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單片機(jī)PID溫控源程序

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ID:404701 發(fā)表于 2018-10-1 18:53 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
第一章 前言
溫度控制系統(tǒng)無論是工業(yè)生產(chǎn)過程，還是日常生活都起著非常重要的作用，過低或過高的溫度環(huán)境不僅是一種資源的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)對(duì)機(jī)器和工作人員的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響，極有可能造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，給生活生產(chǎn)帶來許多不利的因素。基于AT89C51的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)相比具有操作方便、價(jià)格便宜、精確度高和開展容易等優(yōu)點(diǎn)，因此市場前景好。

第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1方案論證
    方案一：整個(gè)系統(tǒng)采用LCD1602，該顯示器原理簡單，編程簡單，對(duì)于我們這個(gè)系統(tǒng)顯示效果也可以了。
方案二：整個(gè)系統(tǒng)采用LCD12864，該顯示器是點(diǎn)陣的，編程相對(duì)有點(diǎn)難度，可以顯示漢字。
綜上，對(duì)于我們初學(xué)者來說，對(duì)編程還不是很熟練，我們采用方案一。
2.2系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為控制核心，采用整個(gè)溫度傳感器（DS18B20）對(duì)溫度進(jìn)行檢測，以液晶顯示屏（LCD1602）顯示檢測溫度，通過繼電器對(duì)加熱降溫系統(tǒng)進(jìn)行控制；溫度過高或過低，蜂鳴器報(bào)警提示；溫度偏低進(jìn)行熱風(fēng)機(jī)加熱處理；溫度偏高進(jìn)行冷風(fēng)機(jī)降溫處理。系統(tǒng)總體控制框圖如圖2.1所示：
  
2.3 功能模塊
    根據(jù)總系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以將其分為五個(gè)功能模塊：單片機(jī)主控制模塊、溫度信號(hào)采集模塊、溫度處理模塊、液晶屏溫度顯示模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊。單片機(jī)主控制模塊即整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，是一個(gè)AT89C51芯片，主要通過執(zhí)行其程序存儲(chǔ)器Rom中得到程序來對(duì)其4個(gè)并行I/O口進(jìn)行讀寫操作完成對(duì)其他模塊的控制。溫度信號(hào)采集模塊是由一個(gè)溫度信號(hào)采集器組成，主要是溫度信號(hào)采集并將數(shù)據(jù)傳回給單片機(jī)主控制模塊。傳感器采集的溫度值通過傳回給主控制模塊AT89C51單片機(jī)進(jìn)行處理，然后送入液晶顯示器進(jìn)行溫度顯示。溫度處理模塊是由繼電器控制，熱電機(jī)和冷電機(jī)分別來對(duì)溫度進(jìn)行升溫、降溫處理。液晶屏溫度顯示模塊當(dāng)然就是對(duì)溫度的當(dāng)前值進(jìn)行顯示。蜂鳴器報(bào)警模塊就是對(duì)當(dāng)采集的溫度值大于或小于用戶自定義的臨界溫度值進(jìn)行報(bào)警提示。

整個(gè)設(shè)計(jì)總體分為以下幾個(gè)部分：控制部分、顯示部分、溫度采集部分、按鍵控制部分。

控制部分由單片機(jī)AT89C51芯片在程序控制和外圍簡單組合電路作用下運(yùn)行，和控制溫度的上、下限，和LED的溫度顯示。控制發(fā)光的二極管的亮滅，起到提醒報(bào)警功能。

顯示部分

顯示電路采用1602LCD顯示屏從P2口送數(shù)，P0口掃描。有兩部分顯示電路，第一是顯示DS18B20溫度傳感器所檢測的當(dāng)前溫度，第二是設(shè)定恒定的溫度值。

溫度采集部分由DS18B20智能溫度傳感器直接采集被測溫度。

按鍵控制部分由三個(gè)按鍵控制調(diào)節(jié)，用來調(diào)節(jié)溫度的恒定限值，起到預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)作用。

  1. #include<reg51.h>
  2. #include<intrins.h>
  3. #include<math.h>
  4. #include<string.h>

  6. //PID結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)PID參數(shù)
  7. struct PID {
  8. unsigned int SetPoint; // 設(shè)定目標(biāo) Desired Value
  9. unsigned int Proportion; // 比例常數(shù) Proportional Const
  10. unsigned int Integral; // 積分常數(shù) Integral Const
  11. unsigned int Derivative; // 微分常數(shù) Derivative Const
  12. unsigned int LastError; // Error[-1]
  13. unsigned int PrevError; // Error[-2]
  14. unsigned int SumError; // Sums of Errors
  15. };
  16. struct PID spid; // PID Control Structure

