在能源、化工、冶金和生物等工业领域,液位的高精度实时控制被广泛应用于锅炉、储液罐、熔池、回水池等设备中。多输入-多输出液位控制系统具有非线性、强耦合、柔性化等特点,可通过泵和阀模拟工业生产中的液位控制。液位控制器采样精度越高、执行器控制越精确,则液位控制精度越好。实验室原有多输入-多输出液位控制器采用了单通道选择式液位信号采集方式,可进行分时16位ADC采样,使用了计时式阀门控制策略,可进行包括单液位、双液位、三液位控制在内的多个实验。但是,控制器存在PCB布线不合理、液位采集精度较低、采样频率较慢、无法精确调节阀门开度等问题,导致控制精度达不到要求。因此,从硬件和软件两方面对其进行了优化设计,研究内容主要包括以下几个方面:(1)硬件上以ADuCM360芯片作为控制核心,对采集、控制电路分别进行了模块化整合。对液位、流量信号采集电路进行了降压滤波设计,通过搭建共射极放大电路,实现了水泵控制信号的稳定输出,借助I2C总线和锁存器完成了阀门控制电路的设计,对电源管理模块进行了磁珠隔离、电容滤波、接地处理,PCB由双面板改进为四层板,增大了布线区域。通过优化设计,控制器实现了24位ADC采样,水泵控制电路输出信号的调节时间约6ms,流量信号中频率高于1.6k Hz的杂波可被滤除,PCB数字区域和模拟区域避免了交错布线,且有效抑制了电源噪声干扰。(2)底层软件采用了模块化的编程思想,改用了多重嵌套选择-循环结构控制流程。液位采用了多通道并行式信号采集方式,通过限幅平均滤波和可视化标定技术,对液位信号采集值进行了处理,阀门改用了分段式控制策略。通过设计改进,提高了程序执行效率,采样周期缩短至0.5s,采样误差减小至±1mm,阀门开度在20%～45%范围内可实现较精确控制。(3)在电路特性测试过程中,流量信号采集电路输出电压会偶发突然升高现象,甚至会超过芯片允许输入电压信号的上限,通过双运算放大器和滤波电路,将输出脉冲信号峰值电压稳定至2.325V,抑制了毛刺噪声。控制器通过了静电放电抗扰度第4等级测试和电快速瞬变脉冲群第3等级测试。在单液位控制测试中,系统调节时间缩短了2.5s。在双液位控制测试中,系统滞后时间缩短了2s,液位1、液位2调节时间分别缩短了17.5s、4.5s。测试结果表明:控制器抗干扰性好,可靠性高,响应速度快,液位曲线波动小,液位控制精度得到了有效改善。