PID温控实验平台搭建（四）——PID温控系统实验代码讲解
PID温控实验平台搭建
（一）PID基���知识介绍
（二）PID进阶知识介绍及源码分享
（三）从零开始搭建STM32温控实验平台
（四）PID温控系统代码讲解
（五）最终实验现象与总结
文章目录
前言
一、主程序功能描述
二、部分代码讲解
1、PID程序
2、PWM输出
3、DS18B20传感器代码
4、OLED显示
总结
前言
最近，我突发奇想去翻阅了一些我本科期间所做的一些小项目，发现都挺有意思的！当年做这些项目的时候可走了很多弯路，所以想着可以将它们上传到网络上，并通过我的讲解文章可以帮助你们少走一些弯路！
今天，我要分享的是一个PID温控实验平台的搭建，因为我想要讲的详细一点，所以打算做成一个系列，手把手地教你学习和认识PID算法，了解这种算法在温度控制中的应用。由于我知识有限，如果出现一些错误，希望大家可以帮助我指出来，我们一起学习进步！！！
一、主程序功能描述
主函数的运行过程：
在开始温控之前，会先进行一段时间的软件配置，软件配置成功后。当DS18B20温度传感器检测到温度低于起始温度（30°C）时，将会开始加热到起始温度（30°C）；当高于起始温度（30°C）时，将会冷却等待，直到温度达到起始温度（30°C）；而温度变化数据将会实时显示在OLED屏幕上，让我们可以实时观察到控温趋势，并且通过串口发送及VOFA++上位机显示，实验数据曲线可以实时显示在电脑屏幕上，最终便于我们总结规律，得出结论。
VOFA++上位机
这是一款最直观、灵活、强大的插件驱动高自由度的上位机，我们通过特定的数据格式，来获得实时的数据曲线，便于我们直观地总结规律，归纳结论，并且VOFA++自由度很高，可以定制化数据的可视化方式，从而让我们可以更便捷地整定PID参数！
图1 VOFA++上位机
流水灯含义解释：
1）红灯闪烁代表正在进行配置所有软件；
2）绿灯闪烁代表加热棒正在工作，PID控制正在进行；
3）黄灯闪烁代表正在加热到起始温度（30°C）；
4）蓝灯闪烁代表正在冷却到起始温度（30°C）；
5）青灯亮起代表马上进入PID温控；
（主程序代码）
/******************main.c***********************/
// 温度
float T=0.0;
// 媒介变量
int i = 0;
// 定义PID结构体并初始化
PID pid;
// 一次PID调节的时间
#define WAIT_TIME 20
// 采样时间
#define SAMPLE_TIME 200
// 最大输出
#define MAX_OUT 10000
// 数组的元素的个数
#define ARR_NUM 4
// PID参数
const float Kp = 90;
const float Ki = 0.15;
const float Kd[ARR_NUM] = {1000,2000,3000,4000};
// 声明
void All_Soft_Config(void);
void Wait_Temperature_Init(void);
// 可以循环测试PID参数（1、参数改宏改；2、PID初始化改）
int main()
{
// 所有软件配置
All_Soft_Config();
for(uint8_t n=0;n=110 || i >=(WAIT_TIME*60)*1000/SAMPLE_TIME)
{
for(uint8_t zero_time=0;zero_time= (2*60)*1000/SAMPLE_TIME)&&(T 30)
{
// 蓝灯闪烁等待温度降下来
LED3_TOGGLE
// DS18B20更新温度
T = DS18B20_Update_Temperature();
OLED_display_DS18B20(T);
printf("温度为%.4f℃\n",T);
SysTick_Delay_ms(1000);
}
// 青灯亮起
LED_CYAN;
SysTick_Delay_ms(1000);
}
// 温度小于30度
else
{
// 1000 加热
Pulse_Wave = 0.1*MAX_OUT;
LED_YELLOW;
// 加热到33度附近
while(T 2*60*2)
{
LED_CYAN;
printf("线掉了....\n");
Pulse_Wave = 0;
while(1)
{
;;
}
}
}
goto chill;
}
}
二、部分代码讲解
1、PID程序
PID程序已经在上一节介绍过了，不再赘述！
PID温控实验平台搭建（二）——PID进阶知识介绍及源码分享https://blog.csdn.net/qq_35953617/article/details/127849549https://blog.csdn.net/qq_35953617/article/details/127849549
2、PWM输出
/******************bsp_pwm.h***********************/
/************通用定时器TIM参数定义，只限TIM2、3、4、5************/
// 当使用不同的定时器的时候，对应的GPIO是不一样的，这点要注意
// 我们这里默认使用TIM3
/* ---------------- PWM信号 周期和占空比的计算--------------- */
// ARR ：自动重装载寄存器的值
// CLK_cnt：计数器的时钟，等于 Fck_int / (psc+1) = 72M/(psc+1)
// PWM 信号的周期 T = ARR * (1/CLK_cnt) = ARR*(PSC+1) / 72M
// 占空比P=CCR/(ARR+1)
/* PWM波占空比(0 ~ 10000) */
extern uint16_t Pulse_Wave;
// 选择TIM3通用定时器
#define TEMP_PWM_TIM TIM3
#define TEMP_PWM_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd
#define TEMP_PWM_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM3
// ARR的值为 10000,实际装载 Pulse_Wave 次,频率F = 100Hz
#define TEMP_PWM_TIM_Period (10000-1)
// 分频因子为 72-1
#define TEMP_PWM_TIM_Prescaler (72-1)
// PWM的脉冲宽度为 5000,占空比得出是50%
#define TEMP_PWM_TIM_Pulse Pulse_Wave
#define TEMP_PWM_TIM_CCRx CCR1
// TIM3 输出比较通道1
