有則需要重調(diào)程序，注意按鍵接的是 p2 口，程序中是否定義 為 p2 掃描，軟件仿真是否能進(jìn)入中斷服務(wù)程序，反復(fù)調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)之。 按鍵與 lcd 部分仿真 5.3.3 內(nèi)置 ad 轉(zhuǎn)換調(diào)試 正確連接硬件，傳感器與單片機(jī)共低連接，程序正確設(shè)定 ad 轉(zhuǎn)換的初始化等函數(shù)， 正確從寄存器獲取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)（筆者取 10 位轉(zhuǎn)換結(jié)果，讀者可以根據(jù)需要只取高 8 位） ，正

29、 確將數(shù)據(jù)送 lcd 顯示，若未能實(shí)現(xiàn)應(yīng)修改程序。 若正確得出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)但是數(shù)據(jù)波動(dòng)很大，請(qǐng)檢查硬件連接，或者將直接接高 或接地觀測(cè)是否顯示或者，若不是則說明硬件布局不合理或者單片機(jī)本 身有故障，推薦換備用通道嘗試，若不行則換芯片或者重新布局。 5.3.4 控制信號(hào)輸出調(diào)試 正確硬件連接后，用萬(wàn)用表測(cè)試 p1.5 p1.6 p1.7 的輸出狀態(tài)，當(dāng)實(shí)際液位與目標(biāo)水位有 差距時(shí)，p1.5 p1.6 應(yīng)為一高一低的電平狀態(tài)，p1.7 應(yīng)為高電平。將 p1.7 接到示波器觀測(cè)應(yīng) 為 pwm 波形，若液位差較大觀測(cè)到的 pwm 波形為純高電平是因?yàn)槌绦蛟O(shè)置的占空比為滿 百，可改為 99 便于觀測(cè)?；蛟谝?/p>

30、位差較小，系統(tǒng)在進(jìn)行微調(diào)控制時(shí)觀測(cè)示波器顯示狀態(tài)， 能觀測(cè)到較好波形。 若以上功能不能實(shí)現(xiàn)，應(yīng)進(jìn)行軟件調(diào)試，觀測(cè)是否進(jìn)入定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序，若沒 有則留意中斷初始化和定時(shí)器初始化是否正確，主程序調(diào)用是否正確，若正常在中斷服務(wù) 程序中獲得了 pwm 控制波形，注意是否正確定義了 i/o 口，p1.51.7 使用是否出錯(cuò)。 多次調(diào)試結(jié)果正確后，可以配合硬件測(cè)試接入水泵觀測(cè)。若 pid 控制正常，水泵工作 應(yīng)該是不連續(xù)的，抽水聲音明顯有斷續(xù)。若不正常應(yīng)進(jìn)行軟件參數(shù)調(diào)節(jié)，筆者使用試湊發(fā) 反復(fù)調(diào)節(jié)可以得到較好結(jié)果。若水泵工作正常但是到達(dá)預(yù)定水位不會(huì)停下而是在目標(biāo)水位 附近低功率抽水又排水的反復(fù)，是

31、由于水泵的管道中有水殘留，到達(dá)預(yù)定水位后殘留水慢 慢流下又影響了實(shí)際水位以至于反復(fù)啟動(dòng)控制系統(tǒng)工作，若不希望水泵這么跳動(dòng)，可以進(jìn) 行軟件調(diào)節(jié)將水位 2 毫米內(nèi)誤差忽略而不進(jìn)行動(dòng)作即可。 對(duì)系統(tǒng)的總結(jié)與展望 6.1 總結(jié) 現(xiàn)在本系統(tǒng)已經(jīng)交付驗(yàn)收，經(jīng)測(cè)試達(dá)到了所要求的全部基本要求，誤差精度在一毫米 左右，個(gè)人對(duì)本次課程設(shè)計(jì)中的自我表現(xiàn)還算滿意，從方案提出到一步步驗(yàn)證、改進(jìn)。實(shí) 施方案都親力親為并且每一步都做得不錯(cuò)，最終也達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期，回想這三個(gè)周，看著 自己的勞動(dòng)成果，無(wú)論是原理圖和的設(shè)計(jì)和做板焊接還是設(shè)計(jì)程序反復(fù)調(diào)試，自己 的能力都顯然得到了一定的鍛煉和提升。 6.2 展望 隨著時(shí)代的發(fā)展，自

32、動(dòng)化控制集成度必然越來(lái)越高，精度和速度也要求越來(lái)越高，液 位控制有著不錯(cuò)的前景，比如在家居中的運(yùn)用。但是通過課題學(xué)習(xí)并不是局限著課題本身， 更重要的是在其中得到的鍛煉和提升，相信未來(lái)在更多領(lǐng)域的控制設(shè)計(jì)中我們也能有所建 樹。 謝 辭 從論文選題到資料搜集，從做一次一次地板子到反反復(fù)復(fù)地調(diào)程序，從寫稿到反復(fù)修 改，期間經(jīng)歷了喜悅、痛苦、煩躁和彷徨，在課設(shè)的過程中心情是如此的復(fù)雜，特別是做 板子和調(diào)程序的時(shí)候，喜怒哀樂都是經(jīng)常變化的。還體驗(yàn)過晚上加班在實(shí)驗(yàn)室里調(diào)程序的 積極學(xué)習(xí)生活，現(xiàn)在本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)已經(jīng)基本完成，圓滿驗(yàn)收了。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過 程中，感謝老師為本人們提供了實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)各種設(shè)備，可

