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51單片機(jī)PID溫度控制程序

  [復(fù)制鏈接]
ID:73526 發(fā)表于 2015-2-11 15:52 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
PID是比例,積分,微分的縮寫. 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。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過(guò)大的比例,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行,直至無(wú)差,積分調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合,組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率,具有預(yù)見性,能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì),因此能產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒(méi)有形成之前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此,可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。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。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用,因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié),對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外,微分反應(yīng)的是變化率,而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí),微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用,需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合,組成PD或PID控制器。

程序如下:
  1. /***********************************************************************
  2.                      PID溫度控制程序
  3. 程序說(shuō)明：
  4.    系統(tǒng)上電后顯示 “--溫度”
  5.    表示需要先設(shè)定溫度才開始進(jìn)行溫度檢測(cè)
  6.    溫度設(shè)定完畢后程序才開始進(jìn)行PID溫控
  7. ***********************************************************************/
  8. #include <reg52.h>
  9. #include <absacc.h>
  10. #include"DS18B20.H"
  11. #include"PID.H"
  12. #define uchar unsigned char
  13. #define uint unsigned int
  14. unsigned char code tab[]=
  15. {
  16.     0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xBF
  17. }
  18. ;
  19. /*個(gè)位0~9的數(shù)碼管段碼*/
  20. unsigned char code sao[]=
  21. {
  22.     0x7f,0xbf,0xdf,0xef
  23. }
  24. ;
  25. //掃描碼
  26. uchar set=30,keyflag=1 ; //set初始化為30° keyflag為進(jìn)入溫度設(shè)定的標(biāo)志位
  27. //4個(gè)按鍵使用說(shuō)明
  28. sbit key_out=P1^0 ; //用于溫度設(shè)定后的退出
  29. sbit key_up=P1^1 ; //設(shè)定溫度加
  30. sbit key_down=P1^2 ; //設(shè)定溫度減
  31. sbit key_in=P1^3 ; //在程序的運(yùn)行中如需要重新設(shè)定溫度 按下此鍵才能進(jìn)入設(shè)置模式并且此時(shí)是停在溫度控制的,按下key_out鍵后才表示設(shè)定完畢
  32. void Show_key();
  33. /***********************************************************/
  34. void delays(unsigned char k)
  35. {
  36.     unsigned char i,j ;
  37.     for(i=0;i<k;i++)
  38.     for(j=0;j<50;j++);
  39. }
  40. /*********************************************************
  41. //數(shù)碼管顯示函數(shù)
  42. P0口 作為數(shù)據(jù)口
  43. P2口的低四位作為掃描口

  45. 變量 x表示掃描
  46. d表示是否要加小數(shù)點(diǎn) 為1是 為0不加
  47. y表示傳遞的數(shù)值
  48. *********************************************************/
  49. LCD_disp_char(uchar x,bit d,uchar y)
  50. {
  51.     P2=0XFF ;
  52.     P0=0xFF ;
  53.     if(d==0)
  54.     P0=tab[y];
  55.     else
  56.     P0=tab[y]&0x7f ; //與上0x7f表示是否要加小數(shù)點(diǎn)
  57.     P2=sao[x]; //打開掃描端號(hào)
  58.    
  59. }
  60. /*********************************************************
  61. 按鍵掃描
  62. *********************************************************/

