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[应用相关] stm32+增量式pid+max6675 PWM温度控制

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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
pid, PWM, max6675, STM32, 温度控制, 通讯
stm32+增量式pid+max6675 PWM温度控制

本文采用的芯片为STM32F103RCT6
温度芯片为MAX6675
之前spi通讯的max6675代码：
https://blog.csdn.net/answerMack/article/details/83310370
模拟io通讯的max6675代码：
https://blog.csdn.net/answerMack/article/details/83270562

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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:10 | 显示全部楼层
代码写了，具体还没试验过
用电表打过结果，感觉还可以，就粘上来了。

因为选用的热电偶线测温变化太快，所以在中间加了报警，但是里面没有蜂鸣器。后续代码会改进。会加上CAN总线等设置。只是简单实现温控。
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:10 | 显示全部楼层
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  1. pid.h
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  1. #ifndef __PID_H
    

  2. #define __PID_H
    

  3. #include "sys.h"
    


  4. 

  5. typedef struct {
    

  6.         int Set_temperature;                //期望值
    

  7.         int Current_temperature;    //当前值
    

  8.         
    

  9.         float proportion;                         //比例系数P
    

  10.         float integral;                         //积分系数I
    

  11.         float differential;                 //微分系数D
    

  12.         int T; //采样周期
    

  13.         
    

  14.         float error_current;                 //当前误差:浮点数
    

  15.         int error_last;                     //上一步误差
    

  16.     int error_sum;              //误差累计
    

  17.         
    

  18.         float pid_proportion_out;                   //比例项
    

  19.         float pid_integral_out;                       //积分项
    

  20.         float pid_differential_out;                   //微分项
    

  21.         float pid_out;                           //PID控制输出
    

  22.         
    

  23. }PID;
    


  24. 

  25. //PID  *Pid;//存放PID算法需要的数据
    

  26. //void PID_Init(int SETtemp); 
    

  27. float pid_control(PID *PP,float current_temp); 
    

  28. void PWM_CONTROL(float SUM); //占空比计算的
    

  29. void PWM_Out(u8 m); //按功率输出的
    


  30. 

  31.  //struct PID  *PP;
    

  32.  
    


  33. 

  34. #endif
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:11 | 显示全部楼层
可能有错误，请评论帮忙指正。谢谢！！
//

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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:12 | 显示全部楼层
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  1. pid.c
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  1. #include "pid.h"
    

  2. #include "timer.h"
    

  3. #include "usart.h"
    


  4. 

  5. //void PID_Init(int SETtemp)  //启动时，PID的参数值应该从保存上次值的存储器空间读取出来。在此直接设定
    

  6. //{
    

  7. //    Pid->Set_temperature=SETtemp;    //用户设定值
    

  8. //        Pid->proportion=20;
    

  9. //        Pid->integral=5000;   //积分系数
    

  10. //        Pid->differential=1200;   //微分系数
    

  11. //        Pid->T=1000;    //Pid计算周期（采样周期)
    

  12. //    Pid->error_current=0.0;
    

  13. //        Pid->error_last=0;
    

  14. //        Pid->error_sum=0;
    

  15. //        Pid->pid_proportion_out=0;
    

  16. //        Pid->pid_integral_out=0;
    

  17. //        Pid->pid_differential_out=0;
    

  18. //        Pid->pid_out=0;
    

  19. //}        
    


  20. 

  21.         //struct PID *PP,
    

  22. float pid_control( PID *PP,float current_temp){
    

  23. static float PID_ZL=0.0;
    

  24.         float result=0.0;
    

  25.         float A0,A1,A2;
    

  26.         PP->error_current = PP->Set_temperature - current_temp;
    

  27. printf("the PP->error_current is:%.2f\n",PP->error_current);
    

  28. printf("\n");
    

  29.     if(PP->error_current>20)PWM_Out(0);
    

  30.     else if(PP->error_current<-20)PWM_Out(1);
    

  31.     else if(PP->error_current>10 && PP->error_current<20)PWM_Out(2);
    

  32.     else if(PP->error_current>-20 && PP->error_current<-10)PWM_Out(3);
    

  33.     else if(PP->error_current>-20 && PP->error_current<-10)PWM_Out(3);
    

  34.         /*==============
    

  35.         增量式PID算法 增量式PID需每次叠加
    

  36.         ================*/
    

  37.     else if(PP->error_current<10 && PP->error_current>-10){
    

  38.          A0=PP->proportion * (1+ PP->T/PP->integral +PP->differential/PP->T);
    

  39.                  A1=-PP->proportion * (1+ 2*PP->differential/PP->T);
    

  40.                  A2=PP->proportion * (PP->differential/PP->T);
    

  41.                 result =A0 * PP->error_current + A1 * PP->error_last +A2 * PP->error_sum ;
    

  42.                 result += PID_ZL;
    

  43.                 if (result>900){
    

  44.                        if(PP->error_current>0)PWM_Out(0);
    

  45.                            else PWM_Out(1);
    

  46.                 }
    

  47.                 else if (result<-5){
    

  48.                        if(PP->error_current>0)PWM_Out(0);
    

  49.                            else PWM_Out(1);
    

  50.                 }
    

  51.                 else if (-5<result&&result<5){
    

  52.                         PWM_Out(4);
    

  53.                 }        
    

  54.                 else if (result>5&&result<900){
    

  55.                         if(PP->error_current>0)PWM_CONTROL(result);
    

  56.                         else PWM_CONTROL(-result);
    

  57.                 }
    

  58.                 
    