  18. unsigned int rout; // PID Response (Output)
  19. unsigned int rin; // PID Feedback (Input)

  21. sbit data1=P1^0;
  22. sbit clk=P1^1;
  23. sbit plus=P2^0;
  24. sbit subs=P2^1;
  25. sbit stop=P2^2;
  26. sbit output=P3^4;
  27. sbit DQ=P3^3;

  29. unsigned char flag,flag_1=0;
  30. unsigned char high_time,low_time,count=0;//占空比調(diào)節(jié)參數(shù)
  31. unsigned char set_temper=35;   
  32. unsigned char temper;        
  33. unsigned char i;
  34. unsigned char j=0;
  35. unsigned int s;
  36. /***********************************************************
  37. 延時(shí)子程序,延時(shí)時(shí)間以12M晶振為準(zhǔn),延時(shí)時(shí)間為30us×time
  38. ***********************************************************/
  39. void delay(unsigned char time)
  40.   {
  41.   unsigned char m,n;
  42.     for(n=0;n<time;n++)
  43.       for(m=0;m<2;m++){}
  44.   }
  45. /***********************************************************
  46. 寫一位數(shù)據(jù)子程序
  47. ***********************************************************/
  48. void write_bit(unsigned char bitval)
  49.   {
  50.    EA=0;
  51.      DQ=0;  /*拉低DQ以開始一個(gè)寫時(shí)序*/
  52.    if(bitval==1)
  53.       {
  54.        _nop_();
  55.        DQ=1;   /*如要寫1，則將總線置高*/
  56.        }
  57.      delay(5);   /*延時(shí)90us供DA18B20采樣*/
  58.    DQ=1;  /*釋放DQ總線*/
  59.    _nop_();
  60.    _nop_();
  61.   EA=1;
  62.    }
  63. /***********************************************************
  64. 寫一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序
  65. ***********************************************************/
  66. void write_byte(unsigned char val)
  67. {
  68. unsigned char i;
  69. unsigned char temp;
  70. EA=0;
  71. TR0=0;
  72. for(i=0;i<8;i++)  /*寫一字節(jié)數(shù)據(jù)，一次寫一位*/
  73.      {
  74.       temp=val>>i;  /*移位操作，將本次要寫的位移到最低位*/
  75.       temp=temp&1;
  76.       write_bit(temp);  /*向總線寫該位*/
  77.       }
  78.   delay(7);   /*延時(shí)120us后*/
  79. // TR0=1;
  80. EA=1;
  81.   }
  82. /***********************************************************
  83. 讀一位數(shù)據(jù)子程序
  84. ***********************************************************/
  85. unsigned char read_bit()
  86. {
  87. unsigned char i,value_bit;
  88. EA=0;
  89. DQ=0;   /*拉低DQ，開始讀時(shí)序*/
  90. _nop_();
  91. _nop_();
  92. DQ=1;   /*釋放總線*/
  93. for(i=0;i<2;i++){}
  94. value_bit=DQ;
  95. EA=1;
  96. return(value_bit);
  97.   }
  98. /***********************************************************
  99. 讀一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序
  100. ***********************************************************/
  101. unsigned char read_byte()
  102.   {
  103.   unsigned char i,value=0;
  104.   EA=0;
  105.   for(i=0;i<8;i++)
  106.      {
  107.       if(read_bit())  /*讀一字節(jié)數(shù)據(jù)，一個(gè)時(shí)序中讀一次，并作移位處理*/
  108.          value|=0x01<<i;
  109.       delay(4);  /*延時(shí)80us以完成此次都時(shí)序，之后再讀下一數(shù)據(jù)*/
  110.       }
  111.   EA=1;
  112.   return(value);
  113.   }
  114. /***********************************************************
  115. 復(fù)位子程序
  116. ***********************************************************/
  117. unsigned char reset()
  118.   {
  119.   unsigned char presence;
  120.   EA=0;
  121.   DQ=0;   /*拉低DQ總線開始復(fù)位*/
  122.   delay(30);   /*保持低電平480us*/
  123.   DQ=1;   /*釋放總線*/
  124.   delay(3);   
  125.   presence=DQ;   /*獲取應(yīng)答信號(hào)*/
  126.   delay(28);   /*延時(shí)以完成整個(gè)時(shí)序*/
  127.   EA=1;
  128.   return(presence);  /*返回應(yīng)答信號(hào)，有芯片應(yīng)答返回0,無芯片則返回1*/
  129.   }
  130. /***********************************************************
  131. 獲取溫度子程序
  132. ***********************************************************/
  133. void get_temper()
  134. {
  135. unsigned char i,j;
  136.   do
  137.   {
  138.    i=reset();  /*復(fù)位*/
  139. }while(i!=0);  /*1為無反饋信號(hào)*/
  140. i=0xcc;  /*發(fā)送設(shè)備定位命令*/
  141. write_byte(i);
  142. i=0x44;  /*發(fā)送開始轉(zhuǎn)換命令*/
  143. write_byte(i);
  144. delay(180);  /*延時(shí)*/
  145.   do
  146.   {
  147. i=reset();  /*復(fù)位*/
  148. }while(i!=0);  
  149. i=0xcc;  /*設(shè)備定位*/
  150. write_byte(i);
  151. i=0xbe;  /*讀出緩沖區(qū)內(nèi)容*/
