【正文】 status = system_temperature_control。 switch(key){ case 0: break。i11。 int Sum。 // PID 計算 active()。 iAddrSpeech = speech_start_address(iaSpeech_index[0])。 fT = adc_data * K。 } //========================================================== //函數(shù) :void display_speech_ADC_temperature(void) //語法： void display_speech_ADC_temperature(void) //描述：整理溫度顯示值、語音播放資源、 PID 控制 //參數(shù)：無 //返回：無 //========================================================== void display_speech_ADC_temperature(void){ float fT,K。 = 0。 //取鍵值 key_value_process(iKeyValue)。 //========================================================== //函數(shù) : 主程序 //語法： int main(void) //描述：語音播報、鍵盤掃描、溫度控制 //參數(shù)：無 //返回：無 //========================================================== int main(void){ int iKeyValue。 void PIDinit(void)。 PID stPID。 define SET_ADC_TIME Time5s typedef struct PID { int SetPoint。她淵博的知識、開闊的視野 和敏銳的思維給了我深深的啟迪。 但是 PID 算法響應(yīng)速度比較快， 優(yōu)缺點權(quán)衡之下， 本系統(tǒng)中溫控算法 采用了 PID 算法。 最終實現(xiàn)的設(shè)計可以實現(xiàn)在 無人介入被測控的環(huán)境下，通過 LED 顯示直接看到被測控對象的實 時溫度，并可隨時通過鍵盤輸入被測控對象應(yīng)控制的溫度范圍及誤差值。 `基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 27 第 5 章 軟件調(diào)試 與安裝 軟 件調(diào)試 軟件調(diào)試的目的是檢驗程序編寫是否正確，能否驅(qū)動整個系統(tǒng)完成所設(shè)定的功能。 加溫的整個過程沒有必要全程 PID 控制，一般可以 設(shè)定 到達 目標(biāo)值前一個溫度區(qū)域才進行 PID 控制。 這是面對一個較大系統(tǒng)的一般處 理方法，對其他任務(wù)也可以采用分割的辦法進行細(xì)化，例如對顯示 結(jié)果的 刷新。 一個系統(tǒng)定時周期內(nèi) 系統(tǒng)還要處理很多的事情，例如顯示的刷新 、 鍵盤的掃描 、 鍵盤碼的處理執(zhí)行等等 。 比例 常數(shù)決定 參與在目標(biāo)點以前真正控制的范圍， pK ＝基本時間總周期 /控制范圍。 假定 控制范圍是在 200℃ ，則設(shè)定溫度與實際溫度的差的最大值就是 200℃ ，這時的 輸出 參數(shù) 為 1?pK 。 例如對應(yīng)于 2 分鐘時是 60，則在 3 分鐘為周期時邊界改為 90 就行了。 為了對應(yīng)程序處理上的方便，在程序內(nèi)部一般并 不是用時分秒來計算的，通常 使用系統(tǒng)的一個定時器用于系統(tǒng)全部時鐘，例如顯示刷新 、鍵盤``畢業(yè)（設(shè)計）論文 22 掃描等。1。 這種算法是以連續(xù)系統(tǒng)的 PID 控制為基礎(chǔ) ，然后將其數(shù)字化，寫成差分方程 ： [6] ?????? ??? ? dt tdeTdtteTteKtu dip )()(1)()( （ 47） 上 式中 ： )(tu ： PID 調(diào)節(jié)器的輸出量； )(te ： PID 調(diào)節(jié)器的輸入量； pK ： 比例系數(shù)； iT ： 積分時間常數(shù)； dT ： 微分時間常數(shù)。 在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。 三個基本參數(shù) pK , iK , dK ,在實際控制中的作用： 比例調(diào)節(jié)作用：是 按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差 ，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。根據(jù)具體的應(yīng)用 ，不管采用哪一種算法， 基本的控制算法、原理是完全一樣的，直接計算法得到的是當(dāng)前需要的控制量，相鄰兩次控制量的差就是增量。 