【正文】 ========== //函數(shù) : void PIDinit(void) //語法： void PIDinit(void) //描述： PID 初始化 `基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 35 //參數(shù)：無 //返回：無 //========================================================== void PIDinit(void) { = 0。 //計(jì)算溫度平均值 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 36 if(adc_data 0x0255) K = 。 // 設(shè)置 PID 微分值 fOut = PIDCalc ( amp。 //取出最大值 } min = giADC_DataSave[i]。 } break。 //溫度值增加 if(guiLED_Value[0]==10) guiLED_Value[0] = 0。 max = giADC_DataSave[1]。 //設(shè)置語音為播放狀態(tài) siTlast = (int)fT。 static int siTlast = 0。 //語音播放 if(status == system_temperature_control) display_speech_ADC_temperature()。 void key_value_process(int key)。 // 比例常數(shù) Proportional Const float Integral。 經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，作者在 方案選擇 、 算法分析 、電路原理圖設(shè)計(jì)、以及軟件調(diào)試等多方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。 若出現(xiàn)錯(cuò)誤，則檢查或者修改程序內(nèi)容 ， 直 到無誤 。 也可以采用分片刷新的辦法處理， 盡量 把每次刷新所占用的時(shí)間減到最短。 最后，在計(jì)算結(jié)果交付于輸出之前，還需要進(jìn)行一些修正 。當(dāng)然，根據(jù) 具體對(duì)象也可以修改這個(gè)等分?jǐn)?shù)。調(diào)壓法控制的原理是通過調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)相位的相位角達(dá)到對(duì)電壓的調(diào)節(jié)，這個(gè)電壓是指有效電壓，直觀上就是對(duì)一個(gè)正弦波形的前 邊切掉一塊，用不 同的切割位置來 保留剩余的面積。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。這是面向比例項(xiàng) 使 用的變動(dòng)數(shù)據(jù)。 當(dāng)有用戶按下 “打印 ”按鍵，則通過打印程序，控制打印機(jī) 將當(dāng)前系統(tǒng)信息打印出來。 guifgSpeechPlay = 0。它與模擬濾波相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1．?dāng)?shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加任何硬件設(shè)備，也不存在阻 抗匹配問題，可以多個(gè)通道共用，提高穩(wěn)定性和可靠性。 鍵盤 部分設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的 設(shè)置及 控制，共有 3 個(gè)按鍵，其中KEY1 對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)碼管的十位數(shù)操作， KEY2 對(duì)應(yīng)十進(jìn) 制數(shù)碼管的個(gè)位數(shù)操作， KEY3 按下后，系統(tǒng)開始測(cè)溫，開關(guān)電路，并對(duì)溫度變化整數(shù)值進(jìn)行語音播報(bào)。因此，在溫度控制精度要求比較高的情況，一般采 用鉑 熱電阻作為 溫度采集裝置。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是 通過對(duì)硬件的合理 選擇，在一定程度上實(shí)現(xiàn)該電子裝置的 方便性、實(shí)用性 和 低成本性。通過鍵盤可 設(shè)置一定 的溫度和溫度變化范圍，LED實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前 溫度 以 便于用戶觀測(cè)。``基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 3 第 2 章 技術(shù)背景 溫度傳感器 溫度傳感器有多種類型，常見的有：數(shù)字接口的溫度傳感器，可 以與控制器直接相連；熱電偶溫度傳感器，一般線形度較差，需要開發(fā)人員進(jìn)行線性化調(diào)節(jié)；熱電阻溫度傳感器，線形度略好于熱電偶，測(cè)溫范圍較廣，應(yīng)用場(chǎng)合較多。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。鉑熱電阻元件是用陶瓷 為保護(hù)管做成的內(nèi)繞結(jié)構(gòu)，感溫元 件 可制成各種微型溫度傳感器探頭。在本系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)時(shí)， 選擇 通過 繼電器 來控制 電熱絲 ，通過 銜鐵 和公共端 的吸合與 釋放 來控制電熱絲的加熱。 while(1){ iKeyValue = SP_GetCh()。如果溫度高于設(shè)定值，則停止電熱絲加熱并且繼續(xù)測(cè)量溫度；如果發(fā)現(xiàn)溫度高于設(shè)定值較多，則打開風(fēng)扇強(qiáng)制降溫；開 始 實(shí)時(shí)采集溫度 大于設(shè)定值 小于設(shè)定值 正常值 打開風(fēng)扇 （降溫） 打開電阻絲 （升溫） 接近設(shè)定值 接近設(shè)定值 全速 降溫 全速升溫 PID 控制升溫 PID 控制降溫 實(shí)時(shí)采集 當(dāng)前溫度 返 回 N N N N Y Y Y Y ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 14 如果溫度值低于設(shè)定值，則停止風(fēng)扇并且繼續(xù)測(cè)量溫度；如果發(fā)現(xiàn)溫度低于設(shè)定值較多，則打開電熱絲強(qiáng)制升溫。 6． 標(biāo)準(zhǔn)的直接計(jì)算法公式： [4] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?1????? ? teteKteKteKP diptout （ 44） 上一次的計(jì)算值 ： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?21111 ???????? ?? teteKteKteKP diptout （ 45） 兩式相減得到增量法計(jì)算公式 ： ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?2121 ????????? teteteKteKteteKP diptd l t （ 46） 這里 對(duì) ? 項(xiàng)的表示應(yīng)該是對(duì) ??te 從 1 到 t 全部總和。下面討論 PID 控制的兩種算法 ： 第一種是位置式 PID 算法。 這里除了加溫以外的時(shí)間 就用來 等待下一個(gè)周期到來，再進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，計(jì)算下一周期的輸出量，周而復(fù)始，不斷地修正 輸出量，以達(dá)到對(duì)溫度的有效控制。 獲得 0－ 200℃ 加溫比例數(shù)據(jù) 的計(jì)算方法：為了說明這個(gè)問題，先假`基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 23 定只考慮最簡(jiǎn)單的比例控制算法。 