33、以讓本人隨時(shí)都可以在實(shí)驗(yàn)室測(cè) 試板子，調(diào)試程序。感謝同學(xué)們的無(wú)私幫助，很高興大家能共同探討學(xué)習(xí)共同進(jìn)步。感謝 指導(dǎo)老師對(duì)本人畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的指導(dǎo)。感謝陪我一起熬夜測(cè)板子，調(diào)程序的同學(xué)們。 參考文獻(xiàn) 1 譚浩強(qiáng).c 程序設(shè)計(jì)（第三版）m.清華大學(xué)出版社 2 白駒珩，雷曉平.單片計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用（第二版）m.電子科技大學(xué)出版社,2005. 3 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）m.高等教育出版社，2006：4589. 4 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）m.高等教育出版社，2006：3479. 5百度文庫(kù) 6 系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 7微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第二版）m.清華大學(xué)出版社 8 eda 技術(shù)實(shí)用

34、教程（第四版）m.科學(xué)出版社 9 胡大可.msp430 系列 flash 型超低功耗 16 位單片機(jī)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版 社，2001. 10 c51 單片機(jī)高效入門m.機(jī)械工業(yè)出版社 附附 錄錄 附錄 1：整體系統(tǒng)板效果圖 附錄：需要調(diào)用的兩個(gè)頭文件 /*- intrins.h intrinsic functions for c51. copyright (c) 1988-2004 keil elektronik gmbh and keil software, inc. all rights reserved. -*/ #ifndef _intrins_h_ #define _in

35、trins_h_ extern void _nop_ (void); extern bit _testbit_ (bit); extern unsigned char _cror_ (unsigned char, unsigned char); extern unsigned int _iror_ (unsigned int, unsigned char); extern unsigned long _lror_ (unsigned long, unsigned char); extern unsigned char _crol_ (unsigned char, unsigned char);

36、 extern unsigned int _irol_ (unsigned int, unsigned char); extern unsigned long _lrol_ (unsigned long, unsigned char); extern unsigned char _chkfloat_(float); extern void _push_ (unsigned char _sfr); extern void _pop_ (unsigned char _sfr); #endif /*- reg52.h header file for generic 80c52 and 80c32 m

37、icrocontroller. copyright (c) 1988-2002 keil elektronik gmbh and keil software, inc. all rights reserved. -*/ #ifndef _reg52_h_ #define _reg52_h_ /* byte registers */ sfr p0 = 0 x80; sfr p1 = 0 x90; sfr p2 = 0 xa0; sfr p3 = 0 xb0; sfr psw = 0 xd0; sfr acc = 0 xe0; sfr b = 0 xf0; sfr sp = 0 x81; sfr

38、dpl = 0 x82; sfr dph = 0 x83; sfr pcon = 0 x87; sfr tcon = 0 x88; sfr tmod = 0 x89; sfr tl0 = 0 x8a; sfr tl1 = 0 x8b; sfr th0 = 0 x8c; sfr th1 = 0 x8d; sfr ie = 0 xa8; sfr ip = 0 xb8; sfr scon = 0 x98; sfr sbuf = 0 x99; /* 8052 extensions */ sfr t2con = 0 xc8; sfr rcap2l = 0 xca; sfr rcap2h = 0 xcb;

39、 sfr tl2 = 0 xcc; sfr th2 = 0 xcd; /* bit registers */ /* psw */ sbit cy = psw7; sbit ac = psw6; sbit f0 = psw5; sbit rs1 = psw4; sbit rs0 = psw3; sbit ov = psw2; sbit p = psw0; /8052 only /* tcon */ sbit tf1 = tcon7; sbit tr1 = tcon6; sbit tf0 = tcon5; sbit tr0 = tcon4; sbit ie1 = tcon3; sbit it1 =

40、 tcon2; sbit ie0 = tcon1; sbit it0 = tcon0; /* ie */ sbit ea = ie7; sbit et2 = ie5; /8052 only sbit es = ie4; sbit et1 = ie3; sbit ex1 = ie2; sbit et0 = ie1; sbit ex0 = ie0; /* ip */ sbit pt2 = ip5; sbit ps = ip4; sbit pt1 = ip3; sbit px1 = ip2; sbit pt0 = ip1; sbit px0 = ip0; /* p3 */ sbit rd = p37

41、; sbit wr = p36; sbit t1 = p35; sbit t0 = p34; sbit int1 = p33; sbit int0 = p32; sbit txd = p31; sbit rxd = p30; /* scon */ sbit sm0 = scon7; sbit sm1 = scon6; sbit sm2 = scon5; sbit ren = scon4; sbit tb8 = scon3; sbit rb8 = scon2; sbit ti = scon1; sbit ri = scon0; /* p1 */ sbit t2ex = p11; / 8052 only sbit t2 = p10; / 8052 only /* t2con */ sbit tf2 = t2con7; sbit exf2 = t2con6; sbit rclk = t2con5; sbit tclk = t2con4; sbit exen2 = t2con3; sbit tr2 = t2con2; sbit c_t2 = t2con1; sbit cp_rl2 = t2con0; #endif 附錄 3：設(shè)計(jì)專供調(diào)用的子函數(shù) void initadc() /adc 初始化程序 p1asf = 0 x01; /開 p1.0 ad 通道 ,備用通道為 p1.4，0