#define TEMP_PWM_TIM_CH1_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC
#define TEMP_PWM_TIM_CH1_PORT GPIOC
#define TEMP_PWM_TIM_CH1_PIN GPIO_Pin_6
// TIM3中断配置
#define TEMP_PWM_TIMx_IRQn TIM3_IRQn //中断
#define TEMP_PWM_TIMx_IRQHandler TIM3_IRQHandler
/******************bsp_pwm.c***********************/
/* PWM波占空比(0~10000) */
uint16_t Pulse_Wave = 0;
/**
* @brief TIM定时器GPIO口配置
* @param 无
* @retval 无
*/
static void TEMP_PWM_TIM_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// 开启重映射时钟（非常重要）
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
// 输出比较通道1 GPIO 初始化
RCC_APB2PeriphClockCmd(TEMP_PWM_TIM_CH1_GPIO_CLK, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TEMP_PWM_TIM_CH1_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(TEMP_PWM_TIM_CH1_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
/**
* @brief 配置嵌套向量中断控制器NVIC
* @param 无
* @retval 无
*/
static void NVIC_Config_PWM(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* Configure one bit for preemption priority */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
/* 配置TIM3_IRQ中断为中断源 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TEMP_PWM_TIMx_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
///*
// * 注意：TIM_TimeBaseInitTypeDef结构体里面有5个成员，TIM6和TIM7的寄存器里面只有
// * TIM_Prescaler和TIM_Period，所以使用TIM6和TIM7的时候只需初始化这两个成员即可，
// * 另外三个成员是通用定时器和高级定时器才有.
// *-----------------------------------------------------------------------------
// *typedef struct
// *{ TIM_Prescaler 都有
// * TIM_CounterMode TIMx,x[6,7]没有，其他都有
// * TIM_Period 都有
// * TIM_ClockDivision TIMx,x[6,7]没有，其他都有
// * TIM_RepetitionCounter TIMx,x[1,8,15,16,17]才有
// *}TIM_TimeBaseInitTypeDef;
// *-----------------------------------------------------------------------------
// */
/* ---------------- PWM信号 周期和占空比的计算--------------- */
// ARR ：自动重装载寄存器的值
// CLK_cnt：计数器的时钟，等于 Fck_int / (psc+1) = 72M/(psc+1)
// PWM 信号的周期 T = ARR * (1/CLK_cnt) = ARR*(PSC+1) / 72M
// 占空比P=CCR/(ARR+1)
static void TEMP_PWM_TIM_Mode_Config(void)
{
// 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72M
TEMP_PWM_TIM_APBxClock_FUN(TEMP_PWM_TIM_CLK,ENABLE);
/*--------------------时基结构体初始化-------------------------*/
// 配置周期，这里配置为100K
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
// 自动重装载寄存器的值，累计TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=TEMP_PWM_TIM_Period;
// 驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= TEMP_PWM_TIM_Prescaler;
// 时钟分频因子 ，配置死区时间时需要用到
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
// 计数器计数模式，设置为向上计数
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
// 重复计数器的值，没用到不用管
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
// 初始化定时器
TIM_TimeBaseInit(TEMP_PWM_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);
// //改变指定管脚的映射 这里选择的是TIM3完全重映射（非常重要）
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3 ,ENABLE);
/*--------------------输出比较结构体初始化-------------------*/
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
