基于CW32的PID温度控制系统

只看该作者 · 2025-4-8 16:24

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相关视频：基于CW32的PID温度控制系统

一、简介

1.PID温控系统是一种常用的控制系统，用于实现对温度变量的精确控制。PID算法根据当前的温度误差以及误差的变化率，计算一个控制信号，用于调节加热器的输出。以下是PID算法的三个主要组成部分：

①比例（Proportional）控制：比例控制是根据当前的温度误差来计算控制信号。具体而言，通过将设定温度与实际温度之间的差异称为误差，然后将误差乘以一个比例增益参数，得到一个修正值。这个修正值与控制设备的输出信号相加，以调整温度控制。

②积分（Integral）控制：积分控制用于处理长期的温度误差。它通过对温度误差进行积分来计算一个积分误差。积分误差乘以积分增益参数，并且在一段时间内进行积累，得到一个修正值。积分控制可以帮助消除持续的稳态误差，使系统更快地达到设定温度。

③微分（Derivative）控制：微分控制用于处理温度变化的速率。它通过计算温度误差的变化率，即误差的导数，得到一个微分值。微分值乘以一个微分增益参数，用于调整修正值。微分控制可以帮助系统更快地响应温度变化，以防止过冲。
通过结合比例、积分和微分部分的修正值，PID控制算法可以计算出最终的控制信号。这个控制信号会被传递给加热器，以控制温度的变化。

二、所需物料

本实验用到了CW32-48大学计划开发板OK、温控实验模块及Keil5开发环境。

温控模块电路原理图
三、参考文章

PID控制算法的具体原理可参考以下链接中的文章

1)https://zhuanlan.zhihu.com/p/39573490
2)https://zhuanlan.zhihu.com/p/347372624
3)https://zhuanlan.zhihu.com/p/41962512

利用热敏电阻采集温度的原理及方法可参考往期文章及视频。
四、核心代码
mian.c：

#include "config.h"

unsigned char face = 0;    //界面变量
unsigned char face_brush = 0; //界面刷新频率控制

void InitSystem(void)
{
RCC_Configuration();    //时钟配置
ADC_Configuration();    //ADC采集通道配置，采集NTC热敏电阻电压
PID_Configuration();    //PID参数配置
GPIO_KEYS_Configuration(); //按键GPIO配置
PWM_Init();         //两路PWM输出初始化
Lcd_Init();    //TFT屏幕初始化
BTIM_Init();         //定时器初始化
}

void Interface(void)  //人机交互界面
{
if ( face_brush > 200 )  //200ms刷新一次
{
face_brush = 0;
switch(face)
{
case 0://显示PV和SV，该界面下，可以设定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://该界面下，可以设定P参数
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://该界面下，可以设定I参数
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://该界面下，可以设定D参数
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://该界面下，可以设定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()          //主函数
{
InitSystem();    //系统初始化
while(1)
{
PID_Calc();    //PID运算
Interface();    //人机交互界面
Keys_Function(); //按键控制
}
}

pwm.c:

#include "pwm.h"

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

__RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //使能GPIOA时钟

PA01_AFx_GTIM2CH2();       //打开PWM输出通道
PA02_AFx_GTIM2CH3();

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

  GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  //推挽输出模式
  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;    //通用定时器
GTIM_Initstructure.Mode=GTIM_MODE_TIME;  //计数模式
GTIM_Initstructure.OneShotMode=GTIM_COUNT_CONTINUE; //连续计数
GTIM_Initstructure.Prescaler=GTIM_PRESCALER_DIV64; //预分频
GTIM_Initstructure.ReloadValue=2000-1; //ARR，计数重载周期2000
GTIM_Initstructure.ToggleOutState=DISABLE;
GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM2,&GTIM_Initstructure);

GTIM_OCInit(CW_GTIM2,GTIM_CHANNEL3,GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW); //GTIM2输出比较，CH3、CH2
GTIM_OCInit(CW_GTIM2,GTIM_CHANNEL2,GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW); //有效占空比为低电平
GTIM_Cmd(CW_GTIM2,ENABLE); //使能GTIM2
}

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

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

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

pid.c:

#include "pid.h"

PID pid; //定义PID结构体变量pid

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

pid.Kp    = 350;  //比例系数
pid.Ki    = 10; //积分系数
pid.Kd    = 38; //微分系数

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

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意为当前测量值，即当前温度
{
return Get_Temperture();
}

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

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

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

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)) //当测量值非常接近目标值的时候加入积分控制
{
Iout = pid.Ki * pid.SumEk;          //积分控制
out = Pout + Iout + Dout + pid.Out0;
}
else out  = Pout + Dout + pid.Out0;  //测量值距离目标值较远时只使用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输出
pid.Ek_1 = pid.Ek;  //进行下一次PID运算之前，将本次偏差变为上次偏差
}
}

五、实验最终现象

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原文链接：https://blog.csdn.net/2302_81038468/article/details/136445159