  152. write_byte(i);
  153. j=read_byte();
  154. i=read_byte();   
  155. i=(i<<4)&0x7f;
  156. s=(unsigned int)(j&0x0f);
  157. s=(s*100)/16;
  158. j=j>>4;
  159. temper=i|j;                                      /*獲取的溫度放在temper中*/
  160.   }
  161. /*====================================================================================================
  162. Initialize PID Structure
  163. =====================================================================================================*/
  164. void PIDInit (struct PID *pp)
  165. {
  166. memset ( pp,0,sizeof(struct PID));
  167. }
  168. /*====================================================================================================
  169. PID計(jì)算部分
  170. =====================================================================================================*/
  171. unsigned int PIDCalc( struct PID *pp,unsigned int NextPoint )
  172. {
  173. unsigned int dError,Error;
  174. Error = pp->SetPoint - NextPoint; // 偏差
  175. pp->SumError += Error; // 積分
  176. dError = pp->LastError -pp->PrevError; // 當(dāng)前微分
  177. pp->PrevError = pp->LastError;
  178. pp->LastError = Error;
  179. return (pp->Proportion * Error // 比例項(xiàng)
  180. + pp->Integral * pp->SumEror // 積分項(xiàng)
  181. + pp->Derivative * dError); // 微分項(xiàng)
  182. }
  183. /***********************************************************
  184. 溫度比較處理子程序
  185. ***********************************************************/
  186. compare_temper()
  187. {
  188. unsigned char i;
  189.     if(set_temper>temper)
  190.         {
  191.          if(set_temper-temper>1)   
  192.             {
  193.               high_time=100;
  194.               low_time=0;
  195.             }
  196.          else
  197.             {
  198.                for(i=0;i<10;i++)
  199.                  {  get_temper();
  200.                     rin = s; // Read Input
  201.                     rout = PIDCalc (&spid,rin ); // Perform PID Interation
  202.                  }
  203.                if (high_time<=100)
  204.                  high_time=(unsignedchar)(rout/800);
  205.                else
  206.                  high_time=100;
  207.                low_time= (100-high_time);
  208.             }
  209.         }
  210.      else if(set_temper<=temper)
  211.             {
  212.                if(temper-set_temper>0)
  213.                  {
  214.                    high_time=0;
  215.                    low_time=100;
  216.                  }
  217.                else
  218.                {
  219.                  for(i=0;i<10;i++)
  220.                  {  get_temper();
  221.                     rin = s; // Read Input
  222.                     rout = PIDCalc (&spid,rin ); // Perform PID Interation
  223.                  }
  224.                  if (high_time<100)
  225.                    high_time=(unsigned char)(rout/10000);
  226.                  else
  227.                    high_time=0;
  228.                  low_time= (100-high_time);
  229.                }
  230.             }
  231.     //  else
  232.     //      {}
  233.     }
  234. /*****************************************************
  235. T0中斷服務(wù)子程序，用于控制電平的翻轉(zhuǎn) ,40us*100=4ms周期
  236. ******************************************************/
  237. void serve_T0() interrupt 1 using 1
  238.   {
  239.   if(++count<=(high_time))
  240.     output=1;
  241.   else if(count<=100)
  242.     {
  243.      output=0;
  244.      }
  245.   else
  246.      count=0;
  247.   TH0=0x2f;
  248.   TL0=0xe0;
  249.    }
  250. /*****************************************************
  251. 串行口中斷服務(wù)程序，用于上位機(jī)通訊
  252. ******************************************************/
  253. void serve_sio() interrupt 4 using 2
  254.   {
  255. /*  EA=0;
  256.   RI=0;  
  257.   i=SBUF;
  258.   if(i==2)
  259.      {
  260.       while(RI==0){}  
  261.       RI=0;
  262.       set_temper=SBUF;  
  263.       SBUF=0x02;  
  264.       while(TI==0){}
  265.       TI=0;
  266.       }
  267.    else if(i==3)  
  268.       {
  269.        TI=0;
  270.       SBUF=temper;
  271.        while(TI==0){}
