基于单片机的酿酒槽的温度检测与控制

毕业设计（论文）基于单片机的酿酒槽的温度检测与控制摘要课题针对温度控制的特点及实现准确温度控制的意义，设计了一种基于单片机的控制系统。设计内容包括硬件和软件两个部分。硬件电路以AT89S52单片机为微处理器，详细设计了温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，报警电路，时钟信号电路。软件部分主要对PID算法进行了数学建模和编程。PID参数整定采用的是归一参数整定法。本设计由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行PID计算，输出控制信号给温度控制电路，实现降温。显示电路实现现场温度的实时监控。工业生产中温度控制具有单向性、时滞性、大惯性和时变性的特征，要实现温度控制的快速性和准确性，对于提高产品质量具有很重要的现实意义。本课题针对温度控制的特点及实现准确温度控制的意义，设计了一种基于单片机的控制系统。设计内容包括硬件和软件两个部分。硬件电路以AT89S52单片机为微处理器，详细设计了温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，报警电路，时钟信号电路。软件部分主要对PID算法进行了数学建模和编程。PID参数整定采用的是归一参数整定法。本设计由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行PID计算，输出控制信号给温度控制电路，实现降温。显示电路实现现场温度的实时监控。本系统PID参数整定在MATLAB软件下SIMULINK环境中进行了仿真，通过稳定边界法整定得到、、参数，最终系统无稳态误差，调节时间为30s，无超调量，各项指标均满足设计要求。本系统实现简单，硬件要求不高，且能对温度进行时实显示，具有控制过程的特殊性，本设计提出了一种基于PID算法来实现恒温控制的温度控制系统，主要是为了达到生产过程中对温度控制速度快，准确性高等特点。关键词PID算法温度控制目录衰第法1因章鹅绪论谣……掀……孕……肃……过……吵……耻……尊……后……扛..船..院..居..史..母.锋5争1.滑2献方案少的论滴证惠7叔1.纹2.鸭1渔方案教一利惰用单教片机胶实现苍酿酒桨槽的停温度与控制免系统迷7配1.泰3音设计寻方案许9阵第质2哥章抖酿酒史槽温雾度控胸制系奸统硬章件设便计堂……平……奴……投……旁.暗10违2.处1霸A冻T8竟9S侮52乡单片凳机简记介任1嫂0狂2.战2房温度破传感拴器忆1游3选2.成3飞键盘鲜和显优示电努路浇1靠4瓦2.码3先．辣1么行列阁式键晌盘的潮接口忆1细4域2.宽3香．镜2加行列翠式键辟盘的佩工作振原理倍1泼5克2.基3遥．屡3爱液晶蕉显示透的接茶口手1谜5溜2.滚3阳．逝4废液晶驱显示捷的工功作原逆理链1仪6般2.株4堂温度隙控制与电路垒1包7难2.稍5界语言姜报警瞒电路从1帜8仆2.筝5拐．帽1浴IS伴D2付56念0捐工作霞模式哀2卫1趁2.挖5思．流1葱IS隆D2社56闹0移的连浆接图声2驱1谜第挣3病章等酿酒筐槽温亏度控泼制系辈统软读件设忽计敏……披……素……系……旁…迷..抛.斤2邮2偶3.严1娃P若ID象调节郑器控饮制原宾理比2授2章3.雾2事位置幸式孝PI古D津算法王2牙3放3.陆3裙数字结PI榜D拘参数钢的整谋定前2凡4格3.庸4维P斜ID远计算贞程序撒2咳6接3.铃5松系统得相关驴软件践设计傍3趋3冠3.鲜5.芳1贯系统溜其它熊部件削的软娘件设讽计方假案亚3季3微3.搂5.渔2丢系统太软件愁设计窗框图典3构3漂3.丹5.捆3粒主程咳序的劲设计策3税4么3.盒5.尼4考主程驶序的祝起始脊地址嗓及初房始化铸3票4捞3.灿5.摘5篮lc泡d1邮60军2焰的显复示控搅制连3工4税3.雪5.读6怨D屈S1竟8B躺20解和煌lc瘦d1累60怪2奉的柔子程遇序设滑计础35担3.毛5.烧7搜键盘麻处理艰子程榜序流绸程图注41然3.两5.怖8扎键盘布处理自子程种序设究计星42盏第桌4祝章类酿酒坦槽温可度控午制的言系统记调试边……雄……郑……啄……丝……辫..寒.爪44刊4鹊夹系统物调试岁44痕4.挎2宜系统漏的软颤件调疫试因44户4.宋3腊系统蒙的软俯件与探硬件汤调试拘的特滴点储45糊第外5介章歇酿酒剑槽温顽度控撑制的搭设计乔总结邮……亏……例……窄……倘……效..弯47巩5.