DOC《单片机原理及应用》

e(t)为偏差,即设定值与反馈值之差;

Kc为控制器的放大系数,即比例增益;

Ti为控制器的积分常数;

Td为控制器的微分时间常数.PID算法的原理即调节Kc、Ti、Td三个参数使系统达到稳定. 由于PID的一般算式不易与单片机的处理,因此我们在设计中采用了增量型PID算法.将式(4-1)转换成式(4-2)的形式: 由上式可得: 由上式中的u(k)即输出PWM波的倒通时间. 图13 PID算法 第6节 测试方法和测试结果 6.1系统测试仪器及设备: 双路跟踪稳压稳流电源DH1718E-5 伟福E6000/L 仿真器 数字万用表 P4 CPU2.4 内存261.616RAM Haier机. 0~100℃温度计、调温电热杯、秒表 6.2测试方法 (1)在水杯中存放1L净水,放置在1KW的电炉上,打开控制电源,系统进入准备工作状态. (2)用温度计标定测温系统.分别是水温稳定在35℃、45℃、55℃、65℃、75℃、85℃,观察系统测量温度值和实际温度值,校准系统使测量误差在1℃以内.记录测量数据填入表1. (3)动态测量:设定温度为55℃,系统由低温开始进入升温状态.每隔半分钟记录温度值一次,将所观察到的数据填入表2 6.3测量结果 (1)测量温度与给定温度的相应值如表1所示 表1给定温度(℃) 实测温度(℃) 相对误差 给定温度(℃) 实测温度(℃) 相对误差

1 35 34.8 -0.57%

4 65 64.6 -0.62%

2 45 45.3 0.66%

5 75 74.7 -0.4%

3 55 55.1 0.18%

6 85 85.4 0.47% 由上表可以看出,实测温度和给定温度之间的绝对温度在±1℃之间,测量结果满足系统误差的要求. (2)温度变化和时间的关系 设定温度为55℃,每隔0.5min记录实测温度一次,所测数据如表2所示. 表2 温度与时间之间的变化关系 设定温度:55℃ 测量时间(min) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 实测温度(℃)

35 38.1 42.5 46.4 50.1 55.7 58.6 60.3 测量时间(min) 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 实测温度(℃) 59.4 57.6 56.4 55.8 54.7 55.3 54.8 55.2 由上表可以看出,水温达到稳定值需要近6.5min的时间,这主要是由于热水散热较慢,所需时间较长.若用电风扇吹着使其散热速度加快,则温度达到稳定所需的时间会大大缩短. 第7节 设计总结 本系统是以AT89C51为核心,采用软件编程,实现用PID算法来控制PWM波的产生,进而控制电炉的加热来实现温度控制.在系统的软硬件调试过程中,不断地有问题出现,如OP-

07、ADC0804会发烫,串行通信…,但通过电路检查、原理分析、程序修改等工作,这些问题都一一得到了解决,所以在这次调试过程中,我们学到了很多知识,同时也大大地提高了我们的实际动手能力,这对我们以后的系统设计会有很大的帮助. 第8节 参考文献 《8051单片机实践与应用》 吴金 清华大学出版社 2002.9 《全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选》 北京理工大学出版社 2003.3 《全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编》 北京理工大学出版社 2004.8 《单片微型机原理、应用与实验》 张友德 复旦大学出版社 2003.6 《电路原理图与电路板设计教程Protel 99SE》 石宗义 北京希望电子出版社 2002.6 《电子系统设计》 何小艇 浙江大学出版社2004.6 附录:

1、主系统电路原理图

2、键盘与显示电路原理图

3、PCB图 ........