博迅電阻爐溫度控制軟件設(shè)計(jì)

上海博迅采用 Keil uVision5 集成編譯環(huán)境和 C 語言來對(duì)系 統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)完成了對(duì)溫度信號(hào)的測(cè)量和控制。它 需要的基本功能包括溫度信號(hào)采集、A/D 轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、溫 度顯示和數(shù)據(jù)傳輸。溫度采集模塊需要完成溫度測(cè)量和 A/D 轉(zhuǎn) 換。溫度采集程序需要完成初始化傳感器、寫命令、寫數(shù)據(jù)以 及讀數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)處理程序主要是對(duì)測(cè)量到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制。主程序要完成初始化系統(tǒng)和控 制電阻爐開關(guān)的工作 ；子程序需要完成測(cè)量爐溫、輸入鍵盤、 顯示 LCD、控制 PID 和控制 PWM 等工作。

1. LM016L 顯示模塊程序 與七段數(shù)碼管相比，液晶屏 LM016L 可以把測(cè)量值、設(shè)定 值、文字以及 PID 的參數(shù)都顯示到屏幕上，使工作人員更直觀 地觀測(cè)到所需要的信息。但是 LM016L 的編程復(fù)雜，LM016L 進(jìn)行初始化的流程如下：1） 先延時(shí)，寫 0X38 命令字。2） 再進(jìn) 行延時(shí)。3） 寫 0X0C 命令字。4） 寫 0X06 命令字。5） 寫 0X01 命令字。6） 寫 0X80 命令字。

2. 鍵盤輸入模塊程序 鍵盤輸入作為人機(jī)交互電路中的輸入模塊，在系統(tǒng)中起了 很大的作用，它可以用來控制基于電阻爐的輸入以及調(diào)節(jié)控制 參數(shù)。鍵盤輸入模塊的流程圖如圖 1 所示。

3. 算法控制子程序 控制子程序包括 PWM 技術(shù)和 PID 算法。PWM 技術(shù)是 1 種脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。利用 PWM 技術(shù)可以對(duì)幅值相同的脈沖 的寬度進(jìn)行調(diào)制，改變輸出電壓的大小，從而可以根據(jù)不同實(shí) 際溫度與目標(biāo)溫度的差來改變電阻爐輸出的功率 [5]。 PID 算法是 1 種控制算法，其中 P 是指比例，I 是指積分， D 是指微分。溫度控制系統(tǒng)利用測(cè)量的實(shí)際溫度與初始溫度值 進(jìn)行比較，并將它們的差作為 PID 控制的輸入。設(shè)時(shí)間為 t， e（t）為實(shí)際溫度與設(shè)定溫度值的偏差，則其輸出溫度 u（t） 與 e（t）的關(guān)系，如公式（2）所示。

 式中 ：Kp 為比例系數(shù) ；s 為復(fù)頻 ；Ti 為積分時(shí)間常數(shù) ；Td 為 微分時(shí)間常數(shù) ；U（s）為 u（t）的拉普拉斯變換 ；E（s）為 e（t）的拉普拉斯變換。想要合理地控制溫度就要合理地設(shè)置 比例系數(shù)，比例系數(shù)過大或者過小都不是設(shè)置比例系數(shù)的最 佳選擇，比例系數(shù)偏大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)制過快，因此會(huì)產(chǎn)生較 大的震蕩，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例系數(shù)過小又會(huì)使系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)過慢。2 種選擇都會(huì)使系統(tǒng)的性能變差。因此比例系數(shù)太 大或太小都不是最佳選擇，應(yīng)該根據(jù)情況選擇最合適的方法 [6]。

 主程序

要實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐溫度的控制，就要完成主程序元器件的 初始化、定時(shí)器的初始化、調(diào)用子程序、LCD 子程序、溫度 控制電路以及報(bào)警等工作，同時(shí)讓循環(huán)在允許的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)， 并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻跳出循環(huán)。

由此可以得出主函數(shù)的程序流程如下：1） 先進(jìn)行初始化。 2） 啟動(dòng)鍵盤掃描程序。3） 啟動(dòng) AD 采樣子程序。4） 啟動(dòng)溫度 顯示子程序。5） 檢測(cè)溫度是否越界，如果越界，那么報(bào)警電 路開始工作 ；如果溫度沒有越界，則報(bào)警電路不工作。

6） 完 成 PID 子程序和 PWM 子程序，完成對(duì)溫度的反饋和調(diào)控。7）  控制電路的輸出電壓以及控制溫度的變化。