战设计萄总结糖47丛致谢言……搅……掠……群……狸……矮……甜……构……快……所……到……戴……趁48床参考末文献纽……舟……香……涛……椒……梁……庭……斯……券……歼……保……填50兆第1效章偷绪仗论沈1.会1具引言兼电加筒热温欣度控雕制具高有升赠温单握向性地、大俗惯性拢、大尸滞后佛性和约时变需性的陈特点顷。例糠如：廉其升寒温单舰向性穿是由盒于电鞭加热偶的升冰温、退保温脱主要忽是通雾过电赠阻加寺热；侦降温混则通轿常是秤依靠振自然摸冷却骑，当京温度艺一旦驼超调阳，就附无法悲用控炉制手别段使允其降翼温，拜因而四很难间用数由字方版法建杜立精暂确的但模型贪，并杆确定粘参数匹。应于用传进统的拆模拟铺电路讯控制话方法哀，由彻于电截路复晴杂，贯器件条太多邀，往批往很搞难达茄到理缴想的佩控制蔬效果榜。由恭于无象法用晓精确许的数辜学方劳法来赏建立佣模型蓄并确差定参岭数，泛本设冈计采侍用P还ID快控制洁。珠目前陕工业刮自动玻化水治平已扎成为继衡量蝇各行似业现燃代化宅水平躁的一挡个重拒要标恩准，银同时司控制钩理论腐的发除展也拌经历完了经珍典控伸制理课论、滥现代眉控制扩理论枝和智灯能控摇制理群论三丸个阶铁段。互智能省控制丘的典夸型实炭例是素模糊竟全自胜动洗瓦衣机传等；朝而自跪动控堤制系陆统可谋分为底开环牙控制溪系统司和闭陕环控饭制系虑统。塑一个柏控制捉系统塑包括夏控制宗器、组传感防器、夹变送慰器、暖执行坏机构奖、输易入输司出接此口。昏控制斤器的雕输出晕经过像输出茄接口做、执步行机喊构加尖在被恨控系塔统上乳，控攀制系照统的简被控街量经诵过传阔感器奸、变言送器歇通过特输入笼接口记送到裳控制看器。修不同纠的控蚕制系挤统，启其传伙感器学、变意送器霜和执纺行机甩构都曲不一欲样。烫比如缎压力搜控制妈系统西要采宣用压寺力传翁感器背，而翼温度董控制箭系统酒要采条用温架度传弟感器友。目完前P梯ID日控制孔及其凭控制仗器或捕智能厕PI恳D控劲制器律已经臭很多厕，产路品已监在工独程实品际中哄得到湖广泛延的应效用，口各大销公司影均开退发了鄙具有弄PI夸D参雄数自膝整定省功能酸的智度能调取节器守，其萍中P涨ID巡调节臣器参捷数是馒自动窜调节成是通轰过智北能化庄调整事或自阶校正摔、自寄适应值算法渐来实星现，帽有利忠用P虽ID昏调节菌控制近实现很压力搜、温俘度、灯流量短、液浴位的获控制蛙。能教实现轧PI狱D控伴制功外能的抓有P驱LC篇和一蠢些P钞C机异。诱传统招的P桐ID腊控制贞电路肆结构秆复杂证，需阻配合递相应锯的可虫控硅院控制井电路寿来完梨成功跌率的匪调控吨。针逐对它确具有途器件合多、麦生产益成本追高、茶电路宅调试予复杂川的缺诚点，盲本恒巩温自让动控衔制系拘统的冷设计朗中应努用A钓T8午9S兵52痕的单优片机纳进行代数字杨PI辨D运苏算，柔能充政分发朵挥软墙件系肿统的请灵活肚性，涛在必楼要时钢针对挪PI扮D算河法进眉行修毛正，毯使其讽更加豆完善厦，固亏态继毒电器犹的功连率调着节电传路，辨极大茶地简煎化了储执行可电路匠，与槽单片谊机的毙接口积也变乏得十芹分的破方便固，同韵时只斜需要续更换除不同塞输出今功率阀的固卫态继唱电器脏，就膨可满舍足不把同功灯率加递热系装统的肌需要钩由于盲设计鬼的系淘统垒对温攀度动泼、静宜态指狗标要科求要断求不届高佣，且调允许硬有一损定的要温度融偏差涝和允皂许调括节的够时间夹较长悔时，欲最流久行控腰制方苏法还钢是继迷电接指触器泼控制叉系统盟。笛因此弓本设似计采街用碗若继侨电接木触器爆控制留系统关。整妄个设兽计系您统电姿路简远单、零调试惯方便脏、实双际应强用可父达到级理想怜的精祥度。蚕随着缩集成钞电路症技术装的发着展，斤单片芦微型材计算狸机的贿功能酬也不蝶断地雷增强新，许谱多高盆性能礼的新廊型机迎种不凑断的麦涌现樱出来软，单侮片机锹以其念集成边度高医、功尤能强屿、体虾积小倘可靠季性高管、价抗格低猎和开象发周蹈期短爆等特汪点，土成为疏自动运化和也各个蝴测控炒领域凑中应舞用广猾泛的阵器件害，在葵工业堂生产舒中，种称为似必不赤可少钓的器筛件，庸尤其其是在材当要归求控窗制精息度高脾，而咏成本鸭低的惩社会越里，睁往往越都是弯采用邀单片娃机作辅为数矛字控素制器酬取代望模拟动控制拴器。点在温礼度控臂制系闪统中挡，单馆片机首最是仆起到贷了不织可替密代的狡核心伴作用贺。糠而P记ID吧控制衫技术储在现仓在最绍为成谨熟，仇控制貌结构壳简单项，参语数容右易调狡整，姑不必悬求出吗被控枝对象凳的数溪学模蛋型就涨可以室调节白，所赛以在免恒温帅控制阔系统姻中通睛常采猜用P血ID氧算法棋。P叹ID垫是比框例（测pr存op季or扯ti感on炊al特）、佛积分角（i女nt踏er抗ga支l）视和微忍分(地de兄ri援va孙ti桶ve干)三虎者的妄缩写黑。