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单片机PID算法的恒温控制系统仿真与程序源码设计(DS18B20传感器)

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ID:85512 发表于 2018-4-24 10:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |正序浏览 |阅读模式
楼主做的基于51单片机主控的PID算法的恒温控制系统，带加热指示灯与递增和递减按钮.采用DS18B20做的温度传感器

电路原理图如下：


仿真原理图如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下载）


恒温控制系统实物图：


pcb图：




恒温控制系统的单片机源程序如下：
  1. #include<reg52.h>
  2. #include<intrins.h>
  3. #include<math.h>
  4. #include<string.h>
  5. struct PID {
  6. unsigned int SetPoint; // 设定目标 Desired Value
  7. unsigned int Proportion; // 比例常数 Proportional Const
  8. unsigned int Integral; // 积分常数 Integral Const
  9. unsigned int Derivative; // 微分常数 Derivative Const
  10. unsigned int LastError; // Error[-1]
  11. unsigned int PrevError; // Error[-2]
  12. unsigned int SumError; // Sums of Errors
  13. };
  14. struct PID spid; // PID Control Structure
  15. unsigned int rout; // PID Response (Output) 响应输出
  16. unsigned int rin; // PID Feedback (Input)//反馈输入
  17. unsigned char high_time,low_time,count=0;//占空比调节参数
  18. #define uchar unsigned char
  19. #define uint unsigned int

  21. sbit output=P1^0;
  22. sbit ds=P3^2;
  23. sbit DQ=P3^2;//ds18b20与单片机连接口
  24. sbit lcden=P2^7;//LCE使能引脚
  25. sbit lcdrs=P2^5;
  26. sbit lcdrw=P2^6;
  27. sbit ledred=P1^6;
  28. sbit ledgreen=P1^7;

  30. sbit key0=P2^0;//按键引脚
  31. sbit key1=P2^1;

  33. uchar set[2]={0};
  34. uchar code str1[]="now temp:      C";
  35. uchar code str2[]="set temp:      C";
  36. uchar code table[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};
  37. uchar n,num;
  38. int set_temper=30,temper,temp; //温度变量定义
  39. unsigned int s;
  40. float         f_temp;//转换后的温度

  42. uint tvalue;         
  43. uchar tflag;//温度正负标志

  45. void delay(i)//延时函数
  46. {
  47.         uint j;
  48.         for(i;i>0;i--)
  49.         for(j=110;j>0;j--);
  50. }


  53. void wr_com(uchar ml)//写命令
  54. {
  55.         lcdrs=0;
  56.         P0=ml;
  57.         delay(5);
  58.         lcden=1;
  59.         delay(5);
  60.         lcden=0;

  62. }



  66. void wr_data(uchar shuju)//写数据
  67. {
  68.         lcdrs=1;
  69.         //lcden=1;
  70.         P0=shuju;
  71.         delay(5);
  72.         lcden=1;
  73.         delay(5);
  74.         lcden=0;

  76. }

  78. void init()  //按照时序操作的初始化
  79. {        
  80.         lcdrw=0;
  81.         wr_com(0x38);//显示模式设置，设置为16*2显示，5*7点阵，八位数据口
  82.         wr_com(0x0c);//开显示，但不开光标，光标不闪
  83.         wr_com(0x06);//显示光标移动设置
  84.         wr_com(0x01);// 清屏
  85.         wr_com(0x80);        // 数据指针初始化
  86.         for(num=0;num<16;num++)
  87.                 {
  88.                         wr_data(str1[num]);//now temp
  89.                 }
  90.         wr_com(0x80+0x40); //地址初始化
  91.         for(num=0;num<16;num++)
  92.                 {
  93.                         wr_data(str2[num]);//set temp
  94.                 }         
  95. }

  97. /*************************DS1820程序****************************/
  98. void delay_18B20(unsigned int i)//延时1微秒
  99. {
  100.    while(i--);
  101. }

  103. void ds1820rst(void)/*ds1820复位*/
  104. {
  105.         unsigned char x=0;
  106.         DQ = 1;          //DQ复位
  107.         delay_18B20(4); //延时
  108.         DQ = 0;          //DQ拉低
  109.    TR0=0;
  110.         delay_18B20(100); //精确延时大于
  111.    TR0=1;
  112.         DQ = 1;          //拉高
  113.         delay_18B20(40);
  114. }

  116. uchar ds1820rd(void)/*读数据*/
  117. {
  118.         unsigned char i=0;
  119.         unsigned char dat = 0;
  120.    TR0=0;
  121.         for (i=8;i>0;i--)
  122.         {   
  123.                 DQ = 0; //给脉冲信号
  124.                 dat>>=1;
  125.                 DQ = 1; //给脉冲信号
  126.                 if(DQ)
  127.                 dat|=0x80;
  128.                 delay_18B20(10);
  129.         }
  130.    return(dat);
  131. }

