博迅电阻炉温度控制软件设计

上海博迅采用 Keil uVision5 集成编译环境和 C 语言来对系 统软件进行设计。该设计完成了对温度信号的测量和控制。它 需要的基本功能包括温度信号采集、A/D 转换、信号处理、温 度显示和数据传输。温度采集模块需要完成温度测量和 A/D 转 换。温度采集程序需要完成初始化传感器、写命令、写数据以 及读数据等。数据处理程序主要是对测量到的二进制数据进 行处理，将其转变为十进制。主程序要完成初始化系统和控 制电阻炉开关的工作 ；子程序需要完成测量炉温、输入键盘、 显示 LCD、控制 PID 和控制 PWM 等工作。

1. LM016L 显示模块程序 与七段数码管相比，液晶屏 LM016L 可以把测量值、设定 值、文字以及 PID 的参数都显示到屏幕上，使工作人员更直观 地观测到所需要的信息。但是 LM016L 的编程复杂，LM016L 进行初始化的流程如下：1） 先延时，写 0X38 命令字。2） 再进 行延时。3） 写 0X0C 命令字。4） 写 0X06 命令字。5） 写 0X01 命令字。6） 写 0X80 命令字。

2. 键盘输入模块程序 键盘输入作为人机交互电路中的输入模块，在系统中起了 很大的作用，它可以用来控制基于电阻炉的输入以及调节控制 参数。键盘输入模块的流程图如图 1 所示。

3. 算法控制子程序 控制子程序包括 PWM 技术和 PID 算法。PWM 技术是 1 种脉冲宽度调制技术。利用 PWM 技术可以对幅值相同的脉冲 的宽度进行调制，改变输出电压的大小，从而可以根据不同实 际温度与目标温度的差来改变电阻炉输出的功率 [5]。 PID 算法是 1 种控制算法，其中 P 是指比例，I 是指积分， D 是指微分。温度控制系统利用测量的实际温度与初始温度值 进行比较，并将它们的差作为 PID 控制的输入。设时间为 t， e（t）为实际温度与设定温度值的偏差，则其输出温度 u（t） 与 e（t）的关系，如公式（2）所示。

 式中 ：Kp 为比例系数 ；s 为复频 ；Ti 为积分时间常数 ；Td 为 微分时间常数 ；U（s）为 u（t）的拉普拉斯变换 ；E（s）为 e（t）的拉普拉斯变换。想要合理地控制温度就要合理地设置 比例系数，比例系数过大或者过小都不是设置比例系数的最 佳选择，比例系数偏大会导致系统调制过快，因此会产生较 大的震荡，从而导致系统不稳定。比例系数过小又会使系统的 调节过慢。2 种选择都会使系统的性能变差。因此比例系数太 大或太小都不是最佳选择，应该根据情况选择最合适的方法 [6]。

 主程序

要实现对电阻炉温度的控制，就要完成主程序元器件的 初始化、定时器的初始化、调用子程序、LCD 子程序、温度 控制电路以及报警等工作，同时让循环在允许的范围内运转， 并在恰当的时刻跳出循环。

由此可以得出主函数的程序流程如下：1） 先进行初始化。 2） 启动键盘扫描程序。3） 启动 AD 采样子程序。4） 启动温度 显示子程序。5） 检测温度是否越界，如果越界，那么报警电 路开始工作 ；如果温度没有越界，则报警电路不工作。

6） 完 成 PID 子程序和 PWM 子程序，完成对温度的反馈和调控。7）  控制电路的输出电压以及控制温度的变化。