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軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)的核心算法PID控制算法和各程序模塊設(shè)計(jì)。

一、PID控制算法

單片機(jī)溫度控制主要采用PID控制算法，其參數(shù)整定足重點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí)必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試和修正，才能找出理想調(diào)節(jié)參數(shù)。采樣周期r的選擇首先必須滿足采樣定理。從理論上說(shuō)，r越小，即采樣頻率越高，準(zhǔn)確度越高；T趨于0時(shí)，離散系統(tǒng)變成連續(xù)系統(tǒng)。但是，采樣頻率過(guò)高時(shí)，既加重計(jì)算負(fù)擔(dān)，又影響調(diào)節(jié)效果。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)根據(jù)偏差信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，采樣周期丁太短，偏差信號(hào)也會(huì)過(guò)小，影響單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。應(yīng)綜合考慮被控系統(tǒng)的滯后特性、時(shí)間常數(shù)以及加到對(duì)象上的擾動(dòng)頻率等因素，合理地選擇采樣周期。比例作用是在溫度實(shí)際值與設(shè)定值出現(xiàn)偏差時(shí)才起作用的。 

在控制過(guò)程中，偏差總是存在的。一般講，比例作用越大，超調(diào)量也越大，雖然調(diào)整周期短了，但會(huì)使溫度猛漲猛落，波動(dòng)范圍大，過(guò)渡時(shí)間加長(zhǎng)，甚至?xí)�出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間等幅振蕩，被控溫度長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到穩(wěn)定狀態(tài)；比例作用弱時(shí)，輸出超調(diào)量過(guò)小，會(huì)使溫度波動(dòng)周期明顯增長(zhǎng)，偏差長(zhǎng)時(shí)間不能消除I 4I。積分作用可理解為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的惰性大小。積分時(shí)間長(zhǎng)，積分作用小，偏差消除得慢，即調(diào)過(guò)程慣性大，不能靈敏地調(diào)節(jié)溫度；積分時(shí)間過(guò)短時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程增快，往往會(huì)出現(xiàn)振蕩，也使過(guò)渡時(shí)間延長(zhǎng)。微分作用使P與，調(diào)節(jié)的過(guò)渡時(shí)間短，溫度盡快恢復(fù)正常。不加微分，偏差消除緩慢；加入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔�，可以較快地消除振蕩現(xiàn)象。采用L述方法無(wú)需熟悉系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接在閉環(huán)系統(tǒng)中反復(fù)測(cè)試確定，因此往往耗時(shí)很長(zhǎng)。而本設(shè)計(jì)通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，采用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定調(diào)節(jié)參數(shù)。步驟如下：

1)斷開(kāi)單片機(jī)控制系統(tǒng)，人工操作加熱裝置，給系統(tǒng)施加階躍信號(hào)；

2)記錄在此階躍信號(hào)作用下溫度變化曲線(這一步不能靠觀察溫度計(jì)進(jìn)行，應(yīng)在溫度變送器的輸出端接入記錄儀記錄溫度變化情況)；

3)由曲線求出滯后時(shí)問(wèn)0、對(duì)象時(shí)間常數(shù)丁以及它們的比值；

4)根據(jù)求得的0，f和r／O，查表1求出參數(shù)r，KP，71I，五)；

一般選擇控制度為1．05，計(jì)算求得的參數(shù)還需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試修改，從而得出理想調(diào)節(jié)參數(shù)。

二、程序模塊

程序模塊設(shè)計(jì)包括主程序和子程序兩個(gè)部分。子程序主要包括定時(shí)子程序、超限處理子程序和加熱控制子程序等。主程序功能：完成系統(tǒng)初始化操作，檢測(cè)和顯示溫度值；然后，分析和判斷工作狀態(tài)。根據(jù)其輸入狀態(tài)，分為前、中、后期工作狀態(tài)，對(duì)照前中后期不同的工作狀態(tài)而設(shè)定的不同溫度范圍來(lái)判斷檢測(cè)溫度是否超限。如果超限，則轉(zhuǎn)報(bào)警處理和相應(yīng)的超限處理子程序；如未超限，則返回重新運(yùn)行。主程序流程如圖4所示。定時(shí)子程序通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)操作，并且在定時(shí)操作后繼續(xù)分析和判斷工作狀態(tài)，并做出相應(yīng)的溫度控制措施。軟件流程圖如圖5所示。如果檢測(cè)到溫度超限，應(yīng)進(jìn)行報(bào)警處理。然后，判斷溫度是過(guò)高或過(guò)低，并執(zhí)行相應(yīng)的升溫處理和降溫處理，使得系統(tǒng)的溫度達(dá)到并且符合設(shè)定的溫度值。超限子程序流程圖如圖6所示。

加熱子程序主要完成對(duì)加熱器的控制，根據(jù)檢測(cè)到的溫度實(shí)際值進(jìn)行占空比調(diào)整，使固態(tài)繼電器通斷時(shí)間得以調(diào)整，從而達(dá)到加熱控制的目的。其程序流程圖如圖7所示。http://petgroup.cn