  64. void keyscan(void)
  65. {
  66.     if(key_in==0) //按鍵進(jìn)入函數(shù)
  67.     {
  68.         delays(10);    //延時(shí)消抖 (以下同)
  69.         if(key_in==0)
  70.         {
  71.             while(key_in==0)
  72.             {
  73.                 Show_key(); //如果一直按著鍵不放 就一直顯示在當(dāng)前狀態(tài) (以下同)
  74.             }
  75.             keyflag=1 ; //按鍵標(biāo)志位
  76.         }
  77.     }
  78.     /***********************/
  79.     if(key_out==0)   //按鍵退出
  80.     {
  81.         delays(10);
  82.         if(key_out==0)
  83.         {
  84.             while(key_out==0)
  85.             {
  86.                 Show_key();
  87.             }
  88.             keyflag=0 ;
  89.             set_temper=set ;
  90.         }
  91.     }
  92.     /*************************/
  93.     if(key_up==0)   //設(shè)定溫度的加
  94.     {
  95.         delays(10);
  96.         if(key_up==0)
  97.         {
  98.             while(key_up==0)
  99.             {
  100.                 Show_key();
  101.             }
  102.             if(keyflag==1)
  103.             {
  104.                 set++;
  105.                 if(set>90) //如果大于90°就不在加
  106.                 set=90 ;
  107.             }
  108.         }
  109.     }
  110.     /*************************/
  111.     if(key_down==0)   //溫度設(shè)定的減
  112.     {
  113.         delays(10);
  114.         if(key_down==0)
  115.         {
  116.             while(key_down==0)
  117.             {
  118.                 Show_key();
  119.             }
  120.             if(keyflag==1)
  121.             {
  122.                 set--;
  123.                 if(set<30) //溫度減到30°時(shí)不在往下減
  124.                 set=30 ;
  125.             }
  126.         }
  127.     }
  128. }
  129. /*********************************************************************
  130. 按鍵按下時(shí)的顯示函數(shù)
  131. ***********************************************************************/
  132. void Show_key()  
  133. {
  134.     output=1 ;
  135.     LCD_disp_char(3,0,10); //顯示 -
  136.     delays(3);
  137.     LCD_disp_char(2,0,10); //顯示- (表示溫度設(shè)定 )
  138.     delays(3);
  139.     LCD_disp_char(1,0,set/10); //顯示溫度十位
  140.     delays(3);
  141.     LCD_disp_char(0,0,set%10); //顯示溫度個(gè)位
  142.     delays(3);
  143. }
  144. /*****************************************************************/
  145. void main()
  146. {
  147.     unsigned int tmp ;//聲明溫度中間變量  
  148.     unsigned char counter=0 ;
  149.     PIDBEGIN(); //PID參數(shù)的初始化
  150.     output=1 ; //關(guān)閉繼電器輸出
  151.     while(1)
  152.     {
  153.         keyscan();
  154.         if(keyflag)
  155.         {
  156.             Show_key(); //顯示溫度設(shè)定
  157.         }
  158.         else
  159.         {
  160.             if(counter--==0)
  161.             {
  162.                 tmp=ReadTemperature();//每隔一段時(shí)間讀取溫度值
  163.                 counter=20 ;
  164.             }
  165.             LCD_disp_char(3,0,tmp/1000);   //顯示溫度十位
  166.             delays(3);
  167.             LCD_disp_char(2,1,tmp/100%10); //顯示溫度個(gè)位
  168.             //顯示小數(shù)點(diǎn)
  169.             delays(3);
  170.             LCD_disp_char(1,0,tmp/10%10); //顯示溫度小數(shù)后一位
  171.             delays(3);
  172.             LCD_disp_char(0,0,tmp%10);//顯示溫度小數(shù)后二位
  173.             delays(3);
  174.             P2=0XFF ;
  175.             P0=0xff ;
  176.             compare_temper(); //比較溫度
  177.            
  178.            
  179.         }
  180.     }
  181. }

  183. /**********************************************************************************************************************************************/

  185. //PID算法溫控C語(yǔ)言2008-08-17 18:58
  186. #ifndef _PID_H__
  187. #define _PID_H__

  189. #include<intrins.h>
  190. #include<math.h>
  191. #include<string.h>
  192. struct PID
  193. {
  194.     unsigned int SetPoint ;
  195.     // 設(shè)定目標(biāo) Desired Value
  196.     unsigned int Proportion ;
  197.     // 比例常數(shù) Proportional Const
  198.     unsigned int Integral ;
  199.     // 積分常數(shù) Integral Const
  200.     unsigned int Derivative ;
  201.     // 微分常數(shù) Derivative Const
  202.     unsigned int LastError ;
  203.     // Error[-1]
  204.     unsigned int PrevError ;
  205.     // Error[-2]
  206.     unsigned int SumError ;
  207.     // Sums of Errors
  208. }
  209. ;
  210. struct PID spid ;
  211. // PID Control Structure
  212. unsigned int rout ;
  213. // PID Response (Output)
  214. unsigned int rin ;
  215. // PID Feedback (Input)


  218. sbit output=P1^4;
  219. unsigned char high_time,low_time,count=0 ;
  220. //占空比調(diào)節(jié)參數(shù)
  221. unsigned char set_temper ;

  223. void PIDInit(struct PID*pp)
  224. {
  225.     memset(pp,0,sizeof(struct PID)); //PID參數(shù)初始化全部設(shè)置為0
  226. }

  228. unsigned int PIDCalc(struct PID*pp,unsigned int NextPoint)
  229. {
  230.     unsigned int dError,Error ;
  231.     Error=pp->SetPoint-NextPoint ;
  232.     // 偏差
  233.     pp->SumError+=Error ;
  234.     // 積分
  235.     dError=pp->LastError-pp->PrevError ;
  236.     // 當(dāng)前微分
  237.     pp->PrevError=pp->LastError ;
  238.     pp->LastError=Error ;
  239.     //比例
  240.     //積分項(xiàng)
  241.     return(pp->Proportion*Error+pp->Integral*pp->SumError+pp->Derivative*dError);
  242.     // 微分項(xiàng)
  243. }

