單片機溫度控制系統(tǒng)設計-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加熱和制冷設備的導通和關斷時間，來提高和降低溫度，以達到調節(jié)溫度的目的。 軟件設計中選取控制周期TC 為200(T1C) ，導通時間取Pn T1C ，其中Pn 為輸出的控制量，Pn值介于0～200之間， T1 為定時器定時的時間，C為常數(shù)。由上兩式可看出，通過改變T1 定時時間或常數(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℃，當給定溫度超過400℃時以400℃計算。圖3為采樣中斷流程圖。 數(shù)模轉換部分使用單片機自帶的12位A/D轉換器，能同時實現(xiàn)數(shù)模轉換和控制，免去使用專用的轉換芯片，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 ，當采集完16個點的數(shù)據(jù)以后，設置標志“nADCFlag =1”，通知主程序采集完16個點的數(shù)據(jù)，主程序從全局緩沖區(qū)里讀出數(shù)據(jù)。 為進一步減小隨機信號對系統(tǒng)精度的影響，A/D轉換后，用平均值法對采樣值進行數(shù)字濾波。每16個采樣點取一次平均值。然后將計算到的平均值作為測量數(shù)據(jù)進行顯示。同時，按照PID算法，對溫度采樣值和給定值之間的偏差進行控制，得到控制量。采樣全過程完成后就可屏蔽采樣中斷，同時啟動T1定時[3]，進入控制過程。 溫度值和熱敏電阻的測量值在整個溫度采樣區(qū)間內基本呈線性變化，因此在程序中不需要對測量數(shù)據(jù)進行線性校正。MSP430的T1定時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構，即在進行溫度采樣，溫度值處理和運算等過程時T1不定時，待采樣全過程進行完時再啟動T1定時并同時屏蔽采樣中斷。T1定時開始就進入控制過程，在整個控制過程中都不采樣，直到200(T1C) 定時時間到，要開始新一輪的控制周期。在啟動采樣的同時屏蔽T1中斷。圖4為T1定時中斷流程圖。 圖中，M代表定時器控制周期計數(shù)值，N則表示由調節(jié)器計算出的控制量。首先判斷控制周期TC是否己經(jīng)結束。若控制周期TC已結束(即M=0)，則屏蔽T1定時器中斷，進行新一輪溫度采樣；若控制周期TC還未結束〔即M≠0 〕，則開始判斷導通時間是否結束。若導通時間己結束(即N=0)，則置輸出控制信號為低，并重新賦常數(shù)C值，啟動定時器定時，同時退出中斷服務程序；若導通時間還未結束(即N ≠0 )，則置輸出控制信號為高，控制執(zhí)行其間繼續(xù)導通，重新賦常數(shù)C值，啟動定時器定時，同時退出中斷服務程序。 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 為積分時間系數(shù)；KD=KPTD/T 為微分系數(shù)，TD 為微分時間系數(shù)。u(k) 為調節(jié)器第k次輸出， e(k) 為第k 次給定與反饋偏差。 對于PID 調節(jié)器，當偏差值輸出較大時，輸出值會很大，可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以在實際中，需要對調節(jié)器的輸出限幅[4]，即當|u|umax 時，令u=umax 或u=umax ，或根據(jù)具體情況確定。 溫度調節(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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