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標(biāo)題:
單片機(jī)PID溫控源程序
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作者:
南陌塵
時(shí)間:
2018-10-1 18:53
標(biāo)題:
單片機(jī)PID溫控源程序
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(chǎng)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(jiǎn)單,編程簡(jiǎn)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(cè),以液晶顯示屏(LCD1602)顯示檢測(cè)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:?jiǎn)纹瑱C(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(jiǎn)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(cè)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(cè)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。
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#include<math.h>
#include<string.h>
//PID結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)PID參數(shù)
struct PID {
unsigned int SetPoint; // 設(shè)定目標(biāo) Desired Value
unsigned int Proportion; // 比例常數(shù) Proportional Const
unsigned int Integral; // 積分常數(shù) Integral Const
unsigned int Derivative; // 微分常數(shù) Derivative Const
unsigned int LastError; // Error[-1]
unsigned int PrevError; // Error[-2]
unsigned int SumError; // Sums of Errors
};
struct PID spid; // PID Control Structure
unsigned int rout; // PID Response (Output)
unsigned int rin; // PID Feedback (Input)
sbit data1=P1^0;
sbit clk=P1^1;
sbit plus=P2^0;
sbit subs=P2^1;
sbit stop=P2^2;
sbit output=P3^4;
sbit DQ=P3^3;
unsigned char flag,flag_1=0;
unsigned char high_time,low_time,count=0;//占空比調(diào)節(jié)參數(shù)
unsigned char set_temper=35;
unsigned char temper;
unsigned char i;
unsigned char j=0;
unsigned int s;
/***********************************************************
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
***********************************************************/
void delay(unsigned char time)
{
unsigned char m,n;
for(n=0;n<time;n++)
for(m=0;m<2;m++){}
}
/***********************************************************
寫一位數(shù)據(jù)子程序
***********************************************************/
void write_bit(unsigned char bitval)
{
EA=0;
DQ=0; /*拉低DQ以開始一個(gè)寫時(shí)序*/
if(bitval==1)
{
_nop_();
DQ=1; /*如要寫1,則將總線置高*/
}
delay(5); /*延時(shí)90us供DA18B20采樣*/
DQ=1; /*釋放DQ總線*/
_nop_();
_nop_();
EA=1;
}
/***********************************************************
寫一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序
***********************************************************/
void write_byte(unsigned char val)
{
unsigned char i;
unsigned char temp;
EA=0;
TR0=0;
for(i=0;i<8;i++) /*寫一字節(jié)數(shù)據(jù),一次寫一位*/
{
temp=val>>i; /*移位操作,將本次要寫的位移到最低位*/
temp=temp&1;
write_bit(temp); /*向總線寫該位*/
}
delay(7); /*延時(shí)120us后*/
// TR0=1;
EA=1;
}
/***********************************************************
讀一位數(shù)據(jù)子程序
***********************************************************/
unsigned char read_bit()
{
unsigned char i,value_bit;
EA=0;
DQ=0; /*拉低DQ,開始讀時(shí)序*/
_nop_();
_nop_();
DQ=1; /*釋放總線*/
for(i=0;i<2;i++){}
value_bit=DQ;
EA=1;
return(value_bit);
}
/***********************************************************
讀一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序
***********************************************************/
unsigned char read_byte()
{
unsigned char i,value=0;
EA=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
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*/
value|=0x01<<i;
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)*/
}
EA=1;
return(value);
}
/***********************************************************
復(fù)位子程序
***********************************************************/
unsigned char reset()
{
unsigned char presence;
EA=0;
DQ=0; /*拉低DQ總線開始復(fù)位*/
delay(30); /*保持低電平480us*/
DQ=1; /*釋放總線*/
delay(3);
presence=DQ; /*獲取應(yīng)答信號(hào)*/
delay(28); /*延時(shí)以完成整個(gè)時(shí)序*/
EA=1;
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*/
}
/***********************************************************
獲取溫度子程序
***********************************************************/
void get_temper()
{
unsigned char i,j;
do
{
i=reset(); /*復(fù)位*/
}while(i!=0); /*1為無反饋信號(hào)*/
i=0xcc; /*發(fā)送設(shè)備定位命令*/
write_byte(i);
i=0x44; /*發(fā)送開始轉(zhuǎn)換命令*/
write_byte(i);
delay(180); /*延時(shí)*/
do
{
i=reset(); /*復(fù)位*/
}while(i!=0);
i=0xcc; /*設(shè)備定位*/
write_byte(i);
i=0xbe; /*讀出緩沖區(qū)內(nèi)容*/
write_byte(i);
j=read_byte();
i=read_byte();
i=(i<<4)&0x7f;
s=(unsigned int)(j&0x0f);
s=(s*100)/16;
j=j>>4;
temper=i|j; /*獲取的溫度放在temper中*/
}