  245. /***********************************************************
  246. 溫度比較處理子程序
  247. ***********************************************************/
  248. void compare_temper()
  249. {
  250.     unsigned char i ;
  251.     //EA=0;
  252.     if(set_temper>temper)
  253.     {
  254.         if(set_temper-temper>1)
  255.         {
  256.             high_time=100 ; //大于1°不進(jìn)行PID運(yùn)算
  257.             low_time=0 ;
  258.         }
  259.         else
  260.         {   //在1°范圍內(nèi)進(jìn)行PID運(yùn)算
  261.             for(i=0;i<10;i++)
  262.             {
  263.                 //get_temper();
  264.                 rin=s;
  265.                 // Read Input
  266.                 rout=PIDCalc(&spid,rin); //執(zhí)行PID運(yùn)算
  267.                 // Perform PID Interation
  268.             }
  269.             if(high_time<=100) //限制最大值
  270.             high_time=(unsigned char)(rout/800);
  271.             else
  272.             high_time=100;
  273.             low_time=(100-high_time);
  274.         }
  275.     }
  276. /****************************************/
  277.     else if(set_temper<=temper) //當(dāng)實(shí)際溫度大于設(shè)置溫度時(shí)
  278.     {
  279.         if(temper-set_temper>0)//如果實(shí)際溫度大于設(shè)定溫度
  280.         {
  281.             high_time=0 ;
  282.             low_time=100 ;
  283.         }
  284.         else
  285.         {
  286.             for(i=0;i<10;i++)
  287.             {
  288.                 //get_temper();
  289.                 rin=s ;
  290.                 // Read Input
  291.                 rout=PIDCalc(&spid,rin);
  292.                 // Perform PID Interation
  293.             }
  294.             if(high_time<100) //此變量是無(wú)符號(hào)字符型
  295.             high_time=(unsigned char)(rout/10000);
  296.             else
  297.             high_time=0 ;//限制不輸出負(fù)值
  298.             low_time=(100-high_time);
  299.             //EA=1;
  300.         }
  301.     }
  302. }


  305. /*****************************************************
  306. T0中斷服務(wù)子程序，用于控制電平的翻轉(zhuǎn) ,40us*100=4ms周期
  307. ******************************************************/
  308. void serve_T0()interrupt 1 using 1
  309. {
  310.     if(++count<=(high_time))
  311.          output=0 ;
  312.     else if(count<=100)
  313.     {
  314.         output=1 ;
  315.     }
  316.     else
  317.     count=0 ;
  318.     TH0=0x2f ;
  319.     TL0=0xe0 ;
  320. }

  322. void PIDBEGIN()
  323. {
  324.    
  325.     TMOD=0x01 ;
  326.     TH0=0x2f ;
  327.     TL0=0x40 ;
  328.    
  329.     EA=1 ;
  330.     ET0=1 ;
  331.     TR0=1 ;
  332.    
  333.     high_time=50 ;
  334.     low_time=50 ;
  335.     PIDInit(&spid);
  336.     // Initialize Structure
  337.     spid.Proportion=10 ;
  338.     // Set PID Coefficients
  339.     spid.Integral=8 ;
  340.     spid.Derivative=6 ;
  341.     spid.SetPoint=100 ;
  342.     // Set PID Setpoint
  343.    
  344. }
  345. #endif
復(fù)制代碼



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ID:82175 發(fā)表于 2015-6-6 10:30 | 顯示全部樓層
make an effort  51hei有你更精彩！！
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ID:83639 發(fā)表于 2015-6-22 19:24 | 顯示全部樓層
rin=s,這里的s你在哪里定義過(guò)？突然就出現(xiàn)了啊
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ID:1 發(fā)表于 2015-11-17 16:33 | 顯示全部樓層
szyzw 發(fā)表于 2015-6-22 19:24
**** 作者被禁止或刪除 內(nèi)容自動(dòng)屏蔽 ****

struct PID spid ;
// PID Control Structure
unsigned int rout ;
// PID Response (Output)
unsigned int rin ;
// PID Feedback (Input)

你看214行的定義
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ID:79544 發(fā)表于 2015-12-27 18:44 | 顯示全部樓層
樓主，其他的.h文件呢？
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ID:102615 發(fā)表于 2016-1-10 13:33 | 顯示全部樓層
都沒(méi)見仿真圖呢
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ID:106833 發(fā)表于 2016-3-1 13:34 | 顯示全部樓層
不想說(shuō)有多少錯(cuò)誤了
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ID:103523 發(fā)表于 2016-4-20 17:23 | 顯示全部樓層
high_time=(unsigned char)(rout/800);樓主  這個(gè)為什么要除以800而不是其他數(shù)值  怎么算的呀  求回答  非常感謝！
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ID:59609 發(fā)表于 2016-8-10 10:32 | 顯示全部樓層
這好的程序
為什么不把它做的更完美呢
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ID:147531 發(fā)表于 2017-1-16 13:42 | 顯示全部樓層
admin 發(fā)表于 2015-11-17 16:33
struct PID spid ;
// PID Control Structure
unsigned int rout ;