P式ID叠调节英器的湖三个晨基本集参数仙kp背(比烘例系凑数)匪、k剖i（去积分霜系数剃）、填kd否(微他分系穷数)荣是选键择非撞常重厘要，纤它将络直接零影响妹一个睬控制娇系统丛的准环确性主。而欺三个封环节妇在实庙际控秀制中嫂的作畅用：班1、削比例慨调节合作用卸：比躬例反雷映系警统的狠偏差阅，系惨统一雅旦出青现偏茫差，踪比例吴调节担立即陈产生栗调节描作用予，用受于减络少偏劲差。牌比例坑作用讲大，狮可以双加快修调节争，减罢少误尤差，油但过淘大的波比例扬使系余统的越稳定敞性下吴降，膀甚至剩造成经系统想不稳撇定；染2、宏积分汽调节信作用副：是捎使系献统消跟除静斑态误纸差，键提高艘无差贯度。秃因为宗有误出差，蝇积分拥调节旦就进称行，辆直至缘无差渠，积呆分调淹节就卫停止照。积巷分调垒节输猴出为梦一常拾值，犹积分别作用贵的强贿弱取臭决于藏积分御时间告常数均T猛i.估T看i越润小，零积分间时间竞就越助强；喂反之谜Ti须越大蜂，积匠分时仰间就广越弱煤。加缠入积贴分调庭节可然使系甲统稳铃定性无下降喂，动恒态响温应变悠慢，满积分悦作用摘常与继另两痛种调蝴节规惜律结概合，槐组成剖PI朱调节劳或P染ID辆调节洪；3全、微登分调便节作懒用：讨微分劈作用佩反映彻系统染偏差朗信号烦的变拒化率遵，具顿有预扣见性在，能短预见冬偏差储变化厕的趋握势。潜因此啊能产亏生超献前的旱控制有作用肥。在伙偏差拾还没回有形全成之毛前，氏已被红微分早调节瘦作用轰消除膏。因浓此微时分调驻节可锣以改闲善系羡统的街动态燥性能嚷。在吼为时链间选虑择合所适的雀情况盖下，莫可以委减少镰超调线，减取少调升节时胆间。倾微分爽作用房对噪播音干虹扰有互放大嘱作用逐，因版此过漂强的河加微蚂分环亲节，只对系具统抗丧干扰柴不利细。此军外微冷分反资映的口是变楚化率蒸，而犯当输羞入没术有变山化时遇，微亮分作睡用的窑输出治为零巴。微拌分作硬用不抗能单置独使佣用，及需要肠与另疼外两体种调谁节规柱律相虾结合顷，组稍成P哥I调杀节器狮或P忌ID史调节茧器。江大多衔数温乖度控施制系说统均桌建立夸在模径型上遍，难悠以满斯足加垒工工源艺要破求，吼故引源入模涝糊控戒制，艳采用眯模糊较PI激D算侨法，搭运用才AT铺89放S5匪2单饮片机籍对电接阻炉惜温度己实现钞智能广控制户，可西以解据决上嘴述种座种不英足，耻从而续实现虏高精柿度的肆控制命。谱PI澡D控剖制器森问世片至今挺已有舅近7丧0年奸历史葡，它俗以其运结构施简单李、稳皆定性蝴好、唤工作可可靠求、调泳整方序便而活成为极工业宫控制经的主听要技山术之破一。辣当被妄控对先象的役结构拒和参坡数不皱能完内全掌杨握，晕或得随不到避精确陕的数超学模误型时忧，控陵制理托论的扭其它畜技术蜘难以贸采用熊时，逃系统欲控制未器的蛇结构捡和参女数必跪须依念靠经跌验和降现场纽调试礼来确淡定，甘因此旨本次苗设计淘应用蛾PI狗D控削制技误术最壶为靠有效星。棍1.具2械方案鉴的论摸证座无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操作死模式旋要注斗意两炉点：避(1助)葛所有谁操作各最初踢都是牌从０伞地址旁即眼存储待空间维的起椅始端理开爱始。挡后续滔的操钞作根言据选倘用的请模式异可从悬其它检地址腾开始凯。但雹是，冷电路苗由录叼转放袭或由隆放转格录（现Ｍ６恋模式缴除外商），宵或都拿执行懂了掉望电周美期后聋，地栽址计坟数器弹将复芝位为筛０。灿(2后)到当Ｃ慌Ｅ变俩低且离最高售两地倚址位芹同为弯高时抬，执喝行操稳作模怒式。梅这种矿操作卵模式鸽将一疯直有嘉效，秋直到誓ＣＥ铅再次吹由高抱变低搁，芯何片重贪新锁策存当遮前的坛地址抗／模似式端量电平游并执不行相姓应的餐操作哈为止汉。芹如表芝2.煎2所垄示：算表2怨.2均操痕作模培式简扩表模式功能典型应用可组合使用的模式M0信息检索快进入信息M4、M5、M6M1删除WOM在最后一条信息结束处放EOMM3、M4、M5、M6M2未用保留N/AM3循环从0地址连续放音M1、M5、M6M4连续寻址录放连续的多段信息M0、M1、M5M5CE电平有效允许暂停M0、M1、M3、M4M6按键模式简化外围电路M0、M1、M3经2.青5．乔1烟IS堪D2魂56局0的年连接饭图告IS挤D2晨56申0语旗音芯等片的巡硬件斗接法英，如胀图2闯.6捡：讯图师2.跃6语缓音报城警电供路图糠第3进章妖酿酒固槽温鹅度控网制系遇统软棍件设助计区在控版制系居统中症,控洁制器誓最常觉用的息控制光规律茶是P圈ID慎控制展。P正ID弯控制消系统惕原理纷框图桥如图务3.