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單片機PID溫控源程序

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ID:404701 發表于 2018-10-1 18:53 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
第一章 前言
溫度控制系統無論是工業生產過程，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境不僅是一種資源的浪費，同時也會對機器和工作人員的壽命產生嚴重影響，極有可能造成嚴重的經濟財產損失，給生活生產帶來許多不利的因素。基于AT89C51的單片機溫度控制系統與傳統的溫度控制系統相比具有操作方便、價格便宜、精確度高和開展容易等優點，因此市場前景好。

第二章 系統設計
2.1方案論證
    方案一：整個系統采用LCD1602，該顯示器原理簡單，編程簡單，對于我們這個系統顯示效果也可以了。
方案二：整個系統采用LCD12864，該顯示器是點陣的，編程相對有點難度，可以顯示漢字。
綜上，對于我們初學者來說，對編程還不是很熟練，我們采用方案一。
2.2系統的總設計
本設計使用單片機作為控制核心，采用整個溫度傳感器（DS18B20）對溫度進行檢測，以液晶顯示屏（LCD1602）顯示檢測溫度，通過繼電器對加熱降溫系統進行控制；溫度過高或過低，蜂鳴器報警提示；溫度偏低進行熱風機加熱處理；溫度偏高進行冷風機降溫處理。系統總體控制框圖如圖2.1所示：
  
2.3 功能模塊
    根據總系統的結構可以將其分為五個功能模塊：單片機主控制模塊、溫度信號采集模塊、溫度處理模塊、液晶屏溫度顯示模塊、蜂鳴器報警模塊。單片機主控制模塊即整個系統的核心模塊，是一個AT89C51芯片，主要通過執行其程序存儲器Rom中得到程序來對其4個并行I/O口進行讀寫操作完成對其他模塊的控制。溫度信號采集模塊是由一個溫度信號采集器組成，主要是溫度信號采集并將數據傳回給單片機主控制模塊。傳感器采集的溫度值通過傳回給主控制模塊AT89C51單片機進行處理，然后送入液晶顯示器進行溫度顯示。溫度處理模塊是由繼電器控制，熱電機和冷電機分別來對溫度進行升溫、降溫處理。液晶屏溫度顯示模塊當然就是對溫度的當前值進行顯示。蜂鳴器報警模塊就是對當采集的溫度值大于或小于用戶自定義的臨界溫度值進行報警提示。

整個設計總體分為以下幾個部分：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AT89C51芯片在程序控制和外圍簡單組合電路作用下運行，和控制溫度的上、下限，和LED的溫度顯示。控制發光的二極管的亮滅，起到提醒報警功能。

顯示部分

顯示電路采用1602LCD顯示屏從P2口送數，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前溫度，第二是設定恒定的溫度值。

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按鍵控制調節，用來調節溫度的恒定限值，起到預設調節作用。

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

  6. //PID結構體存儲PID參數
  7. struct PID {
  8. unsigned int SetPoint; // 設定目標 Desired Value
  9. unsigned int Proportion; // 比例常數 Proportional Const
  10. unsigned int Integral; // 積分常數 Integral Const
  11. unsigned int Derivative; // 微分常數 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;//占空比調節參數
  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. 延時子程序,延時時間以12M晶振為準,延時時間為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. 寫一位數據子程序
  47. ***********************************************************/
  48. void write_bit(unsigned char bitval)
  49.   {
  50.    EA=0;
  51.      DQ=0;  /*拉低DQ以開始一個寫時序*/
  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. 寫一字節數據子程序
  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++)  /*寫一字節數據，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120us后*/
  79. // TR0=1;
  80. EA=1;
  81.   }
  82. /***********************************************************
  83. 讀一位數據子程序
  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. 讀一字節數據子程序
  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())  /*讀一字節數據，一個時序中讀一次，并作移位處理*/
  108.          value|=0x01<<i;
  109.       delay(4);  /*延時80us以完成此次都時序，之后再讀下一數據*/
  110.       }
  111.   EA=1;
  112.   return(value);
  113.   }
  114. /***********************************************************
  115. 復位子程序
  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;   /*獲取應答信號*/
  126.   delay(28);   /*延時以完成整個時序*/
  127.   EA=1;
  128.   return(presence);  /*返回應答信號，有芯片應答返回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();  /*復位*/
  139. }while(i!=0);  /*1為無反饋信號*/
  140. i=0xcc;  /*發送設備定位命令*/
  141. write_byte(i);
  142. i=0x44;  /*發送開始轉換命令*/
  143. write_byte(i);
  144. delay(180);  /*延時*/
  145.   do
  146.   {
  147. i=reset();  /*復位*/
  148. }while(i!=0);  
  149. i=0xcc;  /*設備定位*/
  150. write_byte(i);
  151. i=0xbe;  /*讀出緩沖區內容*/
  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; // 當前微分
  177. pp->PrevError = pp->LastError;
  178. pp->LastError = Error;
  179. return (pp->Proportion * Error // 比例項
  180. + pp->Integral * pp->SumEror // 積分項
  181. + pp->Derivative * dError); // 微分項
  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中斷服務子程序，用于控制電平的翻轉 ,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. 串行口中斷服務程序，用于上位機通訊
  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：將占空比溫度轉化為單個字符，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 發表于 2018-10-1 22:46 | 顯示全部樓層
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