【正文】 }}/**************從DS18B20讀1字節(jié)數(shù)據(jù)******************/BYTE DS18B20_ReadByte(){ BYTE i。 //準(zhǔn)備接收 DelayXus(1)。 //開始時間片 DelayXus(1)。//開總中斷，開T0、T1中斷 TMOD=0x21。 SM0=0。 ClrScreen()。 //溫度測量 DS18B20_Reset()。 //讀溫度低字節(jié) TPH = DS18B20_ReadByte()。 EA=1。 PutPixel(37,1)。 //定時器賦低8初值 , 12M晶振 TR0=1。num128) if(x128) { num=0。 i=low_time/10*16+low_time%10。 SBUF=shu3*16。 } if(++counter=(low_time)) PWM=0。 RI=0。 // 比例 unsigned int Integral。 //設(shè)定PID參數(shù) = 1。 ppLastError = Error。 return (ppProportion*dError+ppIntegral*Error+ppDerivative*ddError)。 // Perform PID Interation // if(rout=100amp。什么是奮斗？奮斗就是每天很難，可一年一年卻越來越容易。 }} 寧可累死在路上，也不能閑死在家里！寧可去碰壁，也不能面壁。 else { rout = PIDCalc ( amp。 ppPrevError = ppLastError。 // 積分 dError = ErrorppLastError。 struct PID spid。 //占空比調(diào)節(jié)參數(shù)include struct PID { unsigned int SetPoint。 time++。 ES=1。j++)。 } } }} void xtimer0() interrupt 1 //PWM{ unsigned int wendu,i。 if(num=5amp。 TH0=0x3c。 PutChar(16,0,46)。 TPL1=count=(TPLamp。 //跳過ROM命令 DS18B20_WriteByte(0xBE)。 TR0=0。 x=0。 TR0=1。 //恢復(fù)延時 }}/****************中斷初始化*****************/void init(){ cycle=0。 i8。 //開始時間片 DelayXus(1)。 //檢測存在脈沖 DelayXus(240)。 _nop_()。 //定義小數(shù)計(jì)算部分sbit DQ = P2^5。void xtimer0()。 else low_time=100。 ppLastError = Error。 // 60是將P*10得到的，實(shí)際Kp =6，以下如是 = 1。為改善此系統(tǒng)，我增大了比例環(huán)節(jié)，令。 b(i)=a(i*21)+a(2*i)/100。 else { rout = PIDCalc ( amp。 // 積分 dError = ppLastError ppPrevError。 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)上面的仿真結(jié)果，PID三個參數(shù)分別取，,但是單片機(jī)的運(yùn)算空間有限，為節(jié)省空間，我們只取PID參數(shù)和溫度的整數(shù)部分進(jìn)行計(jì)算，因此令。我先將繼電器相關(guān)電路與單片機(jī)斷開，利用5V電源給繼電器供電，繼電器成功打開了。因此我將PWM的信號周期分為100份，設(shè)計(jì)數(shù)器counter，當(dāng)counter=low_time時發(fā)低電平信號，為水加熱；其余部分為高電平，不加熱。利用公式： 。根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)，每一次實(shí)驗(yàn)時間大約5min左右。定時器1的定時時間為50ms。當(dāng)P1。7) 控制環(huán)節(jié)本實(shí)驗(yàn)采用PWM波控制加熱棒的加熱?？捎脭?shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍+~；3) 可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍+~；4) 測溫范圍:55℃~125℃。考慮到前兩種傳感器均需A/D轉(zhuǎn)換電路才可完成測溫，因此選用電路更為簡單、不需外接A/D就可測溫的DS18B20溫度傳感器。單片機(jī)（STC12LE5A60S2）繼電器PWM加熱棒水杯溫度傳感器（DS18B20）LCD液晶屏~PC圖61 硬件結(jié)構(gòu)示意圖 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 我們利用軟件編程實(shí)現(xiàn)對于單片機(jī)的控制。六、方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)選擇單片機(jī)為控制核心，利用溫度傳感器，加熱棒等構(gòu)建溫度控制系統(tǒng)。ylabel(39。endplot(time,rin,39。ym_1=ym(k)。 %加入延遲yout(k)=den(2)*y_1+num(2)*u_5。ei=0。u_1=。,tol1)。[num,den]=tfdata(dsys,39。Tp=66。u=u_1+du。令，可以達(dá)到系統(tǒng)無超調(diào)，無穩(wěn)態(tài)誤差的良好控制效果，如下圖所示：圖511 水溫控制系統(tǒng)PID 仿真曲線圖（Kp＝3，Ki＝，Kd＝） Simulink仿真 增量式PID的Simulink仿真圖如圖512所示：圖512 位置式PID仿真圖MATLAB Function中的函數(shù)如下：function [u]=pidsimf(u1,u2)persistent pidmat errori error_1 error_2 u_1 if u1==0 errori=0 error_1=0 error_2=0 u_1=0end ts=1。)。 error_2=error_1。u_2=u_1。Ki=。x=[0,0,0]39。u_2=0。,5)。 u=kp*error+kd*errord+ki*errori。