  133. void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据*/
  134. {
  135.         unsigned char i=0;
  136.    TR0=0;
  137.    for (i=8; i>0; i--)
  138.    {
  139.                 DQ = 0;
  140.                 DQ = wdata&0x01;
  141.                 delay_18B20(10);
  142.                 DQ = 1;
  143.                 wdata>>=1;
  144.    }
  145. }



  149. uint get_temper()//获取温度
  150. {  
  151.      
  152.         uchar a,b;

  154.         ds1820rst();   
  155.         ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/
  156.         ds1820wr(0x44);//*启动温度转换*/
  157.         ds1820rst();   
  158.         ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/
  159.         ds1820wr(0xbe);//*读取温度*/
  160.         a=ds1820rd();
  161.         b=ds1820rd();
  162.    
  163.         tvalue=b;
  164.         tvalue<<=8;
  165.         tvalue=tvalue|a;
  166.    TR0=1;
  167.    if(tvalue<0x0fff)   tflag=0;
  168.    else {tvalue=~tvalue+1;tflag=1;}
  169.         tvalue=tvalue*(0.625);//温度值扩大10倍，精确到1位小数
  170.         temp=tvalue;
  171.         return temp;
  172. }


  175. void dis_temp(int t)//显示温度
  176. {
  177.         uchar d0,d1,d2,d3;
  178.         //t=26;
  179.         if(tflag==0)
  180.         {
  181.                 d0=t/1000+0x30;
  182.                 d1=t%1000/100+0x30;
  183.                 d2=t%100/10+0x30;
  184.                 d3=t%10+0x30;
  185.                 if(d0==0x30)
  186.                 {
  187.                         wr_com(0x80+9);
  188.                         wr_data(d1);
  189.                         wr_com(0x80+10);
  190.                         wr_data(d2);
  191.                         wr_com(0x80+11);
  192.                         wr_data(0x2e);
  193.                         wr_com(0x80+12);
  194.                         wr_data(d3);
  195.                 }
  196.                 else
  197.                 {
  198.                         wr_com(0x80+9);
  199.                         wr_data(d0);
  200.                         wr_com(0x80+10);
  201.                         wr_data(d1);
  202.                         wr_com(0x80+11);
  203.                         wr_data(d2);
  204.                         wr_com(0x80+12);
  205.                         wr_data(' ');
  206.                 }
  207.                
  208.         }
  209.         else
  210.         {
  211.                 wr_com(0x80+9);
  212.                 wr_data('-');
  213.                 wr_com(0x80+10);
  214.                 wr_data(d1);
  215.                 wr_com(0x80+11);
  216.                 wr_data(d2);
  217.                 wr_com(0x80+12);
  218.                 wr_data(' ');
  219.                 //wr_com(0x80+12);
  220.                 //wr_data(d3);
  221.         }
  222.         wr_com(0x80+14);
  223.         wr_data(0xdf);
  224.         temper=t/10;
  225. }



  229. void keyscan()//键盘扫描
  230. {  

  232.    if(key0==0)
  233.    {
  234.                 delay(1);
  235.                 if(key0==0)
  236.                 {
  237.                         while(!key0);
  238.                         delay(1);
  239.                         while(!key0);
  240.                         set_temper++;

  242.                 }

  244.                 set[0]=set_temper/10;        //获得设置温度显示值
  245.                 set[1]=set_temper%10;
  246.                 wr_com(0x80+0x40+9);
  247.                 wr_data(table[set[0]]);
  248.                 delay(1);
  249.                 wr_com(0x80+0x40+10);
  250.                 wr_data(table[set[1]]);
  251.                 delay(1);
  252.                 //wr_com(0x80+0x40+11);
  253.                 //wr_data(0x2e);
  254.                 //wr_com(0x80+0x40+14);
  255.                 //wr_data(0xdf);
  256.                 delay(1);
  257.         }
  258.         if(key1==0)
  259.    {
  260.                 delay(3);//延时去抖
  261.                 if(key1==0)
  262.                 {
  263.                         while(!key1);
  264.                         delay(3);
  265.                         while(!key1);
  266.                         set_temper--;//温度减
  267.                         if(set_temper==0)
  268.                         {set_temper=0;}
  269.                 }

  271.         
  272.                 set[0]=set_temper/10;        //获得设置温度显示值
  273.                 set[1]=set_temper%10;
  274.                 wr_com(0x80+0x40+9);        //显示设置温度值
  275.                 wr_data(table[set[0]]);
  276.                 delay(1);
  277.                 wr_com(0x80+0x40+10);
  278.                 wr_data(table[set[1]]);
  279.                 delay(1);
  280.                 //wr_com(0x80+0x40+11);
  281.                 //wr_data(0x2e);
  282.                 wr_com(0x80+0x40+14);
  283.                 wr_data(0xdf);
  284.                 delay(1);
  285.         }
  286. }

