【正文】 / void main() { init_time0()。 } else { hightime=100uk。 uk = uk+duk。 }*/ gou=0。 } else { hightime=uk。 uk = uk+duk。 kd = 5。 e2 = 0。 display(3,11)。 delay1()。 delay1()。 t1=t。 } } } } } /*數(shù)碼管顯示子程序 */ void display(uchar wei,uchar duan) { P0=duma[duan]。 } if(key3==0) { delayb(50)。 //定時(shí)器 T1 開始工作 } void keysan() { if(key1==0) { delayb(30)。 TL0=(6553650000)%256。 //總中斷打開 ET0=1。 //返回溫度值 } /*定時(shí)器 0 初始化程序 */ void init_time0(void) { 王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 26 TMOD |= 0x01。 //兩字節(jié)合成一個(gè)字 ftemp=temp*。 //讀高 8 位 temp=b。 tmpwritebyte(0xcc)。 //發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令 } /*讀取 DS18B20 中溫度寄存器數(shù)據(jù) */ uint get_temp() { float ftemp。 } } } /*獲取溫度并轉(zhuǎn)化命令 */ void tmpchange(void) { dsreset()。while(i0)i。 i=8。 if(testb) // 寫 1 部分 { DS=0。j=8。 //將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)返回 } 王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 24 /*寫一個(gè)字節(jié)到 DS18B20 里 */ void tmpwritebyte(uchar dat) { uint i。i=8。 return (dat)。i++。 DS=0。 i=4。 DS=0。 while(count) { i=200。_nop_()。b0。 } void delay1() { 王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 22 uchar a,b。a0。 uint t,hightime,count。 uchar code wema[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}。 sbit key4=P2^3。 sbit gou=P3^3。經(jīng)過了這次設(shè)計(jì)過程，我不僅專業(yè)理論知識(shí)得到了鞏固，動(dòng)手實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)能力也得到了很大的提升，而且于我而言，最王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 20 彌足珍貴的是我從我的導(dǎo)師以及其他老師身上學(xué)到了很多知識(shí)以外的東西，比如他們對(duì)于科學(xué)問題的探索精神，對(duì)于工作的奉獻(xiàn)精神等等。在本次設(shè)計(jì)過程中，我在專業(yè)理論知識(shí)上有了很大的收獲，比如 PID算法，比如光耦器件以及可控硅的基本知識(shí)，另外動(dòng)手實(shí)踐能力也得到了很大的提升，另外軟件編寫的能力也有很大的進(jìn)步。 王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 16 開 開P I D 參 數(shù) 初 始 化取 設(shè) 定 值 r ( t ) 與 測(cè)量 值 e ( t )計(jì) 算 偏 差E ( k ) = r ( t ) e ( t )P p ( k ) = K p * [ E ( k ) E ( k 1 ) ]P i ( k ) = K i * E ( k )P d ( k ) = K d [ E ( k ) 2 E ( k 1 ) + E ( k 2 ) ]U ( k ) = P p ( k ) + P i ( k )+ P d ( k )E ( k 1 ) = E ( k 2 )E ( k ) = E ( k 1 )P I D 控 制 器 圖 PID 控制流程圖 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) 總 流程圖 本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)流程是，當(dāng)系統(tǒng)上電 后，數(shù)碼管會(huì)顯示當(dāng)前的溫度，然后等待按鍵輸入設(shè)定值，設(shè)定完畢后，系統(tǒng)開始溫度自動(dòng)控制過程，如果當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度，系統(tǒng)會(huì)斷開光耦器件及可控硅使水溫冷卻，如果當(dāng)前溫度低于設(shè)定溫度，若低于 2度以上，系統(tǒng)會(huì)采取全加熱的方式，如果溫差小于 2 度，則采用 PID算法進(jìn)行控制加熱。 Td 積分時(shí)間常數(shù) Td一般不用設(shè)定，為 0 即可，若要設(shè)定，與確定 P和 Ti 的方法相同，取不振蕩時(shí)的 30%。比例增益 P調(diào)試完成。 ，減小積分時(shí)間常數(shù) Ti。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改 。 王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 14 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。在微分時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。反之 Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。這些工作在系統(tǒng)啟動(dòng)后迅速就完成了，之后 PID 控制器只進(jìn)行PID 核心控制算法的計(jì)算。本系統(tǒng)從一開始的設(shè)計(jì)思路就是盡可能高的提高系統(tǒng)的控制精度。 