他問(wèn)的應(yīng)該是第264行中 rin =s 中的 s 是怎么來(lái)的
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ID:169407 發(fā)表于 2017-3-13 15:05 | 顯示全部樓層
li562721098 發(fā)表于 2016-3-1 13:34
**** 作者被禁止或刪除 內(nèi)容自動(dòng)屏蔽 ****

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ID:71525 發(fā)表于 2017-4-17 11:11 來(lái)自手機(jī) | 顯示全部樓層
整個(gè)分析了他的代碼，這樣的程序你發(fā)上來(lái)有什么意思？你用PID的意義何在？當(dāng)溫度超調(diào)你就不再加熱，這個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)有違背呀。還有你的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM明顯邏輯錯(cuò)誤…我不知道說(shuō)什么好。誤人子弟，浪費(fèi)我墨水。

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ID:161033 發(fā)表于 2017-6-4 23:39 | 顯示全部樓層
感謝，先下后看。
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ID:110278 發(fā)表于 2017-7-23 15:57 | 顯示全部樓層
感謝分享分享。。。。
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ID:229761 發(fā)表于 2017-9-12 11:24 | 顯示全部樓層
黑橙orangerx 發(fā)表于 2017-1-16 13:42
他問(wèn)的應(yīng)該是第264行中 rin =s 中的 s 是怎么來(lái)的

他還有的文件沒(méi)顯示出來(lái)，應(yīng)該是溫度傳感器里面的
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ID:167679 發(fā)表于 2017-12-8 12:43 | 顯示全部樓層
zae234234 發(fā)表于 2017-4-17 11:11
整個(gè)分析了他的代碼，這樣的程序你發(fā)上來(lái)有什么意思？你用PID的意義何在？當(dāng)溫度超調(diào)你就不再加熱，這個(gè)自 ...

一看到ds18b20 就應(yīng)該知道 這不是什么正經(jīng)的PID 溫控 ,頂多算學(xué)校練手的東西 ,  真正的經(jīng)典的pid溫控都是用51單片機(jī)做的雙積分adc 然后可以達(dá)到比較高的采樣分辨率 ,萬(wàn)能信號(hào)輸入.
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ID:266854 發(fā)表于 2017-12-30 14:47 | 顯示全部樓層
harvardx 發(fā)表于 2017-12-8 12:43
一看到ds18b20 就應(yīng)該知道 這不是什么正經(jīng)的PID 溫控 ,頂多算學(xué)校練手的東西 ,  真正的經(jīng)典的pid溫控都是 ...

您是指PID溫控的話使用DS18B20是不合適的嗎？
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ID:294233 發(fā)表于 2018-6-25 20:48 | 顯示全部樓層
樓主請(qǐng)問(wèn)一下
if(high_time<=100) //限制最大值
            high_time=(unsigned char)(rout/800);
            else
            high_time=100;
            low_time=(100-high_time);
這一塊程序里面的紅色部分是什么原理，看不懂，加急求回復(fù)
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ID:346116 發(fā)表于 2018-10-27 10:01 | 顯示全部樓層
樓主估計(jì)是在哪里抄來(lái)的，他沒(méi)辦法解答大家的疑問(wèn)
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ID:346116 發(fā)表于 2018-10-27 10:41 | 顯示全部樓層
zae234234 發(fā)表于 2017-4-17 11:11
整個(gè)分析了他的代碼，這樣的程序你發(fā)上來(lái)有什么意思？你用PID的意義何在？當(dāng)溫度超調(diào)你就不再加熱，這個(gè)自 ...

中斷控制電平翻轉(zhuǎn)，確實(shí)邏輯有錯(cuò)誤，若pid算出了的high_time = 0,outpu = 1，并非預(yù)想中的output = 0。

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ID:358930 發(fā)表于 2018-10-31 21:40 來(lái)自手機(jī) | 顯示全部樓層
mingzinanqu 發(fā)表于 2018-6-25 20:48
樓主請(qǐng)問(wèn)一下
if(high_time

high_time=(unsigned char)(rout/800);紅色大約代表，high_time=(rout/800)后強(qiáng)制轉(zhuǎn)為255
的char型變量。
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ID:456973 發(fā)表于 2018-12-28 08:12 | 顯示全部樓層
PID算法新人，學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)
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ID:146874 發(fā)表于 2018-12-28 08:45 | 顯示全部樓層
太感謝分享了，很值得研究
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ID:517951 發(fā)表于 2020-11-15 14:20 | 顯示全部樓層

收藏學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，謝謝樓主了
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ID:67838 發(fā)表于 2022-10-18 15:47 | 顯示全部樓層
感謝，先下后看。
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