【正文】 ith的水溫控制系統(tǒng)仿真曲線圖（Kp＝15，Ki＝，Kd＝0） 由上圖不難看出，Smith對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用非常明顯。我們令溫度傳感器傳回的溫度與單片機(jī)內(nèi)部的溫度的設(shè)定至之差，通過PID相關(guān)算法運(yùn)算，轉(zhuǎn)換成PWM波最為控制信號(hào)輸出，控制繼電器的開關(guān)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（加熱棒）為被控對(duì)象（水杯內(nèi)的水）加熱，改變水的溫度。主程序測(cè)溫子程序顯示子程序PID控制子程序中斷子程序?qū)崟r(shí)溫度測(cè)量；采樣時(shí)間50msLCD溫度顯示；刷新時(shí)間50msLCD打點(diǎn)記錄溫度曲線；打點(diǎn)時(shí)間增量式PID控制PWM波輸出；周期5s數(shù)據(jù)返回電腦；采樣時(shí)間1s圖62 軟件結(jié)構(gòu)示意圖七、硬件選型 單片機(jī)型號(hào)：STC12LE5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快812倍。其測(cè)量溫度范圍為55℃～+125℃，在10℃~85℃范圍內(nèi)，℃。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù)DS18B20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀。光耦元件隔離效應(yīng)好，無聲音，但是成本也較高。反之，電路斷開，不加熱。只有定時(shí)器工作十次，也就是cycle9時(shí)，才開始溫度的測(cè)量和溫度顯示。如此循環(huán)。開始Error=SetTemmSumError=SumError+ErrordError=ErrorLastErrorPrevError =LastErrorLastError = ErrorReturn Proportion * Error+ Integral * SumError+ Derivative * dError返回圖87 PID流程圖 中斷程序中斷程序中要完成兩方面的任務(wù)：其一是將溫度數(shù)據(jù)傳回電腦，其二是發(fā)出脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)發(fā)送出來。九、系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 在本次計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，我所設(shè)計(jì)的水溫控制系統(tǒng)外圍電路較為簡(jiǎn)單，所以在焊接方面也比較容易。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也證實(shí)了我這一想法。 =0。 return (ppProportion * Error+ ppIntegral * ppSumError + ppDerivative * dError)。 else low_time=100。b39。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：圖93 水溫控制系統(tǒng)PID 控制溫度變化曲線圖（Kp＝8，Ki＝0，Kd＝0）由上圖可以看出，該系統(tǒng)存在較大超調(diào)，雖然趨勢(shì)上是可以穩(wěn)定的，但是調(diào)節(jié)時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，對(duì)于該水溫控制系統(tǒng)，并不是很適合。}unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint ) { signed int dError,Error。 s=set*10。參考文獻(xiàn)[1] [M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.[2] （第二版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.[3] 趙春鋒, 孫興朋, 王東興. 基于MATLAB /Simu1ink下加熱爐傳遞函數(shù)的PID仿真試驗(yàn) [J].節(jié)能, 2009,4：2022.[4] 張?jiān)?張炎,趙延軍. 基于單片機(jī)和模糊控制的水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器, 2001,7：7172.[5]PID溫度控制[D].遼寧:渤海大學(xué),2010附1：整體電路圖：附2：實(shí)物圖附3：程序清單（忽略頭文件）：主程序：include void duty_cycle(unsigned int t)。unsigned int cycle=0。BYTE TPH。 //送出低電平復(fù)位信號(hào) DelayXus(480)。 BYTE dat = 0。 //接收延時(shí) if (DQ) dat |=0x80。 //延時(shí)等待 dat = 1。//T1為定時(shí)器工作于方式2 T0為定時(shí)工作于方式1 TH0=0x3c。 SM1=1。 FontSet(1,1)。 //設(shè)備復(fù)位 DS18B20_WriteByte(0xCC)。 //讀溫度高字節(jié) j=TPH。 //溫度顯示 shu1=j/100。 PutPixel(38,0)。 //開定時(shí)器1 duty_cycle(j/10*10+count%10)。 y=84j/10。 if(time20) { ES=0。 while(!TI)。 else if(counter=100) PWM=1。 a=SBUF。 // 積分 unsigned int Derivative。 =3。 return (ppProportion * Error+ ppIntegral * ppSumError + ppDerivative * dError)。