基于STM32的液位控制系统设计

程训明 董婷婷

摘要：本文的设计是基于STM采用32液位控制系统STM32作为控制核心，采用压力传感器收集水箱内的液位，通过串口触摸屏显示和给定液位，有效控制水位。系统运用PID通过对调节器实现液位闭环控制PID参数的整定可以保持液位在很小的误差范围内，实现液位的连续控制。

关键词：STM三二、液位控制；PID控制

1 绪论

随着科学技术的不断发展，恒液位控制系统的研究也在不断进步。恒液位控制是指系统能够自动实现任意液位的精度控制，使其保持恒定的液位。与嵌入式软件、硬件、自动控制等技术紧密结合，更能突出其优势。本课题的研究侧重于液位的检测和控制STM32作为主控制器，结合PID算法，准确控制液位。

2 硬件设计

2.1 总体方案

液位控制系统STM32是控制核心，通过串口触摸屏发出启动信号STM32控制器采集传感器信号，通过模拟信号获得模拟信号A/D转换电路转换为数字信号STM32操作时，根据操作结果控制调节阀，然后控制液位高度，实时将结果放在显示屏上。系统方框图如图1所示。

2.2 电路主模块

液位控制系统不仅负责传感器信号的采集和调节阀的控制，还负责运行PID因此，该算法需要对微控制器的内部资源有一定的要求STM32F103RC，该微控制器外设资源丰富，运行速度快，完全符合设计要求。对于电源模块，考虑到设备主要用于工业场景，设备被使用DC24V供电，使用DCDC降压转换器TPS5430DDAR将24V转换为33V和5V，分别给STM系统和串口屏供电。液位采集是液位控制系统中最重要的环节，液位数据的精度决定了控制效果。TM7705设计A/D转换电路，TM通过串行接口和STM32通信。迪文串口触摸屏选用迪文串口触摸屏DMT10600C070_07W，通过串口和STM32进行数据的交互，操作简单，能够极大程度上缩短开发周期。

3 软件设计

3.1 控制系统程序设计

STM32控制系统功能程序作为控制核心，采用C语言实现，主要包括模拟量采集程序PID控制程序、调节阀控制程序和串口屏通信程序。控制过程如下：串口触摸屏通过串口传递给定液位值STM32。STM32接收设定的液位值和收集到水箱的液位高度值，并将计算的偏差引入数字PID在算法中计算结果，控制调节阀注入水的速度，从而完成液位的精确控制。如图2所示，程序流程图。

3.2 PID控制参数整定

PID控制器结构简单，工作稳定，鲁棒性强，广泛应用于各种工业过程控制领域。PID参数整定采用工程整定法确定。工程整定法模拟控制系统，观察系统的响应曲线，按先比后积分再微分的顺序反复调试参数，直至响应满意。

首先，调节器的积分时间Ti调到最大，令Ti=SymboleB@

;将微分时间Td调整到最小，令Td=0；选择较大的比例度δ，即通过参数设置将控制器简化为纯比例环节进行控制。然后，不断降低比例δ，过渡过程中出现衰减比(4)∶1)记录振荡过程中的比例δs和衰减振荡周期Ts的值。根据测试数据的阶跃响应曲线，振荡周期为Ts=115.76.根据经验公式δ=0.8δs，Ti=0.3Ts，Td=0.1Ts整定，整定参数为δ=4/30(即Kp=7.5)，Ti=34.728，Td=11.576。可以计算出调节器的传输函数：

Gc=7.5(1 134.728s 11.576s)

4 调试控制系统

设置目标液位，然后启动液位控制系统，调整实际液位。液位控制曲线图如图3所示。液位控制系统可快速稳定地实现液位调整，满足设计要求。

5 结语

本文主要介绍了基础STM32液位控制系统统的硬件电路设计和软件设计进行了更全面的分析。通过串口屏幕的设置和监控，可以清晰地看到液位的精确控制，直观地感受到液位控制系统的作用，达到恒定液位控制的效果，系统与传统相比PLC系统，成本低，部署方便，应用前景广阔。

参考文献：

[1]张小娟、高蕊、常豪.基于单片机液位控制系统的研究和设计[J].2018年船舶电子工程.

[2]林惠标，郭杨.变频恒压供水系统PID控制器制器的参数[J].2016年机电工程技术.

[3]崔皓天.基于PLC液位控制系统设计[J].2017年科技创业月刊.

作者简介：程训明(1993—)，男，江苏南京人。