基于數(shù)字PID的高精度恒溫控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

圖3：基于DS1867的功率調(diào)節(jié)原理框圖。

2. 軟件設(shè)計
本文中的設(shè)計以ASTROM提出的極限環(huán)法為基礎(chǔ)，結(jié)合加熱絲控制系統(tǒng)無負輸入，溫度一旦超調(diào)就只能依靠自然冷卻達到設(shè)定工作溫度點的特點，提出了一種僅對程序溫控儀增加少量程序就能實現(xiàn)PID參數(shù)自整定功能的方法。算法原理詳見本刊網(wǎng)站。
在線整定PID參數(shù)時，對任意設(shè)定的工作溫度點，都規(guī)定了一個內(nèi)部設(shè)定溫度點。內(nèi)部設(shè)定溫度點的選取應(yīng)盡量靠近工作溫度點，又使溫度不超調(diào)。先讀出設(shè)定值，再根據(jù)設(shè)定值算出內(nèi)部設(shè)定溫度值，整個過程均實時采樣溫度，將采樣溫度與內(nèi)部設(shè)定溫度比較，當(dāng)采樣得到的溫度時間曲線以內(nèi)部設(shè)定溫度點為對稱線，上下等幅振蕩的時候，找出一個完整振蕩周期內(nèi)的最高點和最低點，并記錄兩點的時間差，由算法求出PID參數(shù)。
上位機部分
上位機部分與具有強大數(shù)據(jù)處理能力和豐富軟件資源的微機組成分布式系統(tǒng)，由上位機對整個測量過程的溫度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一顯示、存儲、打印報表、參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)的進一步處理。整個下位機部分可分別通過單片機的P3.0和P3.1口與上位機實現(xiàn)串行通信。在上位機中采用VB的通信控件MSComm編寫實時監(jiān)測系統(tǒng)軟件，接收串行口送來的數(shù)據(jù)，并進行相應(yīng)處理，在用戶界面上實時顯示與設(shè)置，并控制下位機部分。
用MSComm控件實現(xiàn)與下位機的通信時，選中標題為“串口取值”的選項按鈕控件，讀取下位機傳來的數(shù)據(jù)；用VB提供的“Rnd”函數(shù)生成隨機數(shù)，選中標題為“隨機數(shù)演示”的選項按鈕控件，實現(xiàn)讀取隨機數(shù)。讀取到的數(shù)據(jù)用標簽框控件“Label1”顯示出來，并在圖片框控件“picChart”中繪制溫度隨時間變化的曲線。繪制曲線需要用到計時器控件，以便控制繪圖的時間間隔。由于隨時都有可能需要讀取溫度值，可以用一個復(fù)選框控件實現(xiàn)停止讀取數(shù)據(jù)，同時停止繪圖。用兩個組合框控件分別設(shè)定正常溫度上下限。圖形控件用來顯示溫度的正常或危險狀態(tài)，本設(shè)計采用了兩個圖形控件，黃色與綠色交替出現(xiàn)為正常，黃色與紅色交替出現(xiàn)為危險。當(dāng)選擇讀取下位機的哪一路數(shù)據(jù)時，采用了選項按鈕控件，可以選擇從第1路到第3路的數(shù)據(jù)通道。為擴展對更多路數(shù)據(jù)的采集，還采用了一個組合框控件，其中裝載了從第4路到第15路的數(shù)據(jù)通道。
通信部分
利用MSComm控件，程序?qū)崿F(xiàn)起來相對簡單、結(jié)構(gòu)清晰，并且該控件具有與串行通信密切相關(guān)的豐富屬性和事件，可以提供對串口的各種操作，使用起來很方便，因此，實時監(jiān)測系統(tǒng)軟件使用這種方式與下位機實現(xiàn)串行通信。MSComm控件提供兩種不同的通信處理方式。事件驅(qū)動通信是處理串行端口交互作用的一種有效方法。在許多情況下，當(dāng)事件發(fā)生時需要得到通知。此時，可利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通信事件。OnComm事件還可以檢查和處理通信錯誤，將所有通信事件和通信錯誤進行列表。如果不使用事件方式，那么在程序的每個關(guān)鍵功能之后，可通過檢查CommEvent屬性值查詢事件和錯誤。如果應(yīng)用程序較小，這種方法可能具有更高可行性。
檢測儀與PC機通過RS-485異步串行通信接口進行通信，波特率為9,600bps，無奇偶校驗位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。
在識別對下位機的某一路數(shù)據(jù)進行采集的程序中，采了幾個選項按鈕控件和一個組合框控件。例如選中標題為“1號”的選項按鈕，則由上位機向下位機發(fā)送十六進制的“1”。對應(yīng)單片機編程中也用十六進制的“1”標識第1路數(shù)據(jù)。當(dāng)下位機接收到十六進制的“1”后，就把第1路的數(shù)據(jù)傳送到上位機。要讀取第6路或更多路數(shù)據(jù)，則從組合框中選擇。