基于ATmega16L的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(4)增量式PID處理程序 該溫度控制系統(tǒng)具有滯后性、時(shí)變性和非線性，不可能建立該系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，因此如果使用常規(guī)的線性控制理論，要達(dá)到滿意的控制效果非常困難。采用 增量式數(shù)字PID控制器，可解決這個(gè)難題。

　　增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量，由于計(jì)算機(jī)輸出的是增量，所以誤動(dòng)作時(shí)對(duì)輸出的影響較小?？刂圃隽康拇_定僅與最近的k、k-1、k-2次的采樣有關(guān)，所以能夠較容易地通過(guò)加權(quán)處理而獲得較好的控制效果。另外，對(duì)于數(shù)字控制系統(tǒng)，由于A／D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的限制，其輸出控制量受最小和最大值的限制，系統(tǒng)加入抗積分飽和法對(duì)其優(yōu)化。圖5為增量式PID控制算法程序流程。

　　以下是增量式PID控制的程序代碼：

　　(5)串行通信程序 系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)之間采用RS-488的串行數(shù)據(jù)傳輸方式。單片機(jī)采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，而發(fā)送數(shù)據(jù)則采用查詢方式。

　　(6)顯示處理程序 LCD-TC1602A LCD接口設(shè)計(jì)采用4位控制方式，使用4位數(shù)據(jù)線D4～D7控制時(shí)序分兩次傳送，先傳送高4位數(shù)據(jù)，再傳送低4位數(shù)據(jù)。

　　(7)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)處理程序 ATmega16單片機(jī)內(nèi)部集成有512 B的EEPROM，它是作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間而存在的。ATmesa16單片機(jī)通過(guò)對(duì)相關(guān)寄存器的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)EEPROM按字節(jié)讀寫(xiě)。

　　(8)看門狗處理程序 ATmega16單片機(jī)內(nèi)部集成有硬件看門狗，看門狗由片內(nèi)獨(dú)立的振蕩器驅(qū)動(dòng)，設(shè)置看門狗的步驟為：先初始化并打開(kāi)看門狗，然后把喂狗指令放在循環(huán)程序中。

　　4 系統(tǒng)測(cè)試分析

　　各個(gè)模塊測(cè)試完成后，將下位機(jī)由測(cè)試端的硬件通過(guò)串口與PC機(jī)連接，構(gòu)成完整的溫度測(cè)試系統(tǒng)。在上位機(jī)中運(yùn)行Visual Basic編寫(xiě)的監(jiān)控程序，通過(guò)下位機(jī)的鍵盤設(shè)置加熱爐溫度為80℃．單擊“打開(kāi)通信端口”，選擇所要通信的端口后，單擊“開(kāi)始測(cè)溫”，這時(shí)下位機(jī)就會(huì)向上位機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)溫度值，并實(shí)時(shí)繪出溫度趨勢(shì)曲線。

　　當(dāng)單擊“結(jié)束”時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)停止工作。上位機(jī)顯示的溫度趨勢(shì)曲線如圖6所示，測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)對(duì)加熱爐溫度的采集和控制比較準(zhǔn)確。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　充分利用AVR ATmega16單片機(jī)的內(nèi)部資源，系統(tǒng)集成 度高，系統(tǒng)利用增量式PID算法改變PWM的輸出值，然后控制可控硅的開(kāi)關(guān)，最終使被控對(duì)象的溫度值趨向于給定的溫度值。該系統(tǒng)操作容易、可靠性好，具有較高的實(shí)用價(jià)值。就其采樣頻率和分辨率來(lái)說(shuō)屬于中速類型，適合于對(duì)數(shù)據(jù)采樣頻率要求不是特別高的應(yīng)用場(chǎng)合。