志1所走示。礼系统然由P危ID坡控制衬器和金被控欺对象艇组成帝。历3.拆1妙P皮ID宋调节贡器粥控制支原理哄图3悔.1个酷PI香D控剪制系透统原如理框僚图渠PI手D控讽制器顷是一准种线乡性控乖制器财,一阳种它江根据廊给定炒值r派in喇(t须)与窜实际肉输出绣值y节ou况t(附t)桨构成穷控制启偏差俗：凶哗年帮抗漂室Er狗ro庸r(归t蜻)=夏ri尺n(针t洪)-眼yo递ut患(匆t匙)熊率PI吼D控纲制就挖是对犬偏差咐信号决进行晌比例遥、积告分、立微分网运算泳后，茫形成快一种逮控制偏规律努。即山，控坏制器读的输协出为阀：草（3润.1虽）那或写好成传跑递函线数的圈形式链：秧（3饺.2崭）狗左中免，杂k野p泊——蒸比例屠系数慢；泉Ti咽——篮积分喜时间决常数唉；躺T斯d缴——码微分堂时间愁常数气。绝简单冻说来粘，P兔ID蝴控制违器各涂校正幕环节爪的作模用如搬下些[5馆]偏：汇比例猛环节扔：成钥比例肯地反朱映控抹制系坑统的助偏差恰信号钥er紫ro漂r(陷t)煮,偏阿差一劈旦产继生，患控制维器立而即产没生控派制作厘用，掀以减涨小偏社差。级比例要控制质：把Gc粗(样s税)=薪K横p且积分劳环节仔：主煤要用雅于消羊除静关差，赌提高店系统导的无妖差度尖。积围分作订用的俩强尽魂弱取览决于诚积分笼时间汗常数犹Ti秤，筹Ti陵越大开，积墨分作兵用越避弱，脊反之助则越盒强。标积分恩控制绣：西G易c躺(伸s溜)旷=功Kp痒/找T变is增微分役环节奋：反演偏差套信号颂的变及化趋催势（仔变化医速率蕉），把并能到在偏激差信颠号变蛾得太测大之润前，获在系圾统中合引入龙一个遗有效温的早絮期修总正信满号，拔从而厌加快企系统里的动康作速枣度，姥减少求调节遭时间柳。功微分剂控制恼：滑Gc意(低s碧)霜=明Kp架T丽ds撞3.册2千位置宅式P愈ID要算法口基本棉PI纠D级控制别器的撕理想莫算式蜻为努(3呆.3业)式中笋u(息t)谅——扭控制匪器敲(扬也称测调节钩器缠)精的输肠出；耗e(栗t)女——港控制磨器的埋输入持（常比常是梳设定拐值与款被控卫量之羞差，洁即寸e(票t)羽=散r(锦t)痛-剩c(吃t)业）；况K愚p挎——每控制琴器的管比例恭放大钥系数恩；劳T粱i沉——京控制汉器的碌积分躺时间灵；拒T船d腾——宋控制粘器的际微分神时间暗。烫设统u(城k)型为第编k际次采丧样时弄刻控桐制器钩的输党出值辈，可萌得离浙散的朴PI滤D始算式喂(3袋.4制)症式中破，荒。温由于赛计算澡机的磨输出你u(愤k)绩直接颗控制负执行赚机构田（如盖阀门穴），玻u(径k)晓的值蕉与执池行机亲构的爬位置贩（如盆阀门哥开度抖）一纸一对明应，杯所以梨通常摇称式柴(2纺)腔为位汪置式尝PI踩D惭控制谅算法帆。酸位置穗式唉PI妄D急控制抽算法食的缺飞点：浸当前骑采样玩时刻捎的输截出与葡过去税的各塔个状据态有罚关，僵计算吓时要烤对钢e夫(林k呆)网进行弄累加究，运骑算量冲大；辰而且陵控制料器的步输出范u用(保k震)瘦对应居的是股执行断机构神的实图际位疤置，秆如果古计算妇机出巷现故本障，右u珍(抚k敬)贯的大吼幅度由变化兰会引夸起执挖行机添构位韵置的婚大幅观度变亚化。休3.纯3数数字防PI浓D参厌数的迅整定勉PI够D控折制器受的参妙数整气定是婚控制克系统循设计朽的核平心内背容。广它是眠根据线被控团过程稼的特满性确层定P迷ID六控制唉器的岗比例何系数睁、积剥分时好间和钢微分洽时间筑的大鞋小。垒PI呆D控笋制器禾参数轰整定金的方巴法很紧多，厨概括岛起来火有泛两大辩类：监一是模理论晨计算目整定瑞法。液它主故要是读依据播系统姓的数洗学模监型，卡经过党理论赴计算慎确定然控制少器参判数。必这种必方法弱所得贪到的第计算理数据辛未必触可以宝直接统用，邮还必瞎须通样过工观程实抬际进蒜行调团整和损修改厅。二音是工储程整颗定方引法，杆它主翁要依直赖工趋程经脆验，卵直接冒在控份制系日统的克试验离中进拜行，纳且方标法简书单、况易于讨掌握使，在泰工程货实际盘中被刘广泛心采用碑。图本设眼计采睬用P模ID击归一蓄整定身法把锹对紧控制衬台三朽个参拼数（颤Kc棕、涂Ti查、悲Td汽,孤）转广换为荡一个捞参数日，猎从而书使问疼题明舅显简棚化。淹以达疤到控畏制器固的特轧性与拨被控娃过程闲的特馆性相役匹配挪,栏满足吴某种乎反映丑控制码系统汗质量地的性榨能指翻标。置3.帜3.坛1唐采样笨周期胁选择关的原榨则令（1差）根化据香拍农采贩样定价理，象系统阻采样蹦频率艇的下咳限为联fs恩=2卸fm榜ax求，此匆时系聋统可钟真实婆地恢干复到掉原来脸的连枕续信技号。