  272.        TI=0;
  273.        }
  274.     EA=1;   */
  275.    }
  276. void disp_1(unsigned char disp_num1[6])
  277. {
  278.     unsigned char n,a,m;
  279.     for(n=0;n<6;n++)
  280.      {
  281.     //  k=disp_num1[n];
  282.       for(a=0;a<8;a++)
  283.         {
  284.          clk=0;
  285.           m=(disp_num1[n]&1);
  286.            disp_num1[n]=disp_num1[n]>>1;
  287.          if(m==1)
  288.             data1=1;
  289.          else
  290.             data1=0;
  291.          _nop_();
  292.          clk=1;
  293.          _nop_();
  294.          }
  295.       }
  296. }
  297. /*****************************************************
  298. 顯示子程序
  299. 功能：將占空比溫度轉(zhuǎn)化為單個(gè)字符，顯示占空比和測得到的溫度
  300. ******************************************************/
  301. void display()
  302. {
  303. unsigned char codenumber[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6};
  304. unsigned char disp_num[6];
  305. unsigned int k,k1;
  306. k=high_time;
  307. k=k%1000;
  308. k1=k/100;
  309. if(k1==0)
  310.    disp_num[0]=0;
  311. else
  312.    disp_num[0]=0x60;
  313. k=k%100;
  314. disp_num[1]=number[k/10];
  315. disp_num[2]=number[k%10];
  316. k=temper;
  317. k=k%100;
  318. disp_num[3]=number[k/10];
  319. disp_num[4]=number[k%10]+1;
  320. disp_num[5]=number[s/10];
  321. disp_1(disp_num);
  322. }
  323. /***********************************************************
  324. 主程序
  325. ***********************************************************/
  326. main()
  327. {
  328. unsigned char z;
  329. unsigned char a,b,flag_2=1,count1=0;
  330. unsigned char phil[]={2,0xce,0x6e,0x60,0x1c,2};;
  331. TMOD=0x21;   
  332. TH0=0x2f;   
  333. TL0=0x40;
  334. SCON=0x50;   
  335. PCON=0x00;            
  336. TH1=0xfd;   
  337. TL1=0xfd;
  338. PS=1;           
  339. EA=1;   
  340. EX1=0;   
  341. ET0=1;   
  342. ES=1;   
  343. TR0=1;  
  344. TR1=1;
  345. high_time=50;                 
  346. low_time=50;
  347. PIDInit ( &spid ); // Initialize Structure
  348. spid.Proportion = 10; // Set PID Coefficients
  349. spid.Integral = 8;
  350. spid.Derivative =6;
  351. spid.SetPoint = 100; // Set PID Setpoint
  352. while(1)
  353.       {
  354.           if(plus==0)
  355.             {
  356.               EA=0;
  357.               for(a=0;a<5;a++)
  358.                 for(b=0;b<102;b++){}  
  359.                 if(plus==0)
  360.                   {
  361.                   set_temper++;
  362.                   flag=0;
  363.                   }
  364.               }
  365.            else if(subs==0)
  366.               {
  367.                for(a=0;a<5;a++)
  368.                   for(b=0;a<102;b++){}  
  369.                   if(subs==0)
  370.                   {
  371.                     set_temper--;
  372.                     flag=0;
  373.                    }
  374.                }
  375.            else if(stop==0)
  376.                {
  377.                 for(a=0;a<5;a++)
  378.                    for(b=0;b<102;b++){}  
  379.                   if(stop==0)
  380.                    {
  381.                    flag=0;         
  382.                    break;
  383.                    }
  384.             EA=1;
  385.             }
  386.      get_temper();
  387.      b=temper;
  388.      if(flag_2==1)
  389.         a=b;
  390.      if((abs(a-b))>5)
  391.        temper=a;
  392.      else
  393.        temper=b;
  394.      a=temper;
  395.      flag_2=0;
  396.      if(++count1>30)
  397.         {
  398.          display();
  399.          count1=0;
  400.          }
  401.      compare_temper();   
  402.       }
  403.    TR0=0;
  404.    z=1;
  405. while(1)
  406.      {
  407.       EA=0;
  408.       if(stop==0)
  409.        {
  410.         for(a=0;a<5;a++)
  411.           for(b=0;b<102;b++){}
  412.         if(stop==0)
  413.           disp_1(phil);
  414.        //        break;
  415.           }
  416.      EA=1;
  417.         }
  418. }
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ID:1 發(fā)表于 2018-10-1 22:46 | 顯示全部樓層
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