軟件設計包括單片機的核心算法PID控制算法和各程序模塊設計。
一、PID控制算法
單片機溫度控制主要采用PID控制算法，其參數整定足重點。實際使用時必須在現場進行反復調試和修正，才能找出理想調節(jié)參數。采樣周期r的選擇首先必須滿足采樣定理。從理論上說，r越小，即采樣頻率越高，準確度越高；T趨于0時，離散系統(tǒng)變成連續(xù)系統(tǒng)。但是，采樣頻率過高時，既加重計算負擔，又影響調節(jié)效果。這是因為單片機系統(tǒng)根據偏差信號進行調節(jié)計算，采樣周期丁太短，偏差信號也會過小，影響單片機系統(tǒng)的調節(jié)作用。應綜合考慮被控系統(tǒng)的滯后特性、時間常數以及加到對象上的擾動頻率等因素，合理地選擇采樣周期。比例作用是在溫度實際值與設定值出現偏差時才起作用的。
在控制過程中，偏差總是存在的。一般講，比例作用越大，超調量也越大，雖然調整周期短了，但會使溫度猛漲猛落，波動范圍大，過渡時間加長，甚至會出現長時間等幅振蕩，被控溫度長時間達不到穩(wěn)定狀態(tài)；比例作用弱時，輸出超調量過小，會使溫度波動周期明顯增長，偏差長時間不能消除I 4I。積分作用可理解為調節(jié)系統(tǒng)的惰性大小。積分時間長，積分作用小，偏差消除得慢，即調過程慣性大，不能靈敏地調節(jié)溫度；積分時間過短時，調節(jié)過程增快，往往會出現振蕩，也使過渡時間延長。微分作用使P與，調節(jié)的過渡時間短，溫度盡快恢復正常。不加微分，偏差消除緩慢；加入適當的微分作用，可以較快地消除振蕩現象。采用L述方法無需熟悉系統(tǒng)的動態(tài)特性，根據經驗直接在閉環(huán)系統(tǒng)中反復測試確定，因此往往耗時很長。而本設計通過測試系統(tǒng)的動態(tài)特性，采用擴充響應曲線法整定調節(jié)參數。步驟如下：
1)斷開單片機控制系統(tǒng)，人工操作加熱裝置，給系統(tǒng)施加階躍信號；
2)記錄在此階躍信號作用下溫度變化曲線(這一步不能靠觀察溫度計進行，應在溫度變送器的輸出端接入記錄儀記錄溫度變化情況)；
3)由曲線求出滯后時問0、對象時間常數丁以及它們的比值；
4)根據求得的0，f和r／O，查表1求出參數r，KP，71I，五)；
一般選擇控制度為1．05，計算求得的參數還需在現場進行調試修改，從而得出理想調節(jié)參數。
二、程序模塊
程序模塊設計包括主程序和子程序兩個部分。子程序主要包括定時子程序、超限處理子程序和加熱控制子程序等。主程序功能：完成系統(tǒng)初始化操作，檢測和顯示溫度值；然后，分析和判斷工作狀態(tài)。根據其輸入狀態(tài)，分為前、中、后期工作狀態(tài)，對照前中后期不同的工作狀態(tài)而設定的不同溫度范圍來判斷檢測溫度是否超限。如果超限，則轉報警處理和相應的超限處理子程序；如未超限，則返回重新運行。主程序流程如圖4所示。定時子程序通過對系統(tǒng)進行定時操作，并且在定時操作后繼續(xù)分析和判斷工作狀態(tài)，并做出相應的溫度控制措施。軟件流程圖如圖5所示。如果檢測到溫度超限，應進行報警處理。然后，判斷溫度是過高或過低，并執(zhí)行相應的升溫處理和降溫處理，使得系統(tǒng)的溫度達到并且符合設定的溫度值。超限子程序流程圖如圖6所示。
加熱子程序主要完成對加熱器的控制，根據檢測到的溫度實際值進行占空比調整，使固態(tài)繼電器通斷時間得以調整，從而達到加熱控制的目的。其程序流程圖如圖7所示。http://m.fzkz999.com
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