基于单片机的液位模糊控制器的设计
基于单片机的液位控制系统的设计
基于单片机的液位控制系统的设计摘要：作为许多工业生产中的重要参数之一，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。
本文主要设计利用单片机AT89S52实现对高塔进行水位的控制、把水位探测传感器探得高塔中的水位送给单片机以实现对水泵加水系统和显示系统的控制；同时采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况、分析工作原理。
关键词：工业生产;液位;测量;控制；0 引言液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。
液位测量的方法比较多，依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。
目前，市面上进行液位测量的仪表种类繁多，但是同时具有测量、监控、数据记录及处理的液位测量装置并不多。
液位的变化分析，有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。
1 总体方案设计鉴于单片机液位测量装置的测量准确、重复性能好、功耗低、使用寿命长等特点，本设计是水箱供水为模型，以单片机为基础的液位测量监控系统。
在高塔的内部设计一个水位探测传感器用来探测水位，同时系统初始化后会显示三个不同的范围，即低水位，正常水位，高水位。
低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。
它具有实时测量监控水箱液位高度并显示的功能，并根据实时水量与设置的上、下液位参数的比较，启动电机供水或停止水泵。
在启动电机与停止水泵时，实时记录时间点与电机状态。
液位测量高度≤5米，测量精度10%，AC220V供电。
2 系统电路设计2.1 AT89S52硬件设计由于单片机是液位控制系统设计的核心部分。
整个系统中的初始化（设置警戒液位的上下限，实时显示液位值以及键盘扫描等工作）、数据交换和处理都要受控于处理器，考虑到设备应具备低功耗、可靠性高和便携性等因素。
系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。
基于单片机模糊PID控制算法实验设计
摘要自动控制理论实验主要任务是通过实验，使学生掌握自动控制的基本原理和方法，在熟练掌握各种校正方法设计原则的基础上，加强对控制理论的理解和认识，将理论与实践有机地结合起来，提高分析问题及解决问题的能力。
本设计是在原有实验箱的基础上，根据常规的PID控制，开发新型的模糊控制实验内容。
实验中的控制器为C8051F330单片机，通过上位机C语言开发环境，将代码写入单片机进行控制。
其算法采用将常规PID控制与模糊控制相结合的控制策略，运用模糊推理思想，根据不同的误差e及误差变化率ec对PID三个参数Kp，Ki及Kd进行实时优化，达到最优控制。
最终实现模糊PID 控制算法。
由于原有单片机内存的限制，在经过多次实验后，选取了两个模糊控制规则表对搭建的三阶被控对象进行算法验证，实验表明模糊控制和原有常规PID 控制比较，明显提高了系统的控制性能。
关键词：单片机，PID控制，模糊控制AbstractThe main task of automatic control theory’s experiments is to help students master basic principles and methods of automatic control theory by experiment. Based on mastering various correction methods, it helps to enhance understanding and awareness towards control theory, to integrate theory with practice , and to enhance the analysis of problems and problem-solving abilities.The design is based on the original test case, according to the conventional PID control , to develop new fuzzy control experiments. They are cored by the MCU C8051F330, by using C language development environment and writing codes into the MCU. The algorithm combines conventional PID control and fuzzy control together, and uses fuzzy reasoning to optimize three PID parameters Kp, Ki and Kd for real-time according to different error e and error change rate of ec, only to achieve optimal control. Eventually fuzzy PID control algorithm is realized.Since the original MCU’s memory is limited , after a number of experiments ,two fuzzy control rule bases have been selected to do algorithm validation towards third-order plant. Experiments show that fuzzy control has increased system control performance obviously compared with conventional PID control.Keywords: MCU; PID control; fuzzy control目录第一章绪论 (1)1.1研究背景和研究意义 (1)1.2本文结构 (1)1.3本章小结 (2)第二章单片机原理 (3)2.1 单片机系统设计的基础 (3)2.1.1 理论储备 (3)2.1.2 单片机系统设计的内容 (3)2.2单片机控制系统总体方案的设计 (3)2.2.1设计方法总述 (3)2.2.2直接数字控制 (4)2.2.3数字化PID控制 (4)2.3单片机系统硬件设计 (4)2.3.1 存储器拓展 (5)2.3.2 模拟量输入通道的拓展 (5)2.3.3 模拟量输出通道的拓展 (5)2.3.4 开关量的I/O接口设计 (5)2.3.5 操作面板 (6)2.3.6 系统速度匹配 (6)2.3.7 系统负载匹配 (6)2.4单片机系统的软件设计 (6)2.4.1 保证可靠性 (6)2.4.2 软硬件折中问题 (7)2.4.3 应用软件的特点 (7)2.4.4 软件开发步骤 (7)2.5单片机控制系统的调试 (7)2.5.1 硬件调试 (7)2.5.2 软件调试 (8)2.5.3 硬件、软件仿真调试 (9)第三章PID控制器 (10)3.1.1闭环控制算法 (11)3.1.2 PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法 (11)3.1.3比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用 (11)3.1.4控制器的P,I,D项选择 (11)3.1.5 公式 (13)3.1.6 PID算法流程图 (14)第四章基于单片机模糊PID控制算法实现 (15)4.1 模糊控制例子 (15)4.2基本原理 (18)4.3模糊控制器算法研究 (19)4.3.1输入值的模糊化 (19)4.3.2模糊控制规则表的建立 (19)4.4模糊控制算法的实现 (20)4.4.1 实验模糊表 (20)4.4.2 输入输出的隶属度函数 (22)4.4.3 去模糊化 (25)4.4.4 单片机上实现控制算法 (27)4.4.5 模糊规则表的选择 (27)第五章总结 (30)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (34)第一章绪论1.1研究背景和研究意义自动控制理论实验提供的实验箱中，我们可以搭接不同的被控对象，通过给被控对象输入阶跃信号，在上位机界面上观察其阶跃响应曲线，根据曲线波形，我们可以判定被控对象是否稳定以及各种控制器对被控对象的控制性能如何等。
基于AT89C51单片机的水位控制系统的课程设计报告书
基于单片机的水位控制系统设计目录1概述 (3)2设计的基本任务和要求 (5)2.1基本功能 (5)2.2塔水位控制原理 (5)2.3系统硬件总体方案 (6)3控制系统方案设计 (6)3.1系统硬件方案 (6)3.2核心芯片 AT89C51 单片机 (7)3.3系统软件总体方案 (8)4.Proteus 设计与仿真 (10)4.1 元器件清单 (10)4.2 基于单片机水位控制原理图5 (11)4.3 基于单片机的水位控制PCB 图 6 (11)4.4 水位检测的主程序 (12)4.5 实验仿真结果 (16)4.6 结语 (16)5 设计体会 (17)参考文献 (18)1概述液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。
在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。
液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。
液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物 ,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势 :1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。
2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数 ,可以方便的改变液位的上限、下限。
3)具有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。
单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。
单片机自问世以来 ,性能不断提高和完善 ,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。
基于单片机的水位控制系统设计毕业论文
基于单片机的水位控制系统设计毕业论文目录河系学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 ........................................................ 错误!未定义书签。
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摘要 ............................................................................................................................ 错误!未定义书签。
ABSTRACT ............................................................................................................... 错误!未定义书签。
1. 绪论 (2)1.1 研究背景 (2)1.2研究现状 (2)2.设计任务及要求分析 (3)2.1 设计任务及要求 (3)2.1.1 设计任务 (3)2.1.2 设计要求 (3)2.1.3 要求分析 (3)3. 系统方案论证与选择 (3)3.1方案设计 (3)3.2 系统整体方案 (5)3.2 各单元电路方案论证 (5)3.3 主要模块简介 (7)3.3.1 核心芯片STC89C51单片机 (7)3.3.2 1602液晶显示器 (9)4. 硬件电路设计 (13)4.1 单片机最小硬件系统电路 (13)4.2水位显示电路 (13)4.3 水位调整及其报警电路 (15)4.4初值设置按键电路 (15)5. 程序设计 (16)5.1水位控制系统主程序设计流程图 (16)5.2 水位控制系统主程序 (16)6. 实物调试与测试 (16)6.1实物图 (17)6.2 测试结果分析 (17)7. 结束语 (17)参考文献 (18)致谢 (20)附录 (21)河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 (29)河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表 (30)河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 (31)河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 (36)1. 绪论1.1 研究背景水位自动控制技术越来越频繁地进入到自动控制系统设计者的视线。
