1.PID溫控系統是一種常用的控制系統，用于實現對溫度變量的精確控制。PID算法根據當前的溫度誤差以及誤差的變化率，計算一個控制信號，用于調節加熱器的輸出。以下是PID算法的三個主要組成部分：

①比例（Proportional）控制：比例控制是根據當前的溫度誤差來計算控制信號。具體而言，通過將設定溫度與實際溫度之間的差異稱為誤差，然后將誤差乘以一個比例增益參數，得到一個修正值。這個修正值與控制設備的輸出信號相加，以調整溫度控制。

②積分（Integral）控制：積分控制用于處理長期的溫度誤差。它通過對溫度誤差進行積分來計算一個積分誤差。積分誤差乘以積分增益參數，并且在一段時間內進行積累，得到一個修正值。積分控制可以幫助消除持續的穩態誤差，使系統更快地達到設定溫度。

③微分（Derivative）控制：微分控制用于處理溫度變化的速率。它通過計算溫度誤差的變化率，即誤差的導數，得到一個微分值。微分值乘以一個微分增益參數，用于調整修正值。微分控制可以幫助系統更快地響應溫度變化，以防止過沖。

通過結合比例、積分和微分部分的修正值，PID控制算法可以計算出最終的控制信號。這個控制信號會被傳遞給加熱器，以控制溫度的變化。

2.本實驗用到了CW32-48大學計劃開發板OK、溫控實驗模塊及Keil5開發環境。

CW32-48大學計劃開發板OK	溫控實驗模塊
溫控模塊電路原理圖

4.核心代碼

mian.c：


#include "config.h"


unsigned char face = 0;       //界面變量
unsigned char face_brush = 0; //界面刷新頻率控制


void InitSystem(void)  
{
  RCC_Configuration();        //時鐘配置
  ADC_Configuration();        //ADC采集通道配置，采集NTC熱敏電阻電壓
  PID_Configuration();        //PID參數配置
  GPIO_KEYS_Configuration(); //按鍵GPIO配置
  PWM_Init();                  //兩路PWM輸出初始化
  Lcd_Init();                 //TFT屏幕初始化
  BTIM_Init();                //定時器初始化
}


void Interface(void)  //人機交互界面
{
  if ( face_brush > 200 )  //200ms刷新一次
  {
    face_brush = 0;
    switch(face)
    {
      case 0://顯示PV和SV，該界面下，可以設定SV
        TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,"  PID  Control  ");
        TFTSHOW_STRING(2,0,"REAL_Temper(℃):");
        TFTSHOW_STRING(4,0,"   P V:       ");
        TFTSHOW_FLOAT_NUMBER(4,8,pid.Pv);
        TFTSHOW_STRING(6,0,"SET_Temper(℃):");
        TFTSHOW_STRING(8,0,"   S V:       ");
        TFTSHOW_FLOAT_NUMBER(8,8,pid.set_Sv);
        break;
      case 1://該界面下，可以設定P參數
        TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,"  PID  Control  ");
        TFTSHOW_STRING(2,0,"SET PID Control:");
        TFTSHOW_STRING(4,0,"    P :       ");
        TFTSHOW_INT_NUMBER(4,8,pid.set_Kp);
        break;
      case 2://該界面下，可以設定I參數
        TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,"  PID  Control  ");
        TFTSHOW_STRING(2,0,"SET PID Control:");
        TFTSHOW_STRING(4,0,"    I :       ");
        TFTSHOW_FLOAT_NUMBER(4,8,pid.set_Ki);
        break;
      case 3://該界面下，可以設定D參數
        TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,"  PID  Control  ");
        TFTSHOW_STRING(2,0,"SET PID Control:");
        TFTSHOW_STRING(4,0,"    D :       ");
        TFTSHOW_INT_NUMBER(4,8,pid.set_Kd);
        break;
      case 4://該界面下，可以設定Out0，即修正值
        TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,"  PID  Control  ");
        TFTSHOW_STRING(2,0,"SET PID Control:");
        TFTSHOW_STRING(4,0,"   OUT0 :      ");
        TFTSHOW_INT_NUMBER(4,10,pid.set_Out0);
        break;
    }
  }
}


int main()           //主函數
{
  InitSystem();      //系統初始化
  while(1)
  {
    PID_Calc();      //PID運算
    Interface();     //人機交互界面
    Keys_Function(); //按鍵控制    
  }
}


pwm.c:


