基于PID的单片机水箱液位监控与控制设计

本文是一份关于"水箱液位基于PID调节控制"的过程控制系统与仪表课程设计报告，由一名学生在2014年5月完成。设计目标是创建一个单片机（51单片机STC125A60S2）为核心的液体转移监控装置，用于精确控制水箱液位。设计的核心内容包括： 1. 设计思路：采用PID（比例-积分-微分）控制算法，这是工业过程控制中常用的优化方法，能有效调整系统的动态性能，确保液位稳定。 2. 控制模型与仿真：首先对单容储液箱的重量控制过程进行了数学建模，利用Matlab的Simulink工具进行了PID控制的仿真测试，以便预先确定理论上的控制参数。 3. 硬件设计：硬件部分采用了矩阵键盘作为输入设备，LCD1602作为显示设备，电阻应变片组成的全桥测量电路用于液位传感，PWM控制的LM298电机驱动模块负责水泵的功率调节。整个系统设计考虑了实时测量、显示和控制的集成。 4. 实际应用：虽然实际装置未制作，但通过参考其他设计，确定了传递函数参数和一阶环节的阶跃响应特性，以及惯性环节的参数。通过经验法则或仿真结果，对PID参数进行了调整。 5. 程序设计：详细介绍了程序流程，包括PID控制器的实现、矩阵键盘扫描、LCD1602显示、AD（模拟到数字）转换以及PWM电机驱动的编程。 6. 课程总结与展望：设计报告总结了遇到的问题和解决方案，并提出了未来可能的研究方向，如数据处理的深化和系统性能的进一步优化。 这份报告深入探讨了将PID控制应用于水箱液位管理的实际工程问题，展示了单片机技术在过程控制中的应用能力，对于学习和理解控制系统设计有着重要意义。