運(yùn)算將會(huì)占用很長的時(shí)間，這是相對(duì)于一個(gè)基本定時(shí)周期來講的 。 另外，對(duì)有些參數(shù)如積分項(xiàng)的累加數(shù)過大時(shí)會(huì)起反作用， 或者調(diào)節(jié)失靈，或者引起大幅振蕩，為此對(duì)此 項(xiàng)引入一個(gè) 數(shù)值最大界限，當(dāng)結(jié)果超出 規(guī)定 界限時(shí)，不再增加（或減少）。以往的方法都是人工測(cè)定、手工操作、 肉眼觀察，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力、準(zhǔn)確度低、實(shí)時(shí)性差， 又不利于工人的操作安全 。 ``老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生了重要影響。 // 誤差累計(jì)值 } PID。 //保存顯示的 LED 數(shù)字 int iAddrSpeech。 = 0。 //確定溫度系數(shù) else K = 。stPID,(int)(fT*10) )。 for(i=1。 case 4: if(status == system_temperature_set){ temperature_speech_index(guiLED_Value)。 case 1: if(status == system_temperature_set){ //溫度設(shè)置狀態(tài)下 guiLED_Value[0]++。 int i。//語音播放始地址 guifgSpeechPlay = 1。 int adc_data。 //鍵值處理 if(guifgSpeechPlay) temperature_speech_play( )。 int adc_data_cmp()。 // 設(shè)定目標(biāo) Desired Value float Proportion。 （ 3） LED 顯 示效果單一，有待改進(jìn)為更加友好的 LCD 顯示。 其具體的步驟是： 在 KEIL 調(diào)試軟件中對(duì) C 語言 代碼和匯編 語言 代碼 模塊分別 進(jìn)行調(diào)試 .?，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(huì)引起花屏或反應(yīng)遲鈍，而刷新需要占用很長的時(shí)間。iK , dK 是 反應(yīng)對(duì)策速度， 需 要 耐心去逐步達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)，過激了會(huì)起反作用 。定下了基本控制時(shí)間分辨率以后，計(jì)算就可以不用改變了。12???????kukukekekeke ? ?? ?? ? ? ?? ?111 10 ??? ?? taku attaykky 采樣時(shí)間到 返 回 N Y `基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 21 采用增量式實(shí)現(xiàn) 一般 PID 控制， 其 表達(dá)式如下 ： )1()()( ???? kukuku ? ?? ?)2()1(2)( )()1()( ????? ???? kekekeK keKkekeKdip （ 411） 通過上面的介紹對(duì) PID 算法有了一定的理解，在這里使 用增量法進(jìn)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(xiàng)目中 的 量化問題 闡述如下： [9] 對(duì)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(shí)間循環(huán)周期內(nèi)的供電時(shí)間比例來調(diào)節(jié)加溫控制溫度，一般以調(diào)節(jié)加溫時(shí)間比例比較簡(jiǎn)單， 這 也是控制上比較常用的方法。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 2．基本偏差 ??te ： 表示當(dāng)前測(cè)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(dá)到，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過了設(shè)定值。如果實(shí)測(cè)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。 status = system_temperature_set。 數(shù)字濾波部分 設(shè)計(jì) 傳感器采集的信息常會(huì)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。 語音播報(bào)：語音播放水溫設(shè)置溫度，并播報(bào)整數(shù)溫度變化。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(jìn)行精確的溫度測(cè)量和控制。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容及意義 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是 對(duì) 單片機(jī)控制的 水 溫 控制 系統(tǒng)進(jìn)行分塊的分析與設(shè)計(jì)，對(duì)其合理性進(jìn)行探究，最終 設(shè)計(jì) 一個(gè)實(shí)用的，功能完善的設(shè)計(jì)方案。 采 用 EEPROM使設(shè)定的溫度 控制范圍 掉電存儲(chǔ)。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?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)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。鉑熱電阻元件配上金屬保護(hù)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。 如果溫度偏高則通過 電路控制風(fēng)扇的工作 來 實(shí)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。 //取鍵值 key_value_process(iKeyValue)。 打印控制程序 設(shè)計(jì) 圖 45 打印控制 程序的實(shí)現(xiàn) 具體實(shí)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(jī) 是否忙碌 讀取需打 印的信息 啟動(dòng)打印 機(jī)并打印 返 回 N N Y Y `基于單片機(jī)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(jī)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(jī)處于空閑為止。 三個(gè)基本參數(shù) pK , iK , dK ,在實(shí)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。 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(shí)間常數(shù)； dT ： 微分時(shí)間常數(shù)。 為了對(duì)應(yīng)程序處理上的方便，在程序內(nèi)部一般并 不是用時(shí)分秒來計(jì)算的，通常 使用系統(tǒng)的一個(gè)定時(shí)器用于系統(tǒng)全部時(shí)鐘，例如顯示刷新 、鍵盤``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 22 掃描等。 假定 控制范圍是在 200℃ ，則設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差的最大值就是 200℃ ，這時(shí)的 輸出 參數(shù) 為 1?pK 。 一個(gè)系統(tǒng)定時(shí)周期內(nèi)