  59.         }
    

  60.         
    

  61.         
    

  62.         PID_ZL=result;
    

  63. printf("the PID_ZL is:%.2f\n",PID_ZL);
    

  64. printf("\n");        
    

  65.         PP->error_sum=PP->error_last;
    

  66.     PP->error_last=PP->error_current;
    

  67.         return result;
    

  68. }
    


  69. 


  70. 

  71. /*==============
    

  72. 10度以内  PID控制        判断result范围，确定占空比        
    

  73. =============*/
    

  74. void PWM_CONTROL(float SUM){
    

  75. int a=0;
    

  76.         a=SUM;
    

  77. printf("the ccrx<ten is:%d\n",a);
    

  78. printf("\n");
    

  79. if (a>0)TIM_SetCompare3(TIM3,a);
    

  80. else TIM_SetCompare1(TIM3,-a);
    

  81. }
    


  82. 


  83. 


  84. 


  85. 

  86. void PWM_Out(u8 m){
    


  87. 

  88. switch(m)
    

  89.         {
    

  90. /*=========================================
    

  91.                 tim_ch3--加热    tim_ch1--冷却
    

  92. 20度差值： 全功：0：加热不冷却  1：冷却不加热
    

  93. 10-20度之间   半功热        
    

  94. ===========================================*/
    

  95.                  case 0 :
    

  96.                                 TIM_SetCompare3(TIM3,0);
    

  97.                         TIM_SetCompare1(TIM3,900);
    

  98.                         break;        
    

  99.                 case 1 : 
    

  100.                                 TIM_SetCompare3(TIM3,900);
    

  101.                         TIM_SetCompare1(TIM3,0);
    

  102.                                 break;        
    

  103.                 case 2 : 
    

  104.                                 TIM_SetCompare1(TIM3,800);
    

  105.                         TIM_SetCompare3(TIM3,449);
    

  106.                                 break;        
    

  107.                 case 3 : 
    

  108.                                 TIM_SetCompare1(TIM3,449);
    

  109.                         TIM_SetCompare3(TIM3,800);
    

  110.                                 break;        
    

  111.         case 4 : //全关
    

  112.                                 TIM_SetCompare1(TIM3,900);
    

  113.                         TIM_SetCompare3(TIM3,900);
    

  114.                                 break;        
    

  115.         case 5 : //全开
    

  116.                                 TIM_SetCompare1(TIM3,0);
    

  117.                         TIM_SetCompare3(TIM3,0);
    

  118.                                 break;                        
    

  119.                 
    

  120.         }        
    


  121. 

  122. }
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:12 | 显示全部楼层
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  1. pwm.h
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:13 | 显示全部楼层
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  1. #ifndef __TIMER_H
    

  2. #define __TIMER_H
    

  3. #include "sys.h"
    

  4. void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc);
    

  5. #endif
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:14 | 显示全部楼层
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  1. pwm.c
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:14 | 显示全部楼层
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  1. #include "timer.h"
    

  2. #include "GPIO.h"
    

  3. //#include "usart.h"
    

  4. //#include "stm32f10x.h"
    

  5. void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
    

  6. {  
    

  7.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  8.         TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    

  9.         TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
    

  10.         
    


  11. 

  12.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);        //使能定时器3时钟
    

  13.          RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
    

  14.         
    

  15.         GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3完全重映射   
    

  16.     /* FULL REMAP  ---   PC6/7/8/9  TIM_CH1/2/3/4*/
    

  17.    //设置该引脚为复用输出功能,
    

  18.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9; //TIM_CH2
    

  19.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
    

  20.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  21.         GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
    

  22.  
    

  23.    //初始化TIM3
    

  24.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
    

  25.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
    

  26.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    

  27.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    

  28.         TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    

  29.         
    

  30.         //初始化TIM3 Channel2 PWM模式         
    

  31.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
    

  32.          TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
    

  33.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
    

  34.         
    

  35.         
    

  36.         TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
    

  37.         TIM_OC1PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);//比较预装载
    

  38.         
    

  39.         TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2
    

  40.         TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器
    

  41.         
    

  42.         TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
    

  43.     TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR3上的预装载寄存器
    

  44.         
    

  45.         TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
    

  46.     TIM_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR4上的预装载寄存器
    

  47.         
    

  48.     TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);//自动重装载
    

  49.         TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3
    

  50. }
    


  51.
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:15 | 显示全部楼层
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  1. main.c
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:16 | 显示全部楼层
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  1. #include "stm32f10x.h"
    

  2. #include "usart.h"        
    

  3. #include "delay.h"
    

  4. #include "sys.h"
    

  5. #include "max6675.h"
    

  6. #include "spi.h"
    

  7. #include "led.h"
    

  8. #include "timer.h"
    

  9. #include "pid.h"
    


  10. 

