基于數(shù)字PID的高精度恒溫控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

圖3：基于DS1867的功率調(diào)節(jié)原理框圖。

2. 軟件設(shè)計(jì)
本文中的設(shè)計(jì)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(wú)負(fù)輸入，溫度一旦超調(diào)就只能依靠自然冷卻達(dá)到設(shè)定工作溫度點(diǎn)的特點(diǎn)，提出了一種僅對(duì)程序溫控儀增加少量程序就能實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)自整定功能的方法。算法原理詳見(jiàn)本刊網(wǎng)站。
在線整定PID參數(shù)時(shí)，對(duì)任意設(shè)定的工作溫度點(diǎn)，都規(guī)定了一個(gè)內(nèi)部設(shè)定溫度點(diǎn)。內(nèi)部設(shè)定溫度點(diǎn)的選取應(yīng)盡量靠近工作溫度點(diǎn)，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(gè)過(guò)程均實(shí)時(shí)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(shí)間曲線以內(nèi)部設(shè)定溫度點(diǎn)為對(duì)稱線，上下等幅振蕩的時(shí)候，找出一個(gè)完整振蕩周期內(nèi)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，并記錄兩點(diǎn)的時(shí)間差，由算法求出PID參數(shù)。
上位機(jī)部分
上位機(jī)部分與具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和豐富軟件資源的微機(jī)組成分布式系統(tǒng)，由上位機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)量過(guò)程的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一顯示、存儲(chǔ)、打印報(bào)表、參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理。整個(gè)下位機(jī)部分可分別通過(guò)單片機(jī)的P3.0和P3.1口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通信。在上位機(jī)中采用VB的通信控件MSComm編寫(xiě)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，接收串行口送來(lái)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)處理，在用戶界面上實(shí)時(shí)顯示與設(shè)置，并控制下位機(jī)部分。
用MSComm控件實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的通信時(shí)，選中標(biāo)題為“串口取值”的選項(xiàng)按鈕控件，讀取下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)；用VB提供的“Rnd”函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)，選中標(biāo)題為“隨機(jī)數(shù)演示”的選項(xiàng)按鈕控件，實(shí)現(xiàn)讀取隨機(jī)數(shù)。讀取到的數(shù)據(jù)用標(biāo)簽框控件“Label1”顯示出來(lái)，并在圖片框控件“picChart”中繪制溫度隨時(shí)間變化的曲線。繪制曲線需要用到計(jì)時(shí)器控件，以便控制繪圖的時(shí)間間隔。由于隨時(shí)都有可能需要讀取溫度值，可以用一個(gè)復(fù)選框控件實(shí)現(xiàn)停止讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)停止繪圖。用兩個(gè)組合框控件分別設(shè)定正常溫度上下限。圖形控件用來(lái)顯示溫度的正?；蛭ｋU(xiǎn)狀態(tài)，本設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)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(xiǎn)。當(dāng)選擇讀取下位機(jī)的哪一路數(shù)據(jù)時(shí)，采用了選項(xiàng)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(kuò)展對(duì)更多路數(shù)據(jù)的采集，還采用了一個(gè)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(lái)相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)串口的各種操作，使用起來(lái)很方便，因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件使用這種方式與下位機(jī)實(shí)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(dòng)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(shí)需要得到通知。此時(shí)，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(cuò)誤，將所有通信事件和通信錯(cuò)誤進(jìn)行列表。如果不使用事件方式，那么在程序的每個(gè)關(guān)鍵功能之后，可通過(guò)檢查CommEvent屬性值查詢事件和錯(cuò)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(cè)儀與PC機(jī)通過(guò)RS-485異步串行通信接口進(jìn)行通信，波特率為9,600bps，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。
在識(shí)別對(duì)下位機(jī)的某一路數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的程序中，采了幾個(gè)選項(xiàng)按鈕控件和一個(gè)組合框控件。例如選中標(biāo)題為“1號(hào)”的選項(xiàng)按鈕，則由上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送十六進(jìn)制的“1”。對(duì)應(yīng)單片機(jī)編程中也用十六進(jìn)制的“1”標(biāo)識(shí)第1路數(shù)據(jù)。當(dāng)下位機(jī)接收到十六進(jìn)制的“1”后，就把第1路的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。要讀取第6路或更多路數(shù)據(jù)，則從組合框中選擇。