單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-06-22 13:06 本頁面
【正文】 通斷控制，通過改變給定控制周期內(nèi)加熱和制冷設(shè)備的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，來提高和降低溫度，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 軟件設(shè)計(jì)中選取控制周期TC 為200(T1C) ，導(dǎo)通時(shí)間取Pn T1C ，其中Pn 為輸出的控制量，Pn值介于0～200之間， T1 為定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間，C為常數(shù)。由上兩式可看出，通過改變T1 定時(shí)時(shí)間或常數(shù)C，就可改變控制周期TC 的大小。溫度控制器控制的最高溫度為400℃，當(dāng)給定溫度超過400℃時(shí)以400℃計(jì)算。圖3為采樣中斷流程圖。 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分使用單片機(jī)自帶的12位A/D轉(zhuǎn)換器，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換和控制，免去使用專用的轉(zhuǎn)換芯片，使系統(tǒng)處理速度更快，精度更高，使電路簡化。采樣周期為500 μs ，當(dāng)采集完16個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以后，設(shè)置標(biāo)志“nADCFlag =1”，通知主程序采集完16個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，主程序從全局緩沖區(qū)里讀出數(shù)據(jù)。 為進(jìn)一步減小隨機(jī)信號(hào)對系統(tǒng)精度的影響，A/D轉(zhuǎn)換后，用平均值法對采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波。每16個(gè)采樣點(diǎn)取一次平均值。然后將計(jì)算到的平均值作為測量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。同時(shí)，按照PID算法，對溫度采樣值和給定值之間的偏差進(jìn)行控制，得到控制量。采樣全過程完成后就可屏蔽采樣中斷，同時(shí)啟動(dòng)T1定時(shí)[3]，進(jìn)入控制過程。 溫度值和熱敏電阻的測量值在整個(gè)溫度采樣區(qū)間內(nèi)基本呈線性變化，因此在程序中不需要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性校正。MSP430的T1定時(shí)器中斷作為控制中斷，溫度采樣過程和控制輸出過程采用了互鎖結(jié)構(gòu)，即在進(jìn)行溫度采樣，溫度值處理和運(yùn)算等過程時(shí)T1不定時(shí)，待采樣全過程進(jìn)行完時(shí)再啟動(dòng)T1定時(shí)并同時(shí)屏蔽采樣中斷。T1定時(shí)開始就進(jìn)入控制過程，在整個(gè)控制過程中都不采樣，直到200(T1C) 定時(shí)時(shí)間到，要開始新一輪的控制周期。在啟動(dòng)采樣的同時(shí)屏蔽T1中斷。圖4為T1定時(shí)中斷流程圖。 圖中，M代表定時(shí)器控制周期計(jì)數(shù)值，N則表示由調(diào)節(jié)器計(jì)算出的控制量。首先判斷控制周期TC是否己經(jīng)結(jié)束。若控制周期TC已結(jié)束(即M=0)，則屏蔽T1定時(shí)器中斷，進(jìn)行新一輪溫度采樣；若控制周期TC還未結(jié)束〔即M≠0 〕，則開始判斷導(dǎo)通時(shí)間是否結(jié)束。若導(dǎo)通時(shí)間己結(jié)束(即N=0)，則置輸出控制信號(hào)為低，并重新賦常數(shù)C值，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，同時(shí)退出中斷服務(wù)程序；若導(dǎo)通時(shí)間還未結(jié)束(即N ≠0 )，則置輸出控制信號(hào)為高，控制執(zhí)行其間繼續(xù)導(dǎo)通，重新賦常數(shù)C值，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，同時(shí)退出中斷服務(wù)程序。 數(shù)字PID本文控制算法采用數(shù)字PID 控制，數(shù)字PID 算法表達(dá)式如下所示：其中，KP 為比例系數(shù)；KI=KPT/TI 為積分系數(shù)；T 為采樣周期，TI 為積分時(shí)間系數(shù)；KD=KPTD/T 為微分系數(shù)，TD 為微分時(shí)間系數(shù)。u(k) 為調(diào)節(jié)器第k次輸出， e(k) 為第k 次給定與反饋偏差。 對于PID 調(diào)節(jié)器，當(dāng)偏差值輸出較大時(shí)，輸出值會(huì)很大，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以在實(shí)際中，需要對調(diào)節(jié)器的輸出限幅[4]，即當(dāng)|u|umax 時(shí)，令u=umax 或u=umax ，或根據(jù)具體情況確定。 溫度調(diào)節(jié) PI 控制器根據(jù)溫度給定值和測量值之間的偏
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