发布时间 : 星期二 文章单片机温度控制及PID控制程序的设计更新完毕开始阅读cd3d7f3887c24028915fc3be
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因此它的传递函数为：
（5）
它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ki和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。 其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。
其次，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。
在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决：
第二节 PID调节温度的分析
一、温度控制的基本方法
本系统执行电路采用可控硅调节方式。可控硅调节方式一般有两种。 一种是移相法:其原理是通过调节可控硅的触发相位的相位角达到对电压的调节，这个电压是指有效电压，直观上就是对一个正弦波形的前边切掉一块，用不同的切割位置以保留剩余的面积。
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另一种是控制时间比例的方法。即在给定周期里改变可控硅的接通时间，就能达到改变加热功率的目的，从而实现温度调节。
本系统采用第二种方法。 详述如下：
本系统设定一个标准的加温周期，为2分钟，我们就在这个两分钟周期内对输出进行控制，也就是说在这个2分钟内加温多少时间，全速加温就是连续整个周期（2分钟）都加温，当然停止加温就是完全不输出，根据我们的计算可以让加温时间在0～2分钟内变化，比如计算所得我们在这一个周期内应该加温1分钟30秒，经过两分钟以后再测量被加温物体的温度，通过计算我们应该加
系 图4-1输出功率与通断时间的关温1分28秒，当然这里除了加温以外的时间就是不加温，等待下一个周期到来，再进行实际测量计算下一个周期我们的输出量，周而复始，不断地修正我们的输 出量，以达到对温度的有效控制。也就是说把一个周期分成若干份，例如1/2，1/4等等这样的，根据反馈数据的大小来选择在具体的导通的时间，从而控制电阻炉的加热功率，以达到调节温度的目的。
但是在程序内部一般不是用时分秒来计算的，因此，为了对应程序处理上的方便，就要使用单片机的一个定时器用于系统全部时钟，例如显示刷新、键盘扫描等，相对于单片机的计算来说，温度的控制周期比较长，所以对2分钟（电阻炉温度控制周期为2分钟）进行细分，将每分钟进行100等分，则两分钟就是200等分，这样就达到了200个输出等级了，这样的输出比例已经足够细里。取200得另一个好处是，对应于MCS51的8位单片机刚好可以在一个字节内进行运算，程序简单运算速度快。当需要改变定时周期时，有些不同的加热对象，例如对较大热惯性的加热对象是，可能2分钟周期太短路，我们可以通过修改基本定时常数的办法来实现，而保持200等分不变。
对2分钟进行200等分，则基本单位是T=60*2/200=0.6ms，这对于单片机
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来说太长了，因为如果我让我的定时器做到这么慢的定时周期就干不了别的事了，为了显示、键盘等的处理一般我们定时在5－10ms，所以就需要另外设定一个变量tTemp1在每一个定时中断发生时对tTemp1计数。例如：本系统的定时器的定时常数对应于10ms，则设定tTemp1在达到60的时候才确认是达到600ms了，才作为一个基本的输出时间单位。对应于总周期的修改，200等分可以不用修改，而只要修改变量tTemp1的判断边界就可以了，例如对应于2分钟时是60，则在3分钟为周期时边界改为90就行了，定下了基本控制时间分辨率以后，其计算就可以不用改变了。 二、PID参数的确定
PID的三个基本参数Kp，Ki，Kd，一般是通过试验的方式来确定的，根据我们的实际工作对象去初步确定，然后在实际运行过程中进行调节，以便达到相对比较理想的效果。本系统以比例调节为基础，微分、积分为辅，我们所设定得PID三个参数是根据参考书籍上的“常见控制系数PID参数经验选择范围”中的温度参数，其中Kp为1.6～5，Ti（分）为3～10，Td（分）为0.5～3。
第三节 抗干扰的设计
一、产生干扰的原因以及结果
干扰可以沿着各种线路侵入单片机系统，也可以以场的形式从空间侵入，干扰作用在单片机的输入系统可以使模拟信号失真、数字信号出错；干扰作用在单片机的输出系统可以使各输出信号混乱，不能正常反映单片机系统的真是输出量；干扰作用在单片机系统的内核可以使CPU芯片内部逻辑发生混乱，有可能导致取操作码变成了取操作数，发送出错误的地址值，读取到错误的数据或指令，寄存器值发生变化，产生错误的跳转等现象。译码器或存贮器因干扰而发生逻辑混乱时，CPU将取到错误的指令和数据，或把数据写到错误地址的单元。在CPU取指令周期中，如果数据线和地址线受到干扰而出错将导致CPU取到错误指令；印制板线路及各连接线因干扰而产生信号叠加时也会导致CPU读取到错误的指令和数据。
因干扰而出现系统失控的原因很多，但大都可以归结为程序计数器PC的内容发生了变化，引起程序“跑飞”，CPU执行一系列错误的指令从而导致系统失
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控。由于干扰的随机性，对MCS51单片机来说，PC的值被改变后，可能志向64KB空间中的任意位置。根据PC“跑飞”后的不同运动轨迹，可将其分为：（1）PC可能指向系统未使用的存贮器空间；（2）PC可能指向程序区或数据区。当PC指向系统未使用的存贮器空间时，CPU将把该地址处的随机数据当作指令，导致CPU执行错误的指令；当PC指向程序区时，即使指向某一指令的操作码，也不是本应执行的哪条指令的操作码；如果PC指向数据区和程序区的操作码时，CPU就会把数据或操作数误以为是操作码。可见，一旦PC“跑飞”,在其错误的引导下，CPU可能会一错再错，执行一系列的错误指令，发出错误的控制命令，导致系统失控，CPU在执行错误的指令的过程中，可能会破坏数据区、专用寄存器内容、堆栈指针等等。
二、抗干扰的措施
在应用中，因PC“跑飞”而引起系统失控的后果是严重的，对于本系统的而言可能是不能控制电磁炉，导致干锅等现象。因此必须尽可能早地发现并及时将PC的值拉回，这就要求失控后具有快速自恢复的能力。针对本系统的设计宗旨，将采取一下抗干扰措施：
1、利用指令冗余技术的软件抗干扰措施
当PC受干扰而指向程序区时，可采用指令冗余技术使PC纳入正轨。当“跑飞”道某一条单字节指令上时，便可自动纳入正轨；当“跑飞”道某一条双字节指令上时，有可能落到其操作数上，从而继续出错；当PC“跑飞”道某一条三字节指令上时，继续出错的机会更大。因此，因该多用单字节指令，并在关键的地方人为的插入一些单字节指令NOP ，或将有效单字节指令重写。这便是指令冗余。
（1）NOP的使用
在双字节指令和三字节指令之后插入两条NOP指令，可保护其后的指令被完整地执行而不被拆散，从而使程序走上正轨。为了不明显降低程序正常运行的效率，不可能在程序中加入太多的冗余指令。因此，常在一些对程序流向其决定作用的指令（如RET、RETI、LACALL、LJMP、JC、JNC、DJNZ等等）和某些对系统工作状态至关重要的指令（如SETB、EA等等）之前插入两条NOP指令，确保正确地执行。
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