【正文】 用12864LCD，因此每一屏只能打128個(gè)點(diǎn)。 軟件設(shè)計(jì) 主程序 在主程序中，先定義變量、并對中斷、顯示模塊、測溫DS18BPWM等模塊進(jìn)行初始化設(shè)置。 繼電器電路圖82 繼電器電路，經(jīng)三極管8550放大電流后，與繼電器線圈端相連，與此同時(shí)，在線圈端，并上一個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)電路正在加熱時(shí)，二極管發(fā)光，這樣更加易于監(jiān)測電路。目前常用的顯示裝置有兩種——LED和LCD，考慮到LED電路較為復(fù)雜，且無法直接繪出溫度曲線，故選用銘正同創(chuàng)12864顯示模塊。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS18B20都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。 由上面介紹可知，該類型的單片機(jī)與普通C51相比，既有速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，且片內(nèi)集成PWM及A/D轉(zhuǎn)換電路，功能強(qiáng)大，且程序下載較普通單片機(jī)更為簡單，因此選用該型號的單片機(jī)。此外，我們還可以利用單片機(jī)使數(shù)據(jù)的返回電腦，從而實(shí)現(xiàn)利用電腦做出溫度變化曲線以及數(shù)據(jù)的分析。但是，增量式算法的控制指令全量的累加需要用計(jì)算機(jī)外的其他的硬件，會增加實(shí)驗(yàn)成本，因此不選用。time(s)39。u_0=u(k)。 e2_1=e2(k)。 %輸入信號 xm(k)=den1(2)*xm_1+num1(2)*u_1。e2=。)。sys1=tf([kp1],[Tp1,1],39。zoh39。圖513 溫度控制系統(tǒng)Simulink仿真圖（Kp=3,Ki=,Kd=0） Smith預(yù)估控制系統(tǒng) Smith預(yù)估控制系統(tǒng)Matlab程序Ts=1。errori=error2*error_1+error_2。圖510 水溫控制系統(tǒng)PID 仿真曲線圖（Kp＝5，Ki＝，Kd＝）上圖可以看出，系統(tǒng)超調(diào)約為11%，調(diào)節(jié)時(shí)間約為50s，基本滿足要求。)xlabel(39。 x(2)=error(k)2*error_1+error_2。u_4=u_3。 Kp=6。y_2=0。)。sys=tf([1],[60,1],39。errord=(errorerror_1)/ts。 Simulink仿真首先利用Simulink的集成模塊來進(jìn)行仿真。經(jīng)計(jì)算。endfigure(1)。u_1=u(k)。Kd=。y_3=0。u_1=0。inputdelay39。Smith提出了一種純滯后補(bǔ)償模型，其原理為，與PID控制器并接一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，該補(bǔ)償環(huán)節(jié)稱為Smith預(yù)估器。由式（13）可以得到（k1）次的PID輸出表達(dá)式： （14）由式（13）和（14）可得 （15）該式為增量式PID算法。通過實(shí)驗(yàn)，不難得出延遲時(shí)間，其余數(shù)據(jù)如下表：參數(shù)組別12722426054故。PIDZOH繼電器加熱裝置水溫PWMWMr(k)u(t)WM溫度傳感器Y(z)G(s)圖31 水溫控制系統(tǒng)原理圖為了對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，我們需要水溫加熱的傳遞函數(shù)。(5)按計(jì)算所得參數(shù)投入在線運(yùn)行，觀察效果，如果性能不滿意，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和對P、I、D各控制項(xiàng)作用的理解，進(jìn)一步調(diào)節(jié)參數(shù)，直到滿意為止。 (2)用選定的T使系統(tǒng)工作。(2)若穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則需加入積分控制。 數(shù)字PID基本算法數(shù)字PID算法主要包括位置式PID算法和增量式PID算法。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以很好的模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。采用這種方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè)PID參數(shù)（比例值、積分值、微分值）。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。近年來，溫度的檢測在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對所測溫度場進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問題。. . . .. .溫度控制系統(tǒng)一、題目要求請?jiān)O(shè)計(jì)一套以單片機(jī)為控制裝置的溫度控制系統(tǒng)，可以是電熱爐溫度控制，水溫控制等，要求有合理的方案設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)圖，算法選擇和驗(yàn)證分析。因此，溫度的測量與控制在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動制冷裝置。其中數(shù)字PID控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。所以，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID算法獲得了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)若無靜差或靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)效果良好，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可。具體步驟如下:(1)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期T，通?？蛇x擇采樣周期為被控對象純滯后時(shí)間的1/10。(4)根據(jù)選定的控制度，查表21 ，求得、的值。其原理圖如圖31所示。 先利用相關(guān)離散化公式將式（36）離散化，采樣時(shí)間T=1s，可以得到該系統(tǒng)的數(shù)字化時(shí)域形式： （37）其中為輸入功率，為輸出溫度。