基于单片机和PID的水箱液位控制系统的设计.docx

摘要：液位控制是工业生产活动中普遍应用的过程控制，随着世界自动化水平的进步，它在水塔、民用建筑贮水池、石油化工、工业设备、农业设备、食品、造纸、制药、汽车等各行各业都有着广泛的应用。在实际生产应用里，液位控制的水平与产品的质量息息相关，所以研究液位控制的超调量、控制精度、系统稳态、和灵敏度等，对于提高生产质量、节约能源、提高工业生产效益等都有着重要的现实意义。

本文主要系统采用单片机作为控制器实现液位控制。系统可以设置水箱液位的给定值，并检测当前液位，并显示。本文具体设计了该系统的硬件部分和软件部分。硬件部分选用STC89C52RC单片机作为控制核心，负责对其他模块的控制和数据处理，系统采用5463BH数码管作为显示设备，按键作为输入设备， HC-SR04超声波传感器作为液位检测设备。单片机输出PWM信号控制水泵的转速，用TIP127达林顿三级管驱动。此外，本文利用Matlab软件的Simulink仿真工具进行PID仿真测试，确定PID控制参数。软件程序部分由主程序、数码管显示程序、超声波传感器测距程序、按键输入程序、PID控制程序以及PWM电机驱动程序等子程序组成。本文从系统方案论证与选择，所使用的硬件元件的选择，系统软件设计，硬件电路设计，硬件电路制作等方面，介绍了基于单片机和PID的水箱液位控制系统的设计过程，最终实现了水箱液位的实时显示以及液位控制，系统稳定可靠，能达到预期的效果。

关键词：单片机； PID；液位测量；PWM

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摘要

Abstract

1. 引言-1

1.1课题研究的背景及意义-1

1.2 国内外研究现状及发展趋势-1

1.4 本文的主要工作-3

2 系统的总体方案设计-5

2.1 系统设计方案-5

2.2系统方案选择-5

3 液位控制系统的仿真设计-8

3.1 被控对象模型-8

3.2 Simulink仿真及PID参数整定-9

4 系统的硬件电路设计-12

4.1 单片机最小系统设计-12

4.1.1单片机复位模块硬件电路设计-13

4.1.2 单片机晶振模块硬件电路设计-13

4.13 单片机电源电路设计-14

4.2 超声波液位传感器模块的设计-14

4.2.1 HC-SR04模块工作原理-14

4.2.2  HC-SR04测距模块电路设计-15

4.3 PWM电机控制模块设计-16

4.3.1 TIP127介绍-16

4.3.2 EL817介绍-17

4.3.3 PWM电机控制模块电路设计-17

4.4 按键模块设计-17

4.5 数码管显示模块设计-18

4.5.1 5463 BH数码管介绍-18

4.5.2 数码管显示模块电路设计-18

5 系统软件设计-20

5.1 主程序设计-20

5.2 数码管显示模块软件设计-21

5.3 PID控制程序设计-22

5.4 按键程序设计-22

5.5 PWM电机驱动程序设计-23

5.6 超声波传感器测液位程序设计-24

6 系统的调试与运行-25

6.1 系统的调试-25

6.1.1 硬件调试-25

6.1.2 软件调试-25

6.2 系统的运行-26

参 考 文 献-31

致 谢-33