} *//********************PID控制占空比*************************/void duty_cycle(unsigned int t) // 占空比{ unsigned int s。amp。不奮斗就是每天都很容易，可一年一年越來越難。 } } else { low_time=0。 if(st) { if((st)20) low_time=100。 // 當(dāng)前微分 ddError= Error2*ppLastError+ppPrevError。 // 偏差 ppSumError += Error。 // 誤差和 }。 // PID響應(yīng)unsigned char low_time=50。//定時(shí)器賦低8初值 , 12M晶振 cycle++。 TI=0。j500。 x=0。 PutChar(80,0,((low_time)%10+48))。 cycle=0。 PutChar(8,0,((j)%100/10+48))。 TPH1=j=f_j*10+。 //設(shè)備復(fù)位 DS18B20_WriteByte(0xCC)。 //調(diào)用定時(shí)器，計(jì)數(shù)器初始化 while(1) { if(cycle9) { float f_j。 unsigned char num=0。 TR1=1。 //恢復(fù)數(shù)據(jù)線 DelayXus(1)。 for (i=0。 DQ = 0。 //等待60us CY = DQ。 //存放溫度值的低字節(jié)void DelayXus(int n){ while (n) { _nop_()。unsigned int count,y,time=0。void xint0()。 if(low_time=100) low_time=(unsigned char)(rout/(100*))。 // 當(dāng)前微分 ppPrevError = ppLastError。修改后的程序如下（斜體的為修改過的地方）：void init_pid(){ = 60?？刂茖?shí)測(cè)結(jié)果如91所示：圖91 水溫控制系統(tǒng)PID 控制溫度變化曲線圖（Kp＝6，Ki＝0，Kd＝0）由上圖不難看出，當(dāng)溫度大約44℃時(shí)系統(tǒng)的加熱速度明顯減慢，斜率急劇變小，雖然系統(tǒng)最終穩(wěn)定，且沒有穩(wěn)態(tài)誤差，但其調(diào)節(jié)時(shí)間也因此而變長(zhǎng)。for i=1:322 time(i)=(i1)*1。 if(st) { if((st)2) low_time=100。 // 偏差 ppSumError += Error。在上面的介紹中已經(jīng)有所提及，在此不再贅述。因此，我考慮在只在繼電器這一邊利用5V供電。發(fā)出PWM信號(hào)的周期是5s，中斷的周期是50ms。開始s=set，t=t/10stst2low_time=100PID子程序計(jì)算low_time返回low_timeNOYES PID子程序 采用位置式PID的控制方法。只需64秒即可將屏幕打滿。設(shè)while（）循環(huán)。三極管不能導(dǎo)通，繼電器處于常閉端。其主要特點(diǎn)如下：1) 128 64 點(diǎn)陣；2) 串行SPI接口方式（僅寫入）；3) 自帶1212點(diǎn)和1616點(diǎn)漢字庫（包含一級(jí)和二級(jí)漢字庫）；4) 自帶6816點(diǎn)ASCII碼西文字庫（96個(gè)字符）；5) 自帶基本繪圖GUI功能（繪點(diǎn)、直線、矩形、矩形框、實(shí)心圓形、圓形框）；，直接輸入整型數(shù)顯示，而無需作變換；6) 帶有背光控制指令，只需一條指令便可控制背光亮度等級(jí)（0~127）。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：1) 采用DALLAS公司獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DSI8B20的雙向通訊；2) 在使用中不需要任何外圍元件。 溫度傳感器 常用的溫度傳感器有PT1000、AD590以及DS18B20。硬件結(jié)構(gòu)示意圖如61所示。而Smith系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖然高于位置式，但是其存在控制函數(shù)較為復(fù)雜，對(duì)存儲(chǔ)空間要求高的缺點(diǎn)，因此我決定選擇最為簡(jiǎn)單、也最為實(shí)用的位置式PID算法來進(jìn)行硬件的控制。)。y_1=yout(k)。 xm_1=xm(k)。ym(k)=den1(2)*ym_1+num1(2)*u_5。e2_1=。 u_0=0。inputdelay39。)。kp=。 du=kp*errord+kd*errori+ki*error。為精益求精，進(jìn)一步調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。time(s)39。 x(3)=error(k)。u_3=u_2。Kd=0。y_3=0。 u_1=0。inputdelay39。errori=errori+error*ts。仿真圖如下圖所示：圖55 水溫控制系統(tǒng)Simulink離散PID仿真令，得到如下仿真結(jié)果。故。plot(time,rin,39。 y_3=y_2。%PID參數(shù)設(shè)定 u(k)=Kp*x(1)+Kd*x(2)+Ki*x(3)。%設(shè)定初值x=[0,0,0]39。u_2=0。,5)。帶有純遲滯的單回路控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：。該算法優(yōu)點(diǎn)：（1）較為安全。所以得到傳遞函數(shù)為： （37）所以得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖為：PIDZOHr（t）圖32 水溫控制系統(tǒng)原理圖四、算法選擇 PID算法（PID位置式算法）模擬PID控制器的基本算式為：