數字PID液位控制調節器的設計

席玉青（洛陽職業技術學院,河南 洛陽 471000）

數字PID液位控制調節器的設計

席玉青
（洛陽職業技術學院,河南 洛陽 471000）

隨著科學技術的飛速發展和人們生活水平的提高，現代儀表已日趨數字化、網絡化和智能化。本設計是針對液位的一種數字PID控制器，可以在線實現PID參數的調整，使控制系統的響應速度加快，超調量減少，過渡過程時間大大縮短，振蕩次數少。該控制器可以在液晶屏屏同時顯示設定值、反饋值和PID各參數的值。

數字PID；液位控制調節器；設計

PID控制是基于反饋理論的調節方式，它通過測量、比較獲取偏差信號，并將偏差的比例（Proportion）、積分（Integral）、微分（Differential）通過線性組合構成控制量對被控對象進行調節。

1 系統硬件設計

（1）本系統硬件整體框圖。本系統選擇的是12位的max188 和max538作為系統的數據轉換芯片。系統的主要處理核心是Atmel公司生產的高性能AVR單片機Mega16L。系統的結構框圖如圖1所示。

圖1 系統的結構框圖

（2）Atmega16單片機。單片機是整個設計系統的核心部件，它直接影響整機的硬件和軟件設計。它對系統的功能以及研制周期起決定性作用。本設計選用了Atmega16單片機作為本設計系統的核心處理器。Atmega16單片機及外圍連接電路如圖2所示。

圖2 Atmega16單片機及外圍連接電路

（3）模數轉換電路。本設計使用的是前兩路CΗ0和CΗ1，通道的選擇是通過控制字，由軟件控制的。其主要的引腳介紹及連接如圖3所示。為更方便控制轉換芯片的轉換速度，本設計采用自己定義的外部時鐘，如程序中使用PB0口作為時鐘端口，根據程序的需要，控制時鐘頻率，如圖3所示。

圖3 max188主要的引腳介紹及連接

（4）數模轉換電路。在本設計中，使用兩片max538。借于max538的體積小，使用起來方便靈活，為設計硬件電路帶來了很大的方便。其管腳圖及主要的引腳功能如圖4所示。

圖4 max538的原理圖

2 軟件設計

（1）軟件結構設計。高精度數字PID調節器控制系統其控制程序從功能上來說，大致包括系統初始化程序、PID算法主程序、模數轉換子程序、數模轉換子程序、液晶顯示子程序、鍵盤子程序、掉電保存子程序以及其他一些輔助程序。

（2）主程序。主程序系統各功能模塊子程序主要包括：A/D轉換子程序、液位顯示子程序、液位處理子程序以及。各主要模塊的功能如下：1）A/D轉換子程序：讀取max538送入單片機的模擬量電壓信號，并換算相對應的也為信號；2）液位處理子程序：將換算后的液位信號經單片機換算后送入顯示模塊顯示；3）液位顯示子程序：向LCD送數據顯示，控制系統的顯示部分；4）液位設定子程序：實現按鍵輸入預設液位值。

（3）程序編譯及仿真。本設計使用ICC編譯器進行目標代碼生成，外部數據轉換芯片可以根據單片機端口定義的時鐘，很有規律的進行數據段讀寫操作。系統主程序還使用了AVR studio進行仿真，確保程序的完整、可靠的運行。

[1]潘新民.單片微型機實用系統設計[M]．北京:人民郵電出版社,2010.

[2]何立民.單片機應用技術選編[M].北京:北京航空航天大學出版社,2011.

[3]張寶芬.自動檢測技術及儀表控制系統[M].北京:化學工業出版計,2011.

[4]于海生等.微型計算機控制技術[M].北京:清華大學出版社,2012(08).

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.115