止泊（2环）从王执行稀机构激的特沙性要圆求来陡看，夕有时芦需要夹输出闸信号鹿保持秀一定凝的宽偷度。扑采样端周期拖必须羊大于墙这一卖时间夸。联（3奖）从恐控制沫系统感的随速动和红抗干诊扰的遥性能谁来看做，要浆求采障样周烘期短痰些。群竭（4循）从布微机圈的工队作量冈和每婶个调牺节回第路的灭计算塌来看建，一渗般要疯求采徒样周堤期大编些。层钱（5岭）从屋计算孙机的封精度制看，纷过短士的采驶样周历期是屑不合怀适的与。携（6缠）礼当系遭统滞曾后占暑主导眨地位乒时，像应使黄滞后别时间稼为采掉样周勉期的仗整数嘴倍贝下表眯3.好1列狡出了单几种新常见蚀的被阵测参遣数的牌采样絮周期今T的协经验艇选择惧数据依。可姜供设谈计时席参考司。实崭际上陈生产把过程纲千差年万别纽，经越验数衬据不肠一定汇就合花适，捏可用览试探反法逐饺步调选试确励定。鹿表3迫.1罚客采样泼周期泄的经想验数单据表达[1押0]被测参数采用周期T（s）备注流量1～5s优先选用1s压力3～10s优先选用5s液位6～8s温度15～20s或纯滞后时间成分15～20s断3.蒸3.取2还PI削D参锈数对扛系统矩性能男的影隙响凉表3撇.睬2誉布PI劫D参泻数对斜系统屈性能摔的影萍响参数图作用缺点P加快调节，减少稳态误差稳定性下降，甚至造成系统的不稳定I因为有误差，积分调节就进行，直至无差.消除稳态误差，提高无差度。加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。D反映系统偏差信号变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用。可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规蓄料目结合，组成PD或PID控制.届综啦上所北述，朋（捕K于p、驳Ti窑、析Td寿,德）对刑系统锅的性李能影醒响如狗表3妥.3疫所示讯：构表3衣.3茫继K铲p泄、T雨i和僵Td丧对系充统的伙影响影响KpTiTd稳态性能可以减少静差，但不能消除消除静差，但不能太大配合比例控制，可以减少静差动态性能加快系统速度，但会引起震荡太小会不稳定，太大会影响性能太大和太小都会引起超调量大，过渡时间长。脸3.望4令P殃ID租计算离程序愧窜PI船D调召节规延律的昌基本洽输入煎输出抚关系细可用辰微分渴方程象表示抖为：甚（3阳.5嚼）娇式中伯为调霜节器稳的输盈入误博差信栏号，深且途（3滴.6旺）斩其中似：窝为给低定值贡，汽为被船控变素量；姓为调挡节器燕的输凑出控州制信睡号；晒为比呀例系霜数；卧为积刺分时秤间常暴数；浆微分偷时间伙常数挡。顽计算绕机只圾能处汪理数桌字信兽号，晓若采宾样周粘期为慢T第朽n次幸采样卸的输弓入误伴差为拉，且烦，输陵出为霸，P威ID煤算法愚用的留微分潜由差肝分免代替业，积捷分捐由兽代替社，于创是得潮到谊（3穷.7获）俊写成君递推贼形式雹为△爽浴=使肾树旬=调租秋辅=睁滤母萄=号截工昆=仍（3竞.8虫）右其中属：戴（3陪.9枝）兆（3规.1努0）币（3帽.1抬1）烛酬间显然拉，P贪ID巧计算冷△透只需兴要保扎留现押时刻建以及肢以前啊的两饶个偏爱差量递和奏。初楚始化家程序小初值烈通过貌采样权并根讨据参稻数垂、索、谁以及先、裂和鸣计算颈△厅。兔淘驰根据镜输出樱控制桨增量提△侧，可钩求出国本次厕控制划输出们为辆+迹△锣=拴（3治.1愉2）判由于敲电阻疾炉一钩般是贡属于您一阶耐对象毫和滞钞后的身一阶嘴对象石，所理以式垮中言、杀、钞的选僚择取廉决于驰电阻点炉的客阶跃挥响应昌曲线喉和实舞际经腾验，蝇工程拼上已掉经积咐累了尽不少佩行之直的参咸数整拍定方阀法。唇本设忌计采蜓用Z巷ie坛gl换er真-N锄ic追ho健ls碗提出联的喊PI床D归召一调指整法经，调懂整参渔数，财主要价是为且了减庭少在姿线整暮定参骡数的玉数目强，常辜常人换为假改定约劲束条六件，膛以减款少独仆立变枕量的唐个数封，令怀：听（3孔.1准3）叔（3顿.1密4）梯（3默.1填5）堡式中腹称为旨临界畜周期团。在湖单纯伸比例奖作用袋下（玩比例累增益朵由小柏到大梨），异是系印统产抗生等张幅振浩荡的井比例介增益果，这汇时的侨工作辟周期园为临剪界周比期存，则荐可以盛得到砌△刷==过=差（3版.1壁6）历式中弹=0壁.2住，鼠=1间.2贫5窜[8策]坟（3翼.1南7）易从而励可以衔调节粒的参熟数只桶有一貌个。谈可设怠计一倍个调浓整子扰程序戏，通低过键外盘输缠入改援变倚值，凑改变肿运行蹈参数黑，使享系统准满足刻要求悟。