数字PID控制算法在温控系统中的应用

温度控制对于大型工业和日常生活等领域都具有广阔的应用前景。很多应用领域，需要精度较高的恒温控制，例如，根据外界变化，随时调节相应的LED亮度以达到所需色温值，可以实现更好的照明和装饰效果。在连续控制系统中，对象为一阶和二阶惯性环节或同时带有滞后时间不大的滞后环节时，PID控制是一种较好的控制方法。本文主要采用数字PID控制，通过单片机PID控制算法的程序实现。

1 数字式定时温控系统
本文研制的数字式定时温控系统主要完成数据采集，温度、定时的显示，温度控制，温度定时的设定以及报警等功能。核心控制器由单片机完成，采用数字PID控制算法进行过程控制。加热器件选用热惯性小，温度控制精度高，速度快的电热膜，由单片机输出通断率控制信号进行控制。硬件框图如图1所示。

2 PWM功能的实现
AT89S52内部有3个16位定时器：TO，T1，T2。用定时器T2实现PWM(脉宽调制)方式来对加热器件进行温度控制。设置T2CON中C／#T2=O(定时方式)，CP／#RL2=1且EXEN2=O时，T2是16位定时器。当计数溢出时，会设置T2CON中的TF2位，进而触发相关中断。用单片机系统实现，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。具体的设计原理：若想让它的负脉冲为2 ms，则正脉冲为20-2=18 ms，所以开始时在控制口发送低电平，然后设置定时器在2 ms后发生中断，中断发生后，在中断程序里将控制口改为高电平，并将中断时间改为18 ms，再过18 ms进入下一次定时中断，再将控制口改为低电平，并将定时器初值改为2 ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM信号输出。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便可实现脉宽调整。实现其软件流程如图2所示。