【正文】 low_time=(unsigned char)(rout/70)。 Error = ppSetPoint*10NextPoint。 // Error_1 signed int PrevError。 TH0=0x3c。 while(!TI)。 PutChar(64,0,((low_time)/100)+48)。 shu3=count%10。 //開(kāi)始轉(zhuǎn)換命令 while (!DQ)。 ES=1。 DelayXus(60)。 i8。 //存放溫度值的低字節(jié)BYTE TPH1。void DS18B20_Reset()。 // 偏差 ppSumError += Error。r39。 t=t/10。主要是由于我以前沒(méi)有用過(guò)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(yǔ)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(xiě)。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(guò)數(shù)學(xué)上的變換使十六進(jìn)制數(shù)看起來(lái)為十進(jìn)制數(shù)，是讀數(shù)更為簡(jiǎn)單。在程序的最后，是畫(huà)圖部分。八、硬件電路及軟件設(shè)計(jì) 硬件電路 測(cè)溫電路圖81 測(cè)溫電路DS18B20外圍電路較為簡(jiǎn)單，只需在數(shù)據(jù)線和電源之間連接一個(gè)電阻。因此，數(shù)字化單總線器件DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與此同時(shí)，還可以通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)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。xlabel(39。 u(k)=P*e2(k)+I*ei。e1_1=0。tol1=tol。如圖513所示。結(jié)果如下圖。 x(1)=error(k)error_1。 %延遲5s rin(k)=45。v39。 error=u2。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：。u_2=u_1。y_2=0。%采樣時(shí)間sys=tf([],[66,1],39。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)。其原理圖如圖31所示。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(duì)象純滯后時(shí)間的1/10。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。其中數(shù)字PID控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場(chǎng)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。因此，溫度的測(cè)量與控制在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。近年來(lái)，溫度的檢測(cè)在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測(cè)量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對(duì)所測(cè)溫度場(chǎng)進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問(wèn)題。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）。 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。 (2)用選定的T使系統(tǒng)工作。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(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，我們需要水溫加熱的傳遞函數(shù)。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。inputdelay39。y_3=0。u_1=u(k)。經(jīng)計(jì)算。errord=(errorerror_1)/ts。)。 Kp=6。 x(2)=error(k)2*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(mǎn)足要求。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。sys1=tf([kp1],[Tp1,1],39。e2=。 e2_1=e2(k)。time(s)39。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。它在測(cè)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(hù)帶來(lái)了更方便和更令人滿(mǎn)意的效果。 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(cè)電路。由于采用12864LCD，因此每一屏只能打128個(gè)點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)再經(jīng)matlab處理，即可以畫(huà)出溫度變化曲線。在程序調(diào)試方面，我遇到的最大的問(wèn)題就是采樣時(shí)間的控制，例如多少秒進(jìn)行一次溫度采集，多少秒在LCD上畫(huà)一個(gè)點(diǎn)，多少秒向電腦返回一回?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)每一種功能不同的需要，我確定了不同的周期。 //實(shí)際溫度 s=set。)其中，數(shù)組a中存放的是串口返回的數(shù)據(jù)值。 // 積分 dError = ErrorppLastError。void DS18B20_WriteByte()。 //存放溫度值的高字節(jié)BYTE TPL1。 i++) //8位計(jì)數(shù)器 { dat = 1。 //等待時(shí)間片結(jié)束 DQ = 1。}/************主函數(shù)*************/main(){ unsigned int x,c。 //等待轉(zhuǎn)換完成 DS18B20_Reset()。 PutChar(0,0,((j)/100)+48)。 PutChar(72,0,((low_time)%100/10+48))。 for(j=0。//定時(shí)器賦高8初值 , 12M晶振 TL0=0xb0。 // Error_2 signed int SumError。 dError = ErrorppLastError。 else low_time=100。low_time=100) if(low_time=100) //low_time=(unsigned char)(rout/6)。 } /***************************PID算法**************************//*unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint ) { signed int ddError,dError,Error。 // 微分 signed int LastError。 else counter=0。 SBUF=wendu。 num++。 shu2=(j)%100/10。 //跳過(guò)ROM命令 DS18B20_WriteByte(0x44)。 EA=1。 //送出數(shù)據(jù) DQ = CY。 for (i=0。 //存放溫度值的高字節(jié)BYTE TPL。void DelayXus()。 Error = ppSetPoint*10 NextPoint。,time,c,39。 }void duty_cycle(unsigned int t) // 占空比{ unsigned char s。 軟件調(diào)試 在軟件的編程上，我還是遇到了一些困難。將溫度數(shù)據(jù)傳回電腦利用串口實(shí)現(xiàn)，波特率為9600。然后根據(jù)實(shí)時(shí)溫度，計(jì)算PWM中低電平的時(shí)間，即以5s為一個(gè)周期，加熱的時(shí)間。而繼電器控制簡(jiǎn)單，電路簡(jiǎn)單，同時(shí)成本很低，基本可以完成PID的控制需要，因此在本實(shí)驗(yàn)中選用繼電器進(jìn)行控制。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。)。 ei=ei+Ts*e2(k)。u_5=。Tp1=Tp。令，時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定，且無(wú)超調(diào)，控制效果好。 Matlab仿真結(jié)果首先，按照上回計(jì)算的，令。y_1=yout(k)。 yout(k)=den(2)*y_1+num(2)*u_6。[num,den]=tfdata(dsys,39。kd=0。按照上面介紹的步驟，增大使系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩。u_3=u_2。y_1=0。ts=1?？紤]到這種情況，在工業(yè)應(yīng)用中，還采用一種增量式算法。水溫控制系統(tǒng)的基本原理為：將設(shè)定溫度與實(shí)際水溫進(jìn)行比較，它們的差值經(jīng)PID計(jì)算后得到控制量，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，從而控制給水加熱的能量大小，并且實(shí)時(shí)檢測(cè)水溫。適用于具有自平衡能力的被控對(duì)象，不需要準(zhǔn)確知道對(duì)象的特性。此外，計(jì)算機(jī)還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、顯示、報(bào)警和打印功能，便于管理和造作。前者稱(chēng)為模擬PID控制器，后者稱(chēng)為數(shù)字PID控制器。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類(lèi)：動(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。只要PID參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制精度是比較令人滿(mǎn)意的。除此之外，還有一些改進(jìn)算法，包括抗積分飽和算法、微分改進(jìn)算法等等。這時(shí)，去掉數(shù)字控制器的積分作用和微分作用，只保留比例作用。設(shè)水溫為T(mén)，環(huán)境溫度（干擾）為，供熱量 （31）式中：為散熱系數(shù)，為散熱面積。該算法優(yōu)點(diǎn)：（1）較為安全。,5)。%設(shè)定初值x=[0,0,0]39。 y_3=y_2。故。errori=errori+error*ts。 u_1=0。Kd=0。 x(3)=error(k)。為精益求精，進(jìn)一步調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。kp=。inputdelay39。e2_1=。 xm_1=xm(k)。)。硬件結(jié)構(gòu)示意圖如61所示。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。三極管不能導(dǎo)通，繼電器處于常閉端。只需64秒即可將屏幕打滿(mǎn)。發(fā)出PWM信號(hào)的周期是5s，中斷的周期是50ms。在上面的介紹中已經(jīng)有所提及，在此不再贅述。 if(st) { if((st)2) low_time=100。控制實(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(méi)有穩(wěn)態(tài)誤差，但其調(diào)節(jié)時(shí)間也因此而變長(zhǎng)。 // 當(dāng)前微分 ppPrevErro