胁下面编对P躁ID脂运算经加以貌说明雷：紫所有瞧的数壤都变害成定历点纯决小数牲进行饼处理笔。拼算式乒中的摔各项悔有正萄有负苗，以童最高纽位作眼为符役号位液，最危高位疲为0眉表示托为正号数，掉为1狠表示套负数昌。正售负数接都是料补码累表示孔，最斯后的辫计算诊以原查码输丝出。醋双精福度运怖算，元为了嫁保证阁运算重精度炸，把跟单字找节8睛位输希入采湖样值禽和给闷定值骄都变浑成双宏字节罗16职位进敢行计芦算，销最后圣将运唐算结引果取故成高谨8位谱有效陷值输煤出。娱输出煤控制哪量勒的限君幅处阻理。言为了滔便于堂实现借对晶岁闸管鲜的通泻断处怖理，晶PI教D的停输出付现在傻在0榆～帖25吸0之帝间。咬大于般25铅0或辆小于微0的唐控制仆量删都是晃没有否意义妹的，简因在疲算法锈上对陵进行昏限幅茶，即攀=杜（3桃.1搞8）付PI宪D的佛计算皇公式弦采用煤位置签式算就法，繁计算埋公式粪为+裤老=飘（3尾.1耕9）用PI浪D计床算的逃程序哑流程徐图图霸3.旗2所纵指示剂；而积参数粘内存述分配浸表如带表3鸡.4也所列哄。彩表3互.4差格参数锋内存奴分配腥表存储单元符号说明存储单元符号说明3FH高8位38H低8位30H低8位39H高8位31H给定值高8位3AH低8位32H给定值低8位3BH高8位33H高8位3CH低8位34H低8位3DH高8位35H高8位32EH低8位36H低8位3FH高8位37H高8位40H低8位斗图3岸.2族嚷PI粗D计池算程昂序的型流程圣图线参照佩流程港图3牲.2构编写葵程序冻，程慨序如妈下：/*********************************************************//*名称:floatPIDprocess1*//*功能:PIDadjust*//*说明:*//*调用:*//*输入:floatxdata*Yn,floatxdata*Rn*//*返回值:deltaPn*//*********************************************************/floatPIDprocess1(){intdataE_0;floatdatadeltaPn,deltaPi,deltaPp,deltaPd,PsumCopy;E_0=SetTemperature1-CurrentTemperature1;if(abs(E_0)>Emax){deltaPp=(float)Kp*(E_0-E_11);deltaPd=(float)Kd*(E_0-2*E_11+E_21);//if(deltaPd>=dPdmax)deltaPd=0;deltaPn=deltaPp+deltaPd;}else{if(abs(E_0)>E0){deltaPi=(float)Ki*E_0*(Emax-abs(E_0))/(Emax-E0);}else{//小误差时的处理deltaPi=(float)Ki*E_0;//if(fabs(deltaPi)<dPimin)deltaPi=0;}deltaPp=(float)Kp*(E_0-E_11);deltaPd=(float)Kd*(E_0-2*E_11+E_21);//if(deltaPd>=dPdmax)deltaPd=0;deltaPn=deltaPp+deltaPi+deltaPd;}/*if(fabs(deltaPn)>dPmax){if(deltaPn>0)deltaPn=dPmax;elsedeltaPn=-dPmax;}*/Psum1+=deltaPn;PsumCopy=Psum1;嫁if踩(P第su抖mC蝶op怪y>肾Pm淹ax伶)腹Ps际um丘Co墙py伐=P版ma宴x;岁纷if纹(P雹su曾mC浆op网y<蝶Pm表in侵)聪Ps润um挑Co圆py昨=P喝mi处n;蹄往E_针21丑=E洗_1纸1;敞标E_施11雷=E刻_0敢;切re屿tu眯rn长(P棒su应mC傍op牧y)奉;父}汽/*抚**期**逮**邻**形**锐**役**权**宋**孔**考**办**楼**怖**挺**参**权**捧**闯**跪**颗**帜**麻**左**煮**传**砍**崖**庸/越/*蓄名投称:日f助lo袍at皇P躺ID城pr眨oc疾es盲s2雄*绵/缸/*宁功裳能:献P待ID适a弓dj格us苍t洗*/旦炮/*跟说言明:偶*患/堵/*挖调读用:磁*为/垦/*芽输糕入:彩f榜lo旗at挑x移da叠ta符Y影n,草f坚lo勺at悲x咱da愤ta摧R佩n流*/艇泡/*拼返己回值潮:桐Ps玻um沿2乔*/舍味/*果**盯**下**俭**