I 對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降， I小（積分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 位置式 PID 控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計(jì)算公式： kkk uuu ??? ?1 式 24 式 24就是目前在計(jì)算機(jī)控制中廣泛應(yīng)用的數(shù)字遞推 PID 控制算法。當(dāng)執(zhí)行需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是控制量的增量時(shí)，需要用 PID的“增量算法”。 （ 3）雙向可控硅在本設(shè)計(jì)中的電路連接圖 如圖 所示。 2. 可控硅 承受正向陽極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下 可控硅 才導(dǎo)通。 光耦器件 MOC3040 由于單片機(jī)是弱點(diǎn)，而電加熱器是強(qiáng)電，所以用光耦合很好的解決了強(qiáng)弱電隔離的問題， 在本設(shè)計(jì)中采用了一種比較常用的光耦器件 MOC3040，其在本設(shè)計(jì)中的連接電路如圖 所示： 圖 光耦合 連接電路 可控硅簡(jiǎn)介 西安外事學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 可控硅分為單向的和雙向的 兩種 ,符號(hào)也不同 .單向可控硅有三個(gè) PN結(jié) ,由最外 層的P 極和 N極引出兩個(gè)電極 ,分別稱為陽極和陰極 ,由中間的 P 極引出一個(gè)控制極 . (1)單向可控硅 單向可控硅 的基本應(yīng)用電路如圖 所示。如可控硅所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機(jī)直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。 光電隔離技術(shù)的應(yīng)用 （ 1）微機(jī)介面電路中的光電隔離 微機(jī)有 多個(gè)輸入 端 ，接收來自遠(yuǎn)處現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳來的狀態(tài)信號(hào)，微機(jī)對(duì)這些信號(hào)處理后，輸出各種控制信號(hào)去執(zhí)行相應(yīng)的操作。 光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。 西安外事學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 按鍵連接圖 光 電 耦 合 器件 光電耦合器件簡(jiǎn)介 光電 耦 合器件（簡(jiǎn)稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極 管 ）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電 —光和光 —電的轉(zhuǎn)換器 件。 王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 6 圖 DS18B20 連接圖 溫度顯示部分 溫度顯示部分采用 4 位共陽數(shù)碼管來顯示，位選端采用 4 個(gè) PNP 型三極管 9012 來驅(qū)動(dòng)。即定時(shí) 器 T0、 T T2； 11. 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 ； 12. 通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 13. 工作溫度范圍： 40～ +85℃ （工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃ （商業(yè)級(jí)） ?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 STC89C52使用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機(jī)不具備的功能。系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示，具體連接電路如圖 所示。 在 溫 控系統(tǒng)中 , 首先將需要控制的被測(cè)參數(shù)溫度由傳感器轉(zhuǎn)換成一定的信號(hào)后再與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較 , 把比較得到的差值信號(hào)經(jīng)過一定規(guī)律的計(jì)算后得到相應(yīng)的控制值 , 將控制量送給控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制 , 不停地進(jìn)行上述工作 , 從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。采用 PID 控制原理研制成適合用于小 型電加熱器 的溫度控制器。Temperature control。 關(guān)鍵詞 :PID算法；單片機(jī)；溫度控制；光耦合；可控硅 Title: The digital PID control of electric heater Major:Electronic information engineering Name:Wang Adong Signature: Supervisor:Zhao Shiqiang Signature: ABSTRACT Temperature is an important physical quantities,The Temperature39。溫度測(cè)量部分采用單總線集成溫度傳感器 DS18B20，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，且易于操作。本文介紹了一種以 STC89C52 單片機(jī)為檢測(cè)控制中心的數(shù)字式水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)。實(shí)際調(diào)試表明，采用 PID 算法能使溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。MCU。由于控制對(duì)象的多樣性和復(fù)雜性 , 導(dǎo)致采用的溫控手段 也具有 多樣性。 溫度控制的目的就是將 電加熱器 的工作溫度以一定的精度穩(wěn)定在 一定的范圍內(nèi) , 這就要求根據(jù) 電加熱器 工作時(shí)的實(shí)際情況 (如產(chǎn)熱量大小等 ) 采取一定的措施 ,來控制電加