基于单片机的液位控制系统的设计方案
基于单片机的液位控制系统的设计方案第1章绪论1.1 课题背景与研究意义在工农业生产中，常常需要测量液体液位。
随着国家工业的迅速发展，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。
低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等）得到广泛的应用，作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中，保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备安全运行的保证；在教学与科学研究中，也经常碰到需要进行液位控制的实验装置。
1.2 国内外研究现状及发展液位测量的方法比较多，依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。
●接触式测量法接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触，从而获得测量参数的方法。
1.人工检尺法人工检尺法可用于测量油罐液位，其历史十分悠久。
它利用浸入式刻度钢皮尺测量液位，这种方法具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点，但人为读数误差大、无法实现自动检测和操作。
2.电参数测量法常见的有电阻法、光电法、测重法、电容法、浮标法及声光电的反射回波法等。
无论怎样，这些方法的关键是利用液位传感器将液位的相对位移量转换成为电压、电流、阻抗等便于进行电处理的物理量。
限于篇幅，下面仅简单介绍电容测量法的基本原理。
本方法所使用的电容通常由两块圆柱形极板或一个探极与罐壁构成。
当液位不同时，电容器的介电常数就不同，故电容量也不同。
在此基础上可以把电容量转化为电压、相移、频率、脉宽等物理量，再进行测量。
电容式液位测量装置通常结构简单、灵敏度高、稳定性好、动态响应快，适合于恶劣的工作环境，生产成本也不高；但电容液位测量器需要考虑温度补偿，且介质的成分、水分、温度、密度等不确定变化因素直接影响测量结果的准确性，另外检测电路比较复杂，尤其是检测微小电容量的变化。
●非接触式测量法非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法、微波法等。
其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物，而是利用声、光、射线、磁场等的能量。
两个基于单片机的液位控制系统设计介绍
两个基于单片机的液位控制系统设计介绍基于单片机的液位控制系统设计一集成芯片LM1042是用于检测液位的专用的集成电路，内部集成了所有控制热阻探针、检测热阻探针的短路和开路所需的监控电路，具有很强的功能。
LM1042使用热阻探针技术来测量非可燃性液体液面高度，能提供一正比于液位高度的输出，可进行单次或重复测量，所有控制热阻探针、检测热阻探针的短路和开路所需的监控电路都集成在LM1042芯片内部。
此外该芯片可采用线性输入或其它传感器信号作为输入信号。
LM1042液位检测器可以选择热阻或线性信号作为输入，具有集成有热阻探针的控制电路，LM1042液位检测器在复位时切换，延时功能可避免瞬态信号的影响，另外LM1042液位检测器具有探针短路、集成芯片LM1042是用于检测液位的专用的集成电路，内部集成了所有控制热阻探针、检测热阻探针的短路和开路所需的监控电路，具有很强的功能。
LM1042内部电路框图LM1042使用热阻探针技术来测量非可燃性液体液面高度，能提供一正比于液位高度的输出，可进行单次或重复测量，所有控制热阻探针、检测热阻探针的短路和开路所需的监控电路都集成在LM1042芯片内部。
此外该芯片可采用线性输入或其它传感器信号作为输入信号。
LM1042液位检测器可以选择热阻或线性信号作为输入，具有集成有热阻探针的控制电路，LM1042液位检测器在复位时切换，延时功能可避免瞬态信号的影响，另外LM1042液位检测器具有探针短路、开路检测功能。
总体方案简介测量部分：液位传感器采用LM1042液位检测器，并在端口接ADC0809的一个模拟量通道。
ADC0809和并行口扩展芯片8155直接相连，ADC0809的A、B、C均接地来选择第一路模拟通道。
键盘部分：鉴于键盘并不常用，所以上下限的输入采用中断方式。
一个接中断口1，另一个接至定时计数器0，把定时计数器0扩展为外部中断口。
显示部分：该部分由液晶显示器1602实现液位的显示，液晶显示器上显示液位的值。
d基于模糊控制的液位系统设计
摘 要双容水箱液位控制系统具有过程控制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性，难以对其进行精确控制，从而使其成为过程控制教学、试验和研究的理想实验平台。
因此，双容水箱液位控制系统在耦合非线性系统的监控和故障诊断算法的研究中得到了广泛的关注。
本文以双容水箱液位控制系统为对象，先讨论最普遍的研究方法——串级控制，并在A3000过程控制系统上实现双水箱液位串级控制系统，其次，在实验的基础上推导双容水箱的数学模型，由于双容水箱是一个典型的非线性时变多变量耦合系统，用常规的控制手段很难实现理想的控制效果。
因此，引入模糊控制技术，将模糊控制与传统的PID 控制结合，设计出模糊PID 控制器，并进行Simulink 仿真。
仿真结果表明，模糊PID 控制器的控制效果比常规PID控制器的控制效果理想，和串级控制系统达到类似的效果。