#include "pwm.h"


void PWM_Init(void)
{
  RCC_APBPeriphClk_Enable1(RCC_APB1_PERIPH_GTIM2,ENABLE); //使能GTIM2時鐘


  __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();   //使能GPIOA時鐘


  PA01_AFx_GTIM2CH2();        //打開PWM輸出通道
  PA02_AFx_GTIM2CH3();


  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;


  GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE; 
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  //推挽輸出模式
  GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;
  GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStruct);


  GTIM_InitTypeDef GTIM_Initstructure;     //通用定時器
  GTIM_Initstructure.Mode=GTIM_MODE_TIME;  //計數模式
  GTIM_Initstructure.OneShotMode=GTIM_COUNT_CONTINUE; //連續計數
  GTIM_Initstructure.Prescaler=GTIM_PRESCALER_DIV64; //預分頻
  GTIM_Initstructure.ReloadValue=2000-1; //ARR，計數重載周期2000
  GTIM_Initstructure.ToggleOutState=DISABLE;
  GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM2,>IM_Initstructure);


  GTIM_OCInit(CW_GTIM2,GTIM_CHANNEL3,GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW); //GTIM2輸出比較，CH3、CH2
  GTIM_OCInit(CW_GTIM2,GTIM_CHANNEL2,GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW); //有效占空比為低電平
  GTIM_Cmd(CW_GTIM2,ENABLE); //使能GTIM2
}


void PWM1_Output(uint32_t value)
{
  GTIM_SetCompare3(CW_GTIM2,value);  //設置GTIM2通道3的CCR
}


void PWM2_Output(uint32_t value)
{
  GTIM_SetCompare2(CW_GTIM2,value);  //設置GTIM2通道2的CCR
}


void PWM_ALL_Output(uint32_t value)  //PWM1、2同步輸出
{
  PWM1_Output(value);
  PWM2_Output(value);
}


pid.c:


#include "pid.h"


PID pid;    //定義PID結構體變量pid


void PID_Configuration(void)   //PID參數初始化配置 
{
  pid.Sv     = 55;


  pid.Kp     = 350;  //比例系數
  pid.Ki     = 10;   //積分系數
  pid.Kd     = 38;   //微分系數


  pid.Ek_1   = 0;    //上一次偏差
  pid.T      = 400;  //PID計算周期


  pid.cnt    = 0;    
  pid.cycle  = 2000; //PWM周期
  pid.Out0   = 500;  //PID修正值


  pid.set_Sv = pid.Sv;
  pid.set_Kp = pid.Kp;
  pid.set_Ki = pid.Ki;
  pid.set_Kd = pid.Kd;
  pid.set_Out0 = pid.Out0;
}


float Get_Pv(void)  //Pv意為當前測量值，即當前溫度
{
  return Get_Temperture();
}


void PID_Calc(void)    //PID算法
{
  float Pout,Iout,Dout;
  float out;


  if ( pid.cnt > pid.T )   //控制計算周期
  {
    pid.cnt = 0;


    pid.Pv = Get_Pv();       
    pid.Ek = pid.Sv - pid.Pv; //計算偏差
    pid.SumEk += pid.Ek;  //偏差累積




    Pout = pid.Kp * pid.Ek;  //比例控制


    Dout = pid.Kd * (pid.Ek - pid.Ek_1);  //微分控制


    if(pid.Pv>(pid.Sv-1))   //當測量值非常接近目標值的時候加入積分控制
    {
      Iout = pid.Ki * pid.SumEk;           //積分控制
      out = Pout + Iout + Dout + pid.Out0; 
    }
    else   out  = Pout + Dout + pid.Out0;  //測量值距離目標值較遠時只使用PD控制


    if ( out > pid.cycle ) pid.Out = pid.cycle; //限幅
    else if ( out < 0 )    pid.Out = 0;
    else                   pid.Out = out;
    PWM_ALL_Output(pid.Out);  //控制PWM輸出
    pid.Ek_1 = pid.Ek;  //進行下一次PID運算之前，將本次偏差變為上次偏差
  }
}

審核編輯：劉清