// 配置为PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
// 输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
// 输出通道电平极性配置
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
// 空闲时的电平(低电平)
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
// 输出比较通道 1
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = TEMP_PWM_TIM_Pulse;
TIM_OC1Init(TEMP_PWM_TIM, &TIM_OCInitStructure);
//使能预装载
TIM_OC1PreloadConfig(TEMP_PWM_TIM, TIM_OCPreload_Enable);
//使能TIM重载寄存器ARR
TIM_ARRPreloadConfig(TEMP_PWM_TIM, ENABLE);
// 使能计数器
TIM_Cmd(TEMP_PWM_TIM, ENABLE);
// 主输出使能(通用定时器不需要)
// TIM_CtrlPWMOutputs(TEMP_PWM_TIM, ENABLE);
//使能update中断
TIM_ITConfig(TEMP_PWM_TIM, TIM_IT_Update, ENABLE);
// PWM 中断设置
NVIC_Config_PWM();
}
// 定时器配置
void TEMP_PWM_TIM_Init(void)
{
// GPIO设置
TEMP_PWM_TIM_GPIO_Config();
// 定时器模式设置
TEMP_PWM_TIM_Mode_Config();
// 以往脉冲存储起来
Pulse_Update_Temp = Pulse_Wave;
}
/******************stm32f10x_it.c***********************/
extern float T;
/* PWM波中断服务函数 */
void TEMP_PWM_TIMx_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TEMP_PWM_TIM , TIM_IT_Update) != RESET) //TIM_IT_Update
{
// 温度达到120警戒
if(T >=120)
{
printf("DS18B20温度目前超过120度,必须停下来...");
// 让PWM波的值为0
TEMP_PWM_TIM -> TEMP_PWM_TIM_CCRx = 0;
LED_PURPLE;
// 程序在这卡死
while(1)
{
;;
}
}
if (Pulse_Update_Temp != Pulse_Wave)
{
// 修改CCR的值
TEMP_PWM_TIM -> TEMP_PWM_TIM_CCRx = Pulse_Wave; //根据PWM表修改定时器的比较寄存器值
Pulse_Update_Temp = Pulse_Wave;
}
TIM_ClearITPendingBit(TEMP_PWM_TIM, TIM_IT_Update); //必须要清除中断标志位
}
}
3、DS18B20传感器代码
/******************bsp_one_wire.h***********************/
#include "stm32f10x.h"
/************（单总线）DS18B20温度传感器相关************/
#define ONE_WIRE_GPIO_PORT GPIOB
#define ONE_WIRE_GPIO_PIN GPIO_Pin_9
#define RCC_ONE_WIRE_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB
/******************bsp_one_wire.c***********************/
#include "bsp_one_wire.h"
#include "bsp_systick.h"
/**
* @brief （单总线）DS18B20温度传感器DQ口配置(开漏输出)
* @param 无
* @retval 无
*/
void DS18B20_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// 输出比较通道1 GPIO 初始化
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_ONE_WIRE_CLK, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ONE_WIRE_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(ONE_WIRE_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
/**
* @brief DS18B20开始温度变换
* @param 无
* @retval 无
*/
void DS18B20_ConvertT(void)
{
// GPIO配置
DS18B20_GPIO_Config();
OneWire_Init();
OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);
}
/**
* @brief DS18B20读取温度
* @param 无
* @retval 温度数值
*/
float DS18B20_ReadT(void)
{
unsigned char TLSB,TMSB;
int Temp;
float T;
OneWire_Init();
OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
OneWire_SendByte(DS18B20_READ_SCRATCHPAD);
TLSB=OneWire_ReceiveByte();
TMSB=OneWire_ReceiveByte();
Temp=(TMSB4)|0x10);
OLED_Write_Cmd((x&0x0f)|0x01);
}
/**
* @brief OLED_Fill，填充整个屏幕
* @param fill_Data:要填充的数据
* @retval 无
*/
void OLED_Fill(unsigned char fill_Data)//全屏填充
{
unsigned char m,n;
for(m=0;mThe End