煎**炊**戚**宝**碌**谊**沾**脊**辩**用**保**威**银**芝**碍**劝**喉**乡**价**丑**仓**巩**贪**弦**范/赌fl孕oa考t袄PI梯Dp匀ro蕉ce雀ss船2(磁)转{满in梨t夜da傅ta置E相_0载;刻fl饲oa榴t步da阁ta亩d箩el勾ta泄Pn许,d啦el壳ta傅Pi惊,P虑su过mC身op骨y;沙令E_屋0=重Se腾tT欣em霉pe涝ra当tu穗re鼓2-陕Cu贤rr斑en肠tT漏em夸pe夫ra研tu功re晕2;泊离if足(a祖bs窗(E叶_0绢)>盐Em选ax毁)栽{舒de众lt畜aP象n=勉(f染lo宝at往)K驱p*扬(E培_0蚕-E灵_1橡2)止+(惑fl滥oa朋t)助Kd咳*(票E_叫0-浸2*鲜E_禽12办+E匹_2劲2)屠;低}散el普se姨朱{欣if肿(a陡bs肌(E坡_0征)>剑E0任)年{估de述lt厘aP努i=换(f吗lo溉at漏)K顷i*顶E_挠0*假(E如ma架x-尽ab源s(溉E_摔0)裳)/恼(E咸ma受x-扎E0友);圆逆}闭el息se割庸{珠//锻小误该差时弟的处拒理场de得lt塑aP凳i=芳(f识lo盘at延)K摆i*株E_隐0;殿栽}多de凡lt幻aP骡n=练(f获lo封at省)K砍p*州(E买_0疯-E质_1百2)容+d胆el冰ta艺Pi咽+(它fl地oa和t)墙Kd滤*(勤E_虎0-寺2*源E_塌12卸+E抄_2短2)乏;绕}屠/*侵i吴f(兽fa蕉bs溪(d狐el枪ta竿Pn留)>喇dP喂ma获x)宜射{义if码(d跑el匪ta震Pn朴>0裹)急de妙lt接aP所n=咱dP普ma锋x;靠焦el露se拍d蝴el屋ta弟Pn音=-疤dP腔ma氏x;队财}*改/刷Ps纪um冠2+毫=d哭el猜ta窄Pn某;瓦Ps短um乖Co迹py忍=P厦su斑m2住;搅if蔬(P带su夏mC喊op认y>士Pm欧ax玩)马Ps虎um难Co紫py港=P的ma拆x;益还if迟(P节su聪mC舌op驶y<这Pm放in弹)歇Ps士um祥Co犹py载=P脊mi阶n;驴浸E_孤22命=E滔_1觉2;鸽饭E_香12催=E冈_0勺;劝re驰tu叠rn剩(P内su雅mC跪op孟y)箭;逝}3.5系统相关软件设计系统其它部件的软件设计方案1）每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改。2）程序可读行好，对程序的修改可局部进行，其它部分可以保持不变，便于功能扩充。3）对于使用频繁的子程序可以建立子程序库，便于多个模块调用。3.5.2系统软件设计框图如图3.3所示：主程序主程序温度采集模块时钟模块报警电路模块液晶显示模块键盘扫描模块温度控制模块图3.2系统软件设计框图根据设计要求，首先要确定软件设计方案，即确定该软件应该完成那些功能；其次是规划为了完成这些功能需要分成多少个功能模块，以及每一个程序模块的具体任务是什嫫。一般划分模块应遵循下述原则：1）每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的结果。2）模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数应尽量少。控制参数是指模块进入和退出的条件及方式，数据参数是指模块间的信息交换方式、交换量的多少及交换的频繁程度。3）模块长度要适中。模块太长时，分析和调试比较困难，失去了模块化程序结构的优越性；模块太短则信息交换太频繁，也不合适。3.5.3主程序的设计主程序的设计内容一般包括：主程序的起始地址，中断服务程序的起始地址，有关存储单元及相关部件的初始化和一些子程序调用等等。3.5.4主程序的起始地址及初始化MCS-51系列单片机复位后，（PC）=0000H，而0003H～002BH分别为各中断源的入口地址.所以编程时应在0000H处写一条跳转指令.lcd1602的显示控制显示屏的具体工作原理，见流程图3.5所示。图3.3显示程序设计框图DS18B20和lcd1602的子程序设计DS18B20和lcd1602一起的c程序设计如下：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P3^7;//ds18b20与单片机连接口sbitRS=P3^0;sbitRW=P3^1;sbitEN=P3^2;unsignedcharcodestr1[]={"temperature:"};unsignedcharcodestr2[]={"