/*====================================================================================================
Initialize PID Structure
=====================================================================================================*/
void PIDInit (struct PID *pp)
{
memset ( pp,0,sizeof(struct PID));
}
/*====================================================================================================
PID計(jì)算部分
=====================================================================================================*/
unsigned int PIDCalc( struct PID *pp,unsigned int NextPoint )
{
unsigned int dError,Error;
Error = pp->SetPoint - NextPoint; // 偏差
pp->SumError += Error; // 積分
dError = pp->LastError -pp->PrevError; // 當(dāng)前微分
pp->PrevError = pp->LastError;
pp->LastError = Error;
return (pp->Proportion * Error // 比例項(xiàng)
+ pp->Integral * pp->SumEror // 積分項(xiàng)
+ pp->Derivative * dError); // 微分項(xiàng)
}
/***********************************************************
溫度比較處理子程序
***********************************************************/
compare_temper()
{
unsigned char i;
if(set_temper>temper)
{
if(set_temper-temper>1)
{
high_time=100;
low_time=0;
}
else
{
for(i=0;i<10;i++)
{ get_temper();
rin = s; // Read Input
rout = PIDCalc (&spid,rin ); // Perform PID Interation
}
if (high_time<=100)
high_time=(unsignedchar)(rout/800);
else
high_time=100;
low_time= (100-high_time);
}
}
else if(set_temper<=temper)
{
if(temper-set_temper>0)
{
high_time=0;
low_time=100;
}
else
{
for(i=0;i<10;i++)
{ get_temper();
rin = s; // Read Input
rout = PIDCalc (&spid,rin ); // Perform PID Interation
}
if (high_time<100)
high_time=(unsigned char)(rout/10000);
else
high_time=0;
low_time= (100-high_time);
}
}
// else
// {}
}
/*****************************************************
T0中斷服務(wù)子程序,用于控制電平的翻轉(zhuǎn) ,40us*100=4ms周期
******************************************************/
void serve_T0() interrupt 1 using 1
{
if(++count<=(high_time))
output=1;
else if(count<=100)
{
output=0;
}
else
count=0;
TH0=0x2f;
TL0=0xe0;
}
/*****************************************************
串行口中斷服務(wù)程序,用于上位機(jī)通訊
******************************************************/
void serve_sio() interrupt 4 using 2
{
/* EA=0;
RI=0;
i=SBUF;
if(i==2)
{
while(RI==0){}
RI=0;
set_temper=SBUF;
SBUF=0x02;
while(TI==0){}
TI=0;
}
else if(i==3)
{
TI=0;
SBUF=temper;
while(TI==0){}
TI=0;
}
EA=1; */
}
void disp_1(unsigned char disp_num1[6])
{
unsigned char n,a,m;
for(n=0;n<6;n++)
{
// k=disp_num1[n];
for(a=0;a<8;a++)
{
clk=0;
m=(disp_num1[n]&1);
disp_num1[n]=disp_num1[n]>>1;
if(m==1)
data1=1;
else
data1=0;
_nop_();
clk=1;
_nop_();
}
}
}
/*****************************************************
顯示子程序
功能:將占空比溫度轉(zhuǎn)化為單個(gè)字符,顯示占空比和測(cè)得到的溫度
******************************************************/
void display()
{
unsigned char codenumber[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6};
unsigned char disp_num[6];
unsigned int k,k1;
k=high_time;
k=k%1000;
k1=k/100;
if(k1==0)
disp_num[0]=0;
else
disp_num[0]=0x60;
k=k%100;
disp_num[1]=number[k/10];
disp_num[2]=number[k%10];
k=temper;
k=k%100;
disp_num[3]=number[k/10];
disp_num[4]=number[k%10]+1;
disp_num[5]=number[s/10];
disp_1(disp_num);
}
/***********************************************************
主程序
***********************************************************/
main()
{
unsigned char z;
unsigned char a,b,flag_2=1,count1=0;
unsigned char phil[]={2,0xce,0x6e,0x60,0x1c,2};;
TMOD=0x21;
TH0=0x2f;
TL0=0x40;
SCON=0x50;
PCON=0x00;
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
PS=1;
EA=1;
EX1=0;
ET0=1;
ES=1;
TR0=1;
TR1=1;
high_time=50;
low_time=50;
PIDInit ( &spid ); // Initialize Structure
spid.Proportion = 10; // Set PID Coefficients
spid.Integral = 8;
spid.Derivative =6;
spid.SetPoint = 100; // Set PID Setpoint
while(1)
{
if(plus==0)
{
EA=0;
for(a=0;a<5;a++)
for(b=0;b<102;b++){}
if(plus==0)
{
set_temper++;
flag=0;
}
}
else if(subs==0)
{
for(a=0;a<5;a++)
for(b=0;a<102;b++){}
if(subs==0)
{
set_temper--;
flag=0;
}
}
else if(stop==0)
{
for(a=0;a<5;a++)
for(b=0;b<102;b++){}
if(stop==0)
{
flag=0;
break;
}
EA=1;
}
get_temper();
b=temper;
if(flag_2==1)
a=b;
if((abs(a-b))>5)
temper=a;
else
temper=b;
a=temper;
flag_2=0;
if(++count1>30)
{
display();
count1=0;
}
compare_temper();
}
TR0=0;
z=1;
while(1)
{
EA=0;
if(stop==0)
{
for(a=0;a<5;a++)
for(b=0;b<102;b++){}
if(stop==0)
disp_1(phil);
// break;
}
EA=1;
}
}
復(fù)制代碼
作者:
admin
時(shí)間:
2018-10-1 22:46
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