圖56 水溫控制系統(tǒng)PID 控制仿真曲線圖（Kp＝3，Ki＝，Kd＝）但是該離散PID的仿真模型是封裝好的，無法看清其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此我利用Simulink的Matlab Function模塊，通過編寫M文件的方式實(shí)現(xiàn)位置式PID的方針。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合試湊法確定PID參數(shù)，進(jìn)行Matlab仿真。k39。y_2=y_1。%位置式PID控制信號 error(k)=rin(k)yout(k)。error_1=0。u_3=0。%傳遞函數(shù)dsys=c2d(sys,ts,39。其特征方程為。因?yàn)橐坏┯?jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，輸出控制指令為零時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置（如閥門的開度）仍可保持前一步的位置，不會給被控對象帶來較大的擾動。按位置算法構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如圖31所示。能量平衡式： （32）式中：為水的質(zhì)量，為水的比熱。該系統(tǒng)的任務(wù)包括軟件仿真和硬件實(shí)現(xiàn)量大部分組成。然后逐漸減小比例度（)，直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩。這種調(diào)整可根據(jù)響應(yīng)曲線的狀態(tài)，反復(fù)改變及，以期得到滿意的控制過程。本次實(shí)驗(yàn)用到的算法在算法選擇中會詳細(xì)介紹，在此不再贅述。盡管自1940年以來，許多先進(jìn)的控制方法不斷的推出，但由于PID控制具有結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好、可靠性高、參數(shù)易于整定，P、I、D控制規(guī)律各自成獨(dú)立環(huán)節(jié)，可根據(jù)工業(yè)過程進(jìn)行組合，而且其應(yīng)用時期較長，控制工程師們已經(jīng)積累大量的PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)。但是，它的不足也恰恰在于此，當(dāng)對象特性一旦發(fā)生改變，三個控制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難以得到保證。但由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時開通電源，因而無法克服溫度變化過程的滯后性，致使被控對象溫度波動較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。動態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。推薦制造實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)，并給出較好的精度和穩(wěn)定性。在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。本文所討論的基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)對水溫的恒值溫度控制，故以下僅對恒值溫度控制進(jìn)行討論。其具體控制電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能。智能控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能化。由于計(jì)算機(jī)軟件的靈活性，利用就算幾實(shí)現(xiàn)PID控制具有許多優(yōu)點(diǎn)，可以將PID算法修改得更為合理，得到許多考慮了實(shí)際要求的該井算法；同時對于參數(shù)的在線調(diào)整和修改更為方便，朝著更加靈活和智能化的方向發(fā)展。1. 試湊法確定PID參數(shù)(1)首先只整定比例部分。 2. 擴(kuò)充臨界比例度法這種方法是對連續(xù)系統(tǒng)臨界比例度法的擴(kuò)充?？刂贫? 實(shí)際應(yīng)用時并不需要計(jì)算兩個誤差平方積分，控制度僅表示控制效果這一物理概念。硬件部分主要包括單片機(jī)、繼電器、溫度傳感器等部分。 由上面的推導(dǎo)過程不難看出，對于水量的不同、環(huán)境的不同，所取得、和也會不同，因此很難依靠經(jīng)驗(yàn)確定參數(shù)。由于計(jì)算機(jī)輸出的直接對應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，的大幅度變化會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的突變，在某些場合下，就可能造成重大生產(chǎn)是夠。如圖22。針對這種問題，Smith提出采用人造模型的方法，構(gòu)造如圖23所示的控制系統(tǒng)：圖23 Smith預(yù)估控制系統(tǒng)五、仿真 位置式PID仿真 MATLAB仿真程序。%離散化[num,den]=tfdata(dsys,39。u_6=0。 %延時抽樣為5s rin(k)=45。u_4=u_3。%參數(shù)P x(2)=(error(k)error_1)/ts。)%畫圖 PID參數(shù)計(jì)算首先用擴(kuò)充臨界比例度法來選定參數(shù)。多次仿真后，當(dāng)，時，可以可到較好的控制效果，如圖53所示。ki=。如下圖所示：圖58 溫度控制系統(tǒng)Simulink仿真圖（Kp=5,Ki=,Kd=）對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其穩(wěn)定。)。u_5=0。for k=1:1:350 time(k)=k*ts。 error(k)=rin(k)yout(k)。y_2=y_1。r39。)。kd=5。error_1=error。inputdelay39。 kp1=kp。)。u_4=。y_1=。 e2(k)=rin(k)xm(k)。u_3=u_2。r39。 Matlab仿真結(jié)果圖514 溫控制系統(tǒng)Smith仿真曲線圖（Kp＝15，Ki＝，Kd＝0）如果不加入Smith，在同等PID參數(shù)的情況下，系統(tǒng)完全發(fā)散，如下圖：圖515 加Sm