基于单片机的水位控制的文献综述.doc
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2022-06-01
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基于单片机的水位控制
1606 年，意大利人波尔塔（公元 1538—1615 年）在他撰写的《灵学三问》中，论述
了如何利用蒸汽产生压力，使水槽中的液位升高。还阐述了如何利用水蒸汽的凝结产生吸
力，使液位下降。在此之后，1615 年，法国斯科，1629 年，意大利布兰卡，1654 年，德
国发明家盖里克，1680 年，荷兰物理学家惠更斯，法国物理学家帕潘，随后的英国军事工
程师托玛斯·沙弗瑞都先后进行了研究。这些研究仅仅是初步探索阶段，还用不到自动调节。
此次我选择的设计题目是《基于单片机的水位控制》。研究对象是生产的全自动水箱液位
控制过程，其主要控制芯片 C51 单片机的控制原理，以及内部控制算法——PID 算法的 C
语言程序。
1. 生产用全自动水箱液位控制过程
生产用全自动水箱液位控制的主要过程是液位传感器对液位的测量、测量信号的 A/D
转换、转换信号的 PID 运算、输出信号的放大与 D/A 转换、控制信号的传输与控制。
1.1 液位的测量
液位的测量一般采用压差式液位传感器， 其工作原理是：在一般的圆形水箱的中其
截面圆的面积 S 是不变的，那么，重量 G=△P*S，又有△P=g△h，所以 G=g△h*S ，S 不变，
G 与△P 成正比关系。即，只要准确地检测出△P 值，就能算出高度△h。在温度变化时，
虽然液体的体积膨胀或缩小，实际液位升高或降低，所检测的压力是不变的。所以还需引
入介质温度补偿。
1.2 测量信号的 A/D 转换
将测量所得模拟信号转换成数字信号的过程，称为 A/D 转换。因为单片机所能处理的信
号都是数字量信号，而通过液位传感器所检测的信号为模拟量信号。所以，我们必须先将
检测的这些模拟信号经 A/D 转换电路转换为数字量信号，才能进行 PID 运算。
1.3 转换信号的 PID 运算
检测信号经 A/D 转换后成为数字量信号后，便输入主控制芯片 C51 单片机中。以内部
设定的 PID 算法为基准，对其进行运算处理。
1.4 输出信号的放大与 D/A 转换
经由单片机运算后得数字信号即为输出信号。所以，输出信号是为数字量信号且很微
弱。而能够控制执行装置的却是很强的模拟信号。所以，此时我们必须将输出信号进行放
大、D/A 转换等处理后，方能变为控制信号。
1.5 控制信号的传输与控制
此时的控制信号为较强的模拟量信号。经过特定线路的传输，送到执行装置，来控制
执行装置的相应动作。通过执行装置的动作，来达到我们控制液位的目的。
2. C51 单片机的控制原理
MCS-51 系列单片机的应用很广泛，是学习单片机技术较好的系统平台，同时也是开
发单片微型计算机应用系统的一个重要系列。它集成了中央处理器（CPU）、存储系统
（RAM 和 ROM）、四年股市、计数器、并行接口、串行接口、终端系统及一些特殊功能
寄存器（SFR）。它们通过内部总线紧密的联系在一起。它的总体机构仍是通用 CPU 加
上外围的芯片的总线机构。其工作主要是通过中央处理器的运算部件，对检测信号进行算
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