  288. void PIDInit (struct PID *pp)
  289. {
  290.         memset ( pp,0,sizeof(struct PID)); //用参数0初始化pp
  291. }



  295. unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint ) //PID计算
  296. {
  297.         unsigned int dError,Error;
  298.         Error = pp->SetPoint - NextPoint; // 偏差
  299.         pp->SumError += Error; // 积分
  300.         dError = pp->LastError - pp->PrevError; // 当前微分
  301.         pp->PrevError = pp->LastError;
  302.         pp->LastError = Error;
  303.         return (pp->Proportion * Error//比例
  304.         + pp->Integral * pp->SumError  //积分项
  305.         + pp->Derivative * dError); //   微分项
  306. }
  307. /***********************************************************
  308. 温度比较处理子程序
  309. ***********************************************************/
  310. void compare_temper(void)
  311. {
  312.         unsigned char i;
  313.         if(set_temper>temper)         //设置温度大于当前温度
  314.         {
  315.                 ledred=0;
  316.                 ledgreen=1;
  317.                 if(set_temper-temper>1)         //温度相差1度以上
  318.                 {         
  319.                         high_time=100;
  320.                         low_time=0;
  321.                 }
  322.                 else         //设置温度不大于当前温度
  323.                 {
  324.                         for(i=0;i<10;i++)
  325.                         {
  326.                                 get_temper();
  327.                                 rin = s; // Read Input
  328.                                 rout = PIDCalc ( &spid,rin ); // Perform PID Interation
  329.                         }
  330.                         if (high_time<=100)         high_time=(unsigned char)(rout/800);
  331.                         else        high_time=100;
  332.                         low_time= (100-high_time);
  333.                 }
  334.         }
  335.         else if(set_temper<=temper)         //设置温度不大于当前温度
  336.         {
  337.                 ledred=1;
  338.                 ledgreen=0;
  339.                 if(temper-set_temper>0) //温度相差0度以上
  340.                 {
  341.                         high_time=0;
  342.                         low_time=100;
  343.                 }
  344.                 else
  345.                 {
  346.                         for(i=0;i<10;i++)
  347.                         {
  348.                                 get_temper();
  349.                                 rin = s; // Read Input
  350.                                 rout = PIDCalc ( &spid,rin ); // Perform PID Interation
  351.                         }
  352.                         if (high_time<100) high_time=(unsigned char)(rout/10000);
  353.                         else         high_time=0;
  354.                         low_time= (100-high_time);
  355.                 }
  356.         }
  357. }
  358. /*****************************************************
  359. T0中断服务子程序，用于控制电平的翻转 ,40us*100=4ms周期
  360. ******************************************************/
  361. void serve_T0() interrupt 1 using 1
  362. {
  363.         if(++count<=(high_time))         output=0;
  364.         else if(count<=100)
  365.         {
  366.                 output=1;
  367.         }
  368.         else count=0;
  369.         TH0=0x2f;
  370.         TL0=0x40;
  371. }


  374. /***********主函数**********/
  375. void main(void)
  376. {
  377.         unsigned char i;
  378.         init();//LCD初始化
  379.         TMOD=0x01;
  380.         TH0=0x2f;
  381.         TL0=0x40;
  382.         EA=1;
  383.         ET0=1;
  384.         TR0=1;
  385.         high_time=50;
  386.         low_time=50;
  387.         PIDInit ( &spid ); // Initialize Structure
  388.         spid.Proportion= 10; // Set PID Coefficients
  389.         spid.Integral = 8;
  390.         spid.Derivative =6;
  391.         spid.SetPoint =100; // Set PID Setpoint
  392.         set[0]=set_temper/10;
  393.         set[1]=set_temper%10;
  394.         wr_com(0x80+0x40+9);        //显示设置温度
  395.         wr_data(table[set[0]]);
  396.    delay(1);
  397.         wr_com(0x80+0x40+10);
  398. ……………………

  400. …………限于本文篇幅 余下代码请从51黑下载附件…………
复制代码

所有资料51hei提供下载:
1DS18B20 控温 源程序.rar (95.34 KB, 下载次数: 568)
仿真.rar (24.19 KB, 下载次数: 450)

PID, 单片机pid

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26#
ID:336378 发表于 2022-3-30 15:11 | 只看该作者
                        for(i=0;i<10;i++)
                        {
                                s=get_temper();//取得现在的温度。
                                rin = s; // Read Input
                                rout = PIDCalc ( &spid,rin ); // Perform PID Interation
                        }
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25#
ID:739402 发表于 2020-5-5 11:08 | 只看该作者
楼主能QQ私聊一下吗？救助，感激不尽
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24#
ID:732724 发表于 2020-5-5 10:56 来自手机 | 只看该作者
landing 发表于 2020-5-4 11:14
谢谢，刚好要写一个恒温PID控制，可以参考一下。