关键词:双容水箱，模糊PID，液位控制AbstractTwo-capacity water tank level control system is in the process control dynamic process of the general characteristics: large inertia, the time delay, non-linear, not their precise control, thereby making it a teaching process control, testing and research of the ideal experimental plat form . Therefore, the dual-capacity water tank level control system in the coupled non-linear system monitoring and fault diagnosis method in the study received widespread attention. Based on dual-capacity water tank level control system for the object, First discuss the most common research methods - cascade control and process control system on the A3000 dual tank level cascade control system,second, The basis of the experimental two-capacity water tank derived a mathematical model ,Because of the capacity of water tanks is a typical multi-variable nonlinear time-varying coupling system, using conventional means of control difficult to achieve the desired effect of control. Therefore, the introduction of fuzzy control technology, fuzzy control with the traditional combination of PID control, designed fuzzy PID controller, and Simulink simulation, And cascade control system to achieve a similar effect.Key words：Two-capacity water tanks, fuzzy PID, Level Control第一章 前 言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 选题背景 (1)1.1.2 研究意义 (2)1.2 本文的主要研究内容 (3)第二章 串级控制系统 (4)2.1 串级控制系统的特点 (4)2.2 串级控制系统的设计原则 (4)2.2.1 主、副变量的选择与主、副回路的设计 (4)2.2.2 调节规律 (5)2.3 双水箱液位串级控制系统设计分析 (6)2.4 双水箱液位串级控制系统在A3000 上的实现 (7)2.4.1 原理分析 (7)2.4.2 主、副控制器正反作用的确定 (7)2.5 双水箱液位串级控制系统的投运和整定 (8)2.5.1 双水箱液位串级控制系统的投运 (8)2.5.2 控制器参数整定 (9)第三章 模糊控制理论基础 (11)3.1 双容水箱液位控制系统的数学建模 (11)3.2 模糊自动控制的基本思想 (12)3.3 模糊控制特点 (14)3.4 模糊控制系统的组成 (15)3.5 模糊控制系统的设计 (16)3.5.1模糊控制器的设计原则 (16)3.5.2 模糊控制器的常规设计方法 (17)3.5.3模糊控制器组成 (18)3.6 模糊控制与PID 算法的结合 (20)第四章 双容水箱液位控制系统的仿真研究 (23)4.1 MATLAB 简介 (23)4.1.1 模糊逻辑工具箱 (23)4.1.2 SIMULINK 工具箱 (23)4.1.3 MATLAB 在模糊控制仿真中的应用 (23)4.2 模糊PID 双容水箱液位控制的仿真 (24)4.2.1 模糊控制器的simulink 仿真 (24)4.2.2 双容水箱液位控制的模糊PID 仿真 (37)4.3 对比与结论 (37)第五章 结论与展望 (39)5.1 研究工作总结 (39)5.2 展望 (39)参 考 文 献 (41)致 谢 (42)第一章 前 言1.1 研究背景及意义1.1.1 选题背景过程控制是石油、化工、冶金等工业部门中重要的控制手段，它采用各种检测控制仪表，实现对生产过程的自动检测与控制。
兼备模糊控制与PID调节的单片机液位控制系统
兼备模糊控制与P I D 调节的单片机液位控制系统武汉空军雷达学院(430010) 郭云林 黄子俊 李 群 苏 力 高忆祖摘 要:介绍一种液位控制系统。
该系统硬件采用80C 198单片机系统和相应的接口电路,软件包含P I D 控制程序和模糊控制程序供用户选用。
关键词:模糊控制 P I D 调节 在开采出来的原油中,伴有大量的水分和气体。
三相分离器就是将原油中的油、水、气进行分离的设备。
分离器中的液体必须控制在适当高度,液位过高,影响气体分离,甚至堵塞出气管道,造成事故;液位过低,则导致出油管道跑气,不能有效回收燃气。
由于三相分离器直接接收来自多个油井的原油,进液量通常波动较大,故液位很难用人工控制。
为此,我们设计了一套单片机液位自动控制系统。
该系统控制方式灵活,控制方式、控制参数均可通过面板键盘现场设定与修改;功能完善,不仅能实时控制,还能实时检测和显示各种参数,并能与上位机通信。
系统实际实现的性能指标为:液位、阀位显示: 4位L ED 数码管显示精度:015%FS 自动控制方式:模糊控制 数字P I D 调节任选操作方式:自动 软手动 硬手动,相互切换无平衡、无扰动1 系统工作原理及控制器硬件组成本系统由差压式液位变送器、单片机控制器和电动阀三部分组成。
控制器采集液位变送器送来的液位信号,根据液位采样值与给定值的差值进行模糊逻辑运算或P I D 运算后,去控制电动阀,以保持液位在给定的高度。
图1单片机控制器硬件结构图模拟量I V 转换电路低通滤波电路键盘7个状态指示灯8位LE D 译码驱动电路lnter 8279EPRO M 27256RAM 6264EEPRO M 2864RS 2232接口硬手动开关声音报警阀增开关阀减开关电动执行器电驱动动执行接器口lnter80c198控制器硬件采用Inter 80C 198单片机系统,其结构框图如图1所示。
硬件电路有如下特点:(1)采用Ineter 8279键盘显示接口芯片,使人机对话功能更完善。