打印控制程序 設(shè)計 圖 45 打印控制 程序的實現(xiàn) 具體實現(xiàn)步驟如下： 初始化程序，判斷打 印按鍵是否按下， 如果沒有開 始 初始化 打印按鍵是否按下 打印機 是否忙碌 讀取需打 印的信息 啟動打印 機并打印 返 回 N N Y Y `基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 15 打印要求則直接返回； 如果按下， 繼續(xù) 判斷打印機是否處于忙碌狀態(tài)，空閑則讀取需打印的信息并 打??；若處于忙碌狀態(tài)，則繼續(xù)等待直到打印機處于空閑為止。 進行 溫度 的 實時采集并顯示。 //取鍵值 key_value_process(iKeyValue)。 ``基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 9 第 4 章 軟件實現(xiàn) 軟件總體部分 設(shè)計 圖 41 系統(tǒng) 主程序 流程圖 開 始 初始化 從存儲器中讀取上一次溫度設(shè) 定值 按鍵按下 重設(shè)溫度值 采集溫度 大于設(shè)定溫度范圍 打開風(fēng)扇 （降溫） 顯示當(dāng)前溫度 在設(shè)定溫度范圍內(nèi) 小于設(shè)定溫度范圍 打開電熱絲 （升溫） N N N Y Y ``畢業(yè)（設(shè)計）論文 10 主程序 源代碼： int main(void){ int iKeyValue。 如果溫度偏高則通過 電路控制風(fēng)扇的工作 來 實現(xiàn) 降溫，并且還可以控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以更快的將溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。 鉑電阻 獲得環(huán)境溫度 后 ， 轉(zhuǎn)化為電壓信號 ， 同時電壓信號 經(jīng)過 HT9274`基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 7 放大到 SPCE061A 的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口 ，并 將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號，其中， HT9274 可以通過外接電阻實現(xiàn)放大倍數(shù)的調(diào)整。鉑熱電阻元件配上金屬保護管和安裝固定裝置（如各種螺紋接頭、法蘭盤等），就構(gòu)成裝配式鉑熱電阻。 串口 打印 ： 打印 預(yù)設(shè)溫度值 、 當(dāng)前溫度值 、 超標(biāo)幅度等信息 ?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器， 變送器，通過輸入接口送到控制器。其優(yōu)點是：電氣性能穩(wěn)定，溫度和電阻關(guān)系近于線性，精度高。常見的數(shù)字接口的溫度傳感器如 18B20， 18B20 是 一線總線接口的溫度傳感器。 目前在溫度的自動控制調(diào)節(jié)的研究領(lǐng)域，常用的算法大致有 PID算法，史密斯預(yù)估算法，模糊控制算法等，其中 PID算法以其簡單易操作，控制效果好，容易理解等特點，被廣泛的應(yīng)用于溫度控制的領(lǐng)域。 采 用 EEPROM使設(shè)定的溫度 控制范圍 掉電存儲。 如果有新的控溫范圍， 則 可以通過鍵盤改變。 系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)、內(nèi)容及意義 本次系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)是 對 單片機控制的 水 溫 控制 系統(tǒng)進行分塊的分析與設(shè)計，對其合理性進行探究，最終 設(shè)計 一個實用的，功能完善的設(shè)計方案。一線總線 具有 獨特而且經(jīng)濟的特點。鉑電阻元件可與顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器、掃描儀、數(shù)據(jù)記錄儀以及電腦 配套進行精確的溫度測量和控制。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。 語音播報：語音播放水溫設(shè)置溫度，并播報整數(shù)溫度變化。 在 0℃ 時， 阻值為 100Ω 的白金感溫電阻， 簡稱為 Pt100。 數(shù)字濾波部分 設(shè)計 傳感器采集的信息常會受到干擾， 為了提高采樣的可靠性，減小虛 假信息的影響， 這里 采用數(shù)字濾波。 打印部分 設(shè)計 雖然 本 溫控系統(tǒng)是 自動調(diào)節(jié)的，基本擺脫了人 工 控制，但是控制的效果等信息還是需要反饋 ，因此本系統(tǒng)擴展了打印機的接口，使 其 更加 實用化。 status = system_temperature_set。 //鍵值處理 if(guifgSpeechPlay) temperature_speech_play( )。如果實測溫度偏離設(shè)定溫度較多，則相應(yīng)打開風(fēng)扇或者電熱絲。 PID 算法部分 設(shè)計 模擬 PID 控制算法輸入 e(t) 與輸出 u(t) 的關(guān)系為 ： [1] ? ??? t dip dtde (t )Kdte (tKe (t )Ku(t ) 0 ) （ 41） 數(shù)字 PID 控制算法是以模擬 PID 調(diào)節(jié)器控制為基礎(chǔ)的，由于單片機是一種采樣控制，它只能根據(jù)采 樣時刻的偏差計算控制量。 2．基本偏差 ??te ： 表示當(dāng)前測量值與設(shè)定目標(biāo) 值之 間的差，設(shè)定目標(biāo) 值 是被減數(shù)，結(jié)果可以是正或負(fù)，正數(shù)表示還沒有達到，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過了設(shè)定值。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例， 將 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 在計算機控制系統(tǒng)中， 一般 使用數(shù)字 PID，因此將式（ 47）離散化，令 ： )()( kutu ? )()( kete ? ? ?? ??0 0 )()( kj jeTdtte T kekedt tde )1()()( ??? 其中 T 為采樣周期，必須足夠短 才能保證 其 精度。12???????kukukekekeke ? ?? ?? ? ? ?? ?111 10 ??? ?? taku attaykky 采樣時間到 返 回 N Y `基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 21 采用增量式實現(xiàn) 一般 PID 控制， 其 表達式如下 ： )1()()( ???? kukuku ? ?? ?)2()1(2)( )()1()( ????? ???? kekekeK keKkekeKdip （ 411） 通過上面的介紹對 PID 算法有了一定的理解，在這里使 用增量法進行溫度調(diào)節(jié)： ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?2121 ????????? teteteKteKteteKP diptd l t （ 412） 上面只 是控制算法的數(shù)學(xué)方法， 稍顯 抽象，在具體的控制項目中 的 量化問題 闡述如下： [9] 對于加溫的溫度控制 ， 可以采用調(diào)節(jié)供電電壓或在一定的時間循環(huán)周期內(nèi)的供電時間比例來調(diào)節(jié)加溫控制溫度，一般以調(diào)節(jié)加溫時間比例比較簡單， 這 也是控制上比較常用的方法。相對于計算來說，控制周期比較長，所以可 對 兩 分鐘進行細(xì)分，例如可將 每分鐘進行 100 等分，則兩分鐘就是 200 等分，這樣的輸出比例變化有 200 個輸出等級，用于溫度控制已經(jīng)足夠細(xì)了， 取 200 的另一個好處是，對應(yīng)于 8 位單片機剛好可以在一個字節(jié)內(nèi)進行計算，程序簡單 ， 運算速度快。定下了基本控制時間分辨率以后，計算就可以不用改變了。為了提高加熱速度，可 使受控制的區(qū)域 適當(dāng) 縮小，例如只控制 50℃ 范圍。iK , dK 是 反應(yīng)對策速度， 需 要 耐心去逐步達到穩(wěn)定點，過激了會起反作用 。 如果運算占用很多時間的話，就會出現(xiàn)一個系統(tǒng)定時周期內(nèi)完不成的情況?，F(xiàn)在液晶屏用 的 比較多，環(huán)境的干擾、數(shù)據(jù)的變化都會引起花屏或反應(yīng)遲鈍，而刷新需要占用很長的時間。 例如， 如果 設(shè)定目標(biāo)溫度為 80℃ ，則在 60℃ 以前全速加溫，當(dāng)達到 70℃ 以后才開始計算 PID 并予以控制，這樣可以加快加溫速度又不影響溫度控制。 其具體的步驟是： 在 KEIL 調(diào)試軟件中對 C 語言 代碼和匯編 語言 代碼 模塊分別 進行調(diào)試 .。本系統(tǒng)具有實時性好、清晰度和精度高、非人工介入以及 自動調(diào)溫等特點。 （ 3） LED 顯 示效果單一，有待改進為更加友好的 LCD 顯示。感謝 ``老師對我的支持和幫助！ 在這里要特別感謝 ``同學(xué)對我論文寫作的指導(dǎo)。 // 設(shè)定目標(biāo) Desired Value float Proportion。 int fOut=0。 int adc_data_cmp()。 status = system_temperature_set。 //鍵值處理 if(guifgSpeechPlay) temperature_speech_play( )。 } //====================================