能否加个QQ传我 感激不尽
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23#
ID:732724 发表于 2020-5-5 10:55 来自手机 | 只看该作者
landing 发表于 2020-5-4 11:14
谢谢，刚好要写一个恒温PID控制，可以参考一下。

请问你能打开吗？我打不开，显示丢失什么文件
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22#
ID:739026 发表于 2020-5-4 11:14 | 只看该作者
谢谢，刚好要写一个恒温PID控制，可以参考一下。
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21#
ID:491642 发表于 2019-5-11 15:49 | 只看该作者
谢谢楼主分享
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20#
ID:509991 发表于 2019-4-16 21:17 | 只看该作者
楼主你这个是通过什么加热装置加热的呀
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19#
ID:507638 发表于 2019-4-13 19:45 | 只看该作者
楼主，没有降温处理吗？
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18#
ID:507638 发表于 2019-4-10 20:23 | 只看该作者
有没有解析呢？？
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17#
ID:507638 发表于 2019-4-9 11:04 | 只看该作者
yzh123 发表于 2018-4-24 20:41
楼主你好，你的pid参数是怎么整定的？

要求精度不高的话通常设置都是一样的
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16#
ID:507638 发表于 2019-4-9 11:03 | 只看该作者
楼主能私聊下吗
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15#
ID:507638 发表于 2019-4-9 10:50 | 只看该作者
zxr961129 发表于 2018-6-7 21:13
感谢楼主，最近在做毕业设计，需要模糊pid方面的程序和仿真，很高兴楼主能够分享出来！

能互相交流下吗
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14#
ID:507638 发表于 2019-4-9 10:46 | 只看该作者
楼主能加QQ聊吗
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13#
ID:489404 发表于 2019-3-12 18:22 | 只看该作者
楼主你好，你的pid参数是怎么整定的？
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12#
ID:450056 发表于 2018-12-20 23:49 来自手机 | 只看该作者
谢谢，楼主给力
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11#
ID:245429 发表于 2018-12-20 20:58 | 只看该作者
学习了，下载下来以后试试
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10#
ID:407060 发表于 2018-10-9 16:05 | 只看该作者
求救楼主 仿真的电路板在哪里，我打不开
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9#
ID:280466 发表于 2018-9-1 19:52 | 只看该作者
可以吗？？？
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8#
ID:340241 发表于 2018-6-14 02:00 | 只看该作者
楼主流弊
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7#
ID:304629 发表于 2018-6-7 21:13 | 只看该作者
感谢楼主，最近在做毕业设计，需要模糊pid方面的程序和仿真，很高兴楼主能够分享出来！
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6#
ID:323102 发表于 2018-6-7 12:49 | 只看该作者
实际测量温度不显示谁帮帮我加qq2304146938
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5#
ID:323102 发表于 2018-6-7 12:48 | 只看该作者
实际测量温度不显示谁帮帮我加qq2304146938
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地板
ID:323102 发表于 2018-6-7 11:17 | 只看该作者
温度显示不出来怎么回事
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板凳
ID:311660 发表于 2018-4-25 19:37 | 只看该作者
楼主我想对你的程序提几个问题。在你的温度比较处理子程序里面有一段程序是这样的if(set_temper>temper)         //设置温度大于当前温度
        {
                ledred=0;
                ledgreen=1;
                if(set_temper-temper>1)         //温度相差1度以上
                {         
                        high_time=100;
                        low_time=0;
                }
                else         //设置温度不大于当前温度
                {
                        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/800);
                        else        high_time=100;
                        low_time= (100-high_time);
  请问一下rin=s是不是表示的是PID的回馈输入，那么既然如此的话rin不应该是等于输出的温度吗？为什么是s呢？我看了一下程序除了一开始的定义unsigned int s;和刚刚那个地方s就没有别的用处了。
      else         //设置温度不大于当前温度     这一条语句的注释也不是很明白。  这个else是在if(set_temper-temper>1)         //温度相差1度以上      这条语句后面，那么我感觉他的注释应该是     温度相差小于一度
      最后的话是这一句  if (high_time<=100)         high_time=(unsigned char)(rout/800);
                        else        high_time=100;
                        low_time= (100-high_time);整个都不太明白 ，特别是（rout/800)
希望楼主有空的话可以赐教一下，谢谢！

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沙发
ID:311660 发表于 2018-4-25 10:18 | 只看该作者
谢谢楼主，最近刚好在做这方面的东西
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楼主
ID:314339 发表于 2018-4-24 20:41 来自手机 | 只看该作者
楼主你好，你的pid参数是怎么整定的？
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