"};uchardatadisdata[5];uinttvalue;//温度值uchartflag;//温度正负标志/*************************lcd1602程序**************************/voiddelay1ms(unsignedintms)//延时1毫秒（不够精确的）{unsignedinti,j;

for(i=0;i<ms;i++)

for(j=0;j<100;j++);}voidwr_com(unsignedcharcom)//写指令//{delay1ms(1);

RS=0;

RW=0;

EN=0;

P2=com;

delay1ms(1);

EN=1;

delay1ms(1);

EN=0;}voidwr_dat(unsignedchardat)//写数据//{delay1ms(1);;

RS=1;

RW=0;

EN=0;

P2=dat;

delay1ms(1);

EN=1;

delay1ms(1);

EN=0;}voidlcd_init()//初始化设置//{delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5);

wr_com(0x08);delay1ms(5);

wr_com(0x01);delay1ms(5);

wr_com(0x06);delay1ms(5);

wr_com(0x0c);delay1ms(5);}voiddisplay(unsignedchar*p)//显示//{while(*p!='\0'){wr_dat(*p);p++;delay1ms(1);}}init_play()//初始化显示{lcd_init();

wr_com(0x80);display(str1);wr_com(0xc0);display(str2);

}/******************************ds1820程序***************************************/voiddelay_18B20(unsignedinti)//延时1微秒{

while(i--);}voidds1820rst()/*ds1820复位*/{unsignedcharx=0;DQ=1;

//DQ复位delay_18B20(4);//延时DQ=0;

//DQ拉低delay_18B20(100);//精确延时大于480usDQ=1;

//拉高delay_18B20(40);

}

uchards1820rd()/*读数据*/{unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){

DQ=0;//给脉冲信号

dat>>=1;

DQ=1;//给脉冲信号

if(DQ)

dat|=0x80;

delay_18B20(10);}

return(dat);}voidds1820wr(ucharwdata)/*写数据*/{unsignedchari=0;

for(i=8;i>0;i--)

{DQ=0;

DQ=wdata&0x01;

delay_18B20(10);

DQ=1;

wdata>>=1;

}}read_temp()/*读取温度值并转换*/{uchara,b;ds1820rst();

ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ds1820wr(0x44);//*启动温度转换*/ds1820rst();

ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ds1820wr(0xbe);//*读取温度*/a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a;

if(tvalue<0x0fff)

tflag=0;

else

{tvalue=~tvalue+1;tflag=1;

}tvalue=tvalue*(0.625);//温度值扩大10倍，精确到1位小数return(tvalue);}/*******************************************************************/

voidds1820disp()//温度值显示{ucharflagdat;

disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//百位数

disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位数

disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//个位数

disdata[3]=tvalue%10+0x30;//小数位

if(tflag==0)

flagdat=0x20;//正温度不显示符号

else

flagdat=0x2d;/