數字PID控制算法在溫控系統中的應用

溫度控制對于大型工業和日常生活等領域都具有廣闊的應用前景。很多應用領域，需要精度較高的恒溫控制，例如，根據外界變化，隨時調節相應的LED亮度以達到所需色溫值，可以實現更好的照明和裝飾效果。在連續控制系統中，對象為一階和二階慣性環節或同時帶有滯后時間不大的滯后環節時，PID控制是一種較好的控制方法。本文主要采用數字PID控制，通過單片機PID控制算法的程序實現。

1 數字式定時溫控系統
本文研制的數字式定時溫控系統主要完成數據采集，溫度、定時的顯示，溫度控制，溫度定時的設定以及報警等功能。核心控制器由單片機完成，采用數字PID控制算法進行過程控制。加熱器件選用熱慣性小，溫度控制精度高，速度快的電熱膜，由單片機輸出通斷率控制信號進行控制。硬件框圖如圖1所示。

2 PWM功能的實現
AT89S52內部有3個16位定時器：TO，T1，T2。用定時器T2實現PWM(脈寬調制)方式來對加熱器件進行溫度控制。設置T2CON中C／#T2=O(定時方式)，CP／#RL2=1且EXEN2=O時，T2是16位定時器。當計數溢出時，會設置T2CON中的TF2位，進而觸發相關中斷。用單片機系統實現，必須首先完成兩個任務：首先是產生基本的PWM周期信號；其次是脈寬的調整，即單片機模擬PWM信號的輸出，并且調整占空比。具體的設計原理：若想讓它的負脈沖為2 ms，則正脈沖為20-2=18 ms，所以開始時在控制口發送低電平，然后設置定時器在2 ms后發生中斷，中斷發生后，在中斷程序里將控制口改為高電平，并將中斷時間改為18 ms，再過18 ms進入下一次定時中斷，再將控制口改為低電平，并將定時器初值改為2 ms，等待下次中斷到來，如此往復實現PWM信號輸出。用修改定時器中斷初值的方法巧妙形成了脈沖信號，調整時間段的寬度便可實現脈寬調整。實現其軟件流程如圖2所示。