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张小明 2026/1/11 19:47:00
同方云罐网站设计,龙江人社app二维码图片,做网站需要会什么软件,邢台免费发布信息基于51单片机设计恒温水箱控制程序仿真加热棒PID算法闭环 采用LCD1602时显示温度值及目标值#xff0c;温度测量范围0~99.9℃#xff0c;精度0.1℃#xff1b; 通过DS18B20温度传感器采集温度作为输入#xff0c;PID算法控制控制PWM输出#xff0c;通过继电器控制加热器加…基于51单片机设计恒温水箱控制程序仿真加热棒PID算法闭环 采用LCD1602时显示温度值及目标值温度测量范围0~99.9℃精度±0.1℃ 通过DS18B20温度传感器采集温度作为输入PID算法控制控制PWM输出通过继电器控制加热器加热在温度改变时可以迅速的调整输出 可通过按键可以设置目标温度值“功能”键 按下后切换设置/正常温度控制“加值”键在设置时按下目标温度1“减值”键 在设置时按下目标温度-1最近在折腾实验室的恒温水箱控制发现用51单片机搭个闭环控制系统还挺有意思。今天就跟大伙唠唠这个基于PID算法的温度控制方案重点说说程序里那些关键代码是怎么落地的。先说核心部件DS18B20这玩意儿真是性价比之王。它的单总线协议用51的普通IO口就能驱动不过时序得抠准了。这里有个读取温度值的代码片段float Read_Temperature() { unsigned char LSB, MSB; Init_DS18B20(); Write_DS18B20(0xCC); // 跳过ROM Write_DS18B20(0x44); // 启动转换 Delay(200); // 等转换完成 Init_DS18B20(); Write_DS18B20(0xCC); Write_DS18B20(0xBE); // 读暂存器 LSB Read_DS18B20(); MSB Read_DS18B20(); return ((MSB8)|LSB)*0.0625; // 转换为摄氏度 }这里有个坑要注意DS18B20的转换时间在12位精度时需要750ms实测发现用200ms延时其实不够稳后来改用查询Busy位才解决。不过为了代码简洁示例里还是用了延时方式。PID控制这块是重头戏先上结构体定义typedef struct { float Kp, Ki, Kd; float Err, LastErr, SumErr; float Output; } PID; void PID_Calc(PID* pid, float current, float target) { pid-Err target - current; pid-SumErr pid-Err; // 积分抗饱和 if(pid-SumErr 200) pid-SumErr 200; else if(pid-SumErr -200) pid-SumErr -200; pid-Output pid-Kp * pid-Err pid-Ki * pid-SumErr pid-Kd * (pid-Err - pid-LastErr); pid-LastErr pid-Err; }参数整定是个玄学过程建议先用Z-N法估算。实测发现对于水箱这种大惯性系统微分项D可以适当调大防止过冲。输出量转换成PWM时记得做限幅处理#define PWM_MAX 1000 // 10秒周期 if(pid.Output PWM_MAX) pid.Output PWM_MAX; else if(pid.Output 0) pid.Output 0;按键处理用状态机实现更靠谱这里偷懒用查询法void Key_Scan() { if(!SET_KEY) { // 功能键按下 mode !mode; // 切换设置/控制模式 while(!SET_KEY); // 等松手 } if(mode SET_MODE) { if(!UP_KEY) { target_temp; Delay(100); } if(!DOWN_KEY) { target_temp--; Delay(100); } // 限制在0-99.9℃ if(target_temp 99.9) target_temp99.9; if(target_temp 0) target_temp0; } }LCD1602显示要注意同时显示当前温度和设定值。用sprintf处理浮点数时51的内存可能吃紧建议用自定义函数void Show_Temp(float current, float target) { unsigned char buf[16]; // 当前温度 buf[0] (int)current/10 0; buf[1] (int)current%10 0; buf[2] .; buf[3] (int)(current*10)%10 0; buf[4] \xDF; // 摄氏度符号 buf[5] C; // 目标温度同理... LCD_WriteString(0,0,buf); }最后说说硬件注意点继电器的控制引脚记得加反向二极管保护PWM周期建议10秒左右加热棒惯性大测温点尽量靠近加热源。实测下来这套系统在±0.3℃范围内能稳定控制比纯开关控制强多了。完整代码里还有定时器配置、PWM生成这些常规操作这里不展开了。有坑的地方基本都点到了剩下的就是耐心调试参数。下次有机会再聊聊怎么用串口做PID参数整定那又是另一个故事了。
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