圖21 PID位置式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) PID增量式算法 PID增量式算法是位置算法的一種改進(jìn)。圖22 PID增量式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) Smith預(yù)估控制在工程過程控制中，許多被控對象具有純滯后的性質(zhì)。%采樣時(shí)間sys=tf([],[66,1],39。)。y_2=0。Ki=。u_2=u_1。%參數(shù)I error_1=error(k)。當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩，如下圖所示：圖51 系統(tǒng)等幅震蕩由上圖可以得知：。調(diào)節(jié)效果較好。 error=u2。圖59 溫度控制系統(tǒng)Simulink仿真圖（Kp=3,Ki=,Kd=0） 增量式PID仿真 Matlab仿真程序ts=1。v39。y_1=0。 %延遲5s rin(k)=45。u_5=u_4。 x(1)=error(k)error_1。b39。結(jié)果如下圖。errord=(errorerror_1)。如圖513所示。dsys=c2d(sys,Ts,39。tol1=tol。v39。e1_1=0。 rin(k)=。 u(k)=P*e2(k)+I*ei。u_1=u_0。xlabel(39。 實(shí)際實(shí)驗(yàn)算法選擇從上面的仿真可以看出，系統(tǒng)無論是用位置式PID、增量式PID亦或是加入Smith預(yù)估的PID，系統(tǒng)都可以穩(wěn)定。與此同時(shí)，還可以通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對LCD液晶屏的控制，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示和溫度曲線的繪制。其主要特點(diǎn)如下：1) 增強(qiáng)型 8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；2) 工作電壓：STC12LE5A60S2 系列工作電壓： ；3) ISP（在系統(tǒng)可編程）/ IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；4) 共4個(gè)16位定時(shí)器：兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器；5) PWM(2路）/ PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）；6) A/D轉(zhuǎn)換, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬次)；7) 通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口。因此，數(shù)字化單總線器件DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。 顯示裝置為了能夠?qū)崟r(shí)顯示溫度，還需要顯示裝置。八、硬件電路及軟件設(shè)計(jì) 硬件電路 測溫電路圖81 測溫電路DS18B20外圍電路較為簡單，只需在數(shù)據(jù)線和電源之間連接一個(gè)電阻。其管腳圖如下：圖84 銘正同創(chuàng)12864管腳圖 將電源與地與單片機(jī)分別連好。在程序的最后，是畫圖部分。開始系統(tǒng)初始化cycle99NOYES溫度測量溫度顯示關(guān)中斷cycle=0開中斷計(jì)算PWM低電平時(shí)間子程序圖85 主程序流程圖 計(jì)算低電平數(shù)子程序 由于水溫控制系統(tǒng)為一階慣性遲滯環(huán)節(jié)，為使其控制更加穩(wěn)定，當(dāng)溫度與設(shè)定溫度之差小于2℃時(shí)，才執(zhí)行PID子程序。返回?cái)?shù)據(jù)的形式為16進(jìn)制數(shù)，難以讀數(shù)，我的方法是通過數(shù)學(xué)上的變換使十六進(jìn)制數(shù)看起來為十進(jìn)制數(shù)，是讀數(shù)更為簡單。經(jīng)分析后我發(fā)現(xiàn)，由于電壓較小，導(dǎo)致經(jīng)三極管放大后的電流較小，不足以打開繼電器。主要是由于我以前沒有用過Keil，平時(shí)接觸單片機(jī)也不太多，好在Keil的界面很友好，又有C語言的基礎(chǔ)，雖然是費(fèi)了一番功夫，但最終還是完成了程序的編寫。 // 設(shè)定溫度溫度}unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint ) { signed int dError,Error。 t=t/10。 }}通過串口返回?cái)?shù)據(jù)，利用Matlab畫圖。r39。為了能在不增大內(nèi)存占用的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度，我采用了將相關(guān)參數(shù)先乘以10，再計(jì)算完后再除以10的辦法來解決。 // 偏差 ppSumError += Error。 else { rout = PIDCalc ( amp。void DS18B20_Reset()。unsigned int a,flag,shu1,shu2,shu3。 //存放溫度值的低字節(jié)BYTE TPH1。 DQ = 1。 i8。 //等待時(shí)間片結(jié)束 } return dat。 DelayXus(60)。//定時(shí)器賦低8初值 , 12M晶振,50ms TH1=0xfd。 ES=1。 //設(shè)置背光的亮度等級為0 init_pid()。 //開始轉(zhuǎn)換命令 while (!DQ)。 j=j|TPL。 shu3=count%10。 PutPixel(39,1)。 PutChar(64,0,((low_time)/100)+48)。 x++。 while(!TI)。j500。 TH0=0x3c。}PID程序：unsigned char set=45。 // Error_1 signed int PrevError。 // 設(shè)定溫度點(diǎn)}/***************************PID算法**************************/unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint ) { signed int dError,Error。 Error = ppSetPoint*10NextPoint。 // s=set。 low_time=(unsigned char)(rout/70)。拼一個(gè)春夏秋冬！贏一個(gè)無悔人生！早安！—————獻(xiàn)給所有努力的人. 學(xué)習(xí)好幫手