  11. int main(void){
    

  12.         PID  temperature;
    

  13.     temperature.Set_temperature=50;    //用户设定值
    

  14.         temperature.proportion=20;
    

  15.         temperature.integral=5000;   //积分系数
    

  16.         temperature.differential=1200;   //微分系数
    

  17.         temperature.T=1000;    //temperature计算周期（采样周期)
    

  18.     temperature.error_current=0.0;
    

  19.         temperature.error_last=0;
    

  20.         temperature.error_sum=0;
    

  21.         temperature.pid_proportion_out=0;
    

  22.         temperature.pid_integral_out=0;
    

  23.         temperature.pid_differential_out=0;
    

  24.         temperature.pid_out=0;
    

  25. //        float t1;
    

  26.         float t2,t3;
    

  27.         float temp_error;
    

  28.             float pid_result;
    

  29.             SystemInit();
    

  30.             LED_init();
    

  31.             delay_init();
    

  32.                 uart_init(9600);
    

  33.             max6675_MONI_init();
    

  34.             SPI2_Init();
    

  35.             SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8);//max6675的串行时钟频率为4.3Mhz
    

  36.             SPI1_Init();
    

  37.             SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8);//max6675的串行时钟频率为4.3Mhz
    

  38.         
    

  39. //            PID_Init(50);//PID设置温度
    

  40.         
    

  41.             TIM3_PWM_Init(900-1,0);//不分频。PWM频率=72000000/9999+1/143+1=50hz
    

  42.             TIM_SetCompare1(TIM3,449);        
    

  43.             TIM_SetCompare2(TIM3,300);//
    

  44.             TIM_SetCompare3(TIM3,0);
    

  45.             TIM_SetCompare4(TIM3,900);
    

  46.             while(1)
    

  47.                 {
    

  48.                         
    

  49.                         
    

  50.                         
    

  51.                 GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8);
    

  52.                 GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_12);
    

  53.                 GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2);
    

  54.                 /*温度显示模块*/
    

  55. //                t1=max6675_readTemperature();
    

  56. //                printf("the I temperature is:%.2f\n",t1);
    

  57. //                printf("\n");
    

  58.             t3=max6675_readTemp_III();
    

  59.                 printf("the III temperature is:%.2f\n",t3);
    

  60.                 printf("\n");        
    

  61.                 delay_ms(300);
    

  62.                 t2=max6675_readTemp();
    

  63.                 printf("the II temperature is:%.2f\n",t2);
    

  64.                 printf("\n");        
    

  65.                 temp_error=t2-t3;
    

  66. /*==================
    

  67.         报警函数                                
    

  68. ====================*/
    

  69. if(temp_error>150)        {
    

  70.     printf("warning");
    

  71.     printf("\n");
    

  72.    t2=temperature.Set_temperature;
    

  73. }                
    

  74.                 pid_result=pid_control(&temperature,t2);
    

  75.                 printf("the pid_result is:%.2f\n",pid_result);
    

  76.                 printf("\n");
    

  77.                 GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8);
    

  78.                 GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_12);
    

  79.                 GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2);
    

  80.                 delay_ms(300);        
    

  81.         }
    

  82. }
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 楼主| 发给她更好fh 发表于 2021-4-27 13:24 | 显示全部楼层
代码文件：

链接：https://pan.baidu.com/s/1Zg2zt65BZQi3DycBhGHOAw
提取码：a6jd
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cr315 发表于 2021-4-27 15:11 | 显示全部楼层
支持一下，期待楼主更多作品
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yezunfu317 发表于 2021-7-26 12:01 | 显示全部楼层
厉害
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庞飞彪 发表于 2021-11-15 09:43 | 显示全部楼层
您好，我测试了一下您的代码；有个问题想咨询一下，就我自己测试而言，我设定温度是40度，稳定之后的温度是在39 和 40 之间波动；然后累加误差是个负数，假设为（-200）；这里就稍微有点问题，39度情况下，误差是正数，会逐步使得累计误差减小（-200+6），趋向于0；而40度不存在误差，所以累加误差不变；然后又降到39度，累加误差继续趋向于0；然后就存在一个瞬间打破平衡；就是当累计误差变为正数时，就变成了PID调节（之前的都是采用case中的占空比），此时温度就会产生较大波动；大概会变成37--43度，然后再平衡为之前的状态；这种情况您认为哪里可以改进；
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4546044060 发表于 2022-5-28 16:04 | 显示全部楼层
#技术资源# if (result>900){
                       if(PP->error_current>0)PWM_Out(0);
                           else PWM_Out(1);
                }
                else if (result<-5){
                       if(PP->error_current>0)PWM_Out(0);
                           else PWM_Out(1);
                }
                else if (-5<result&&result<5){
                        PWM_Out(4);
                }        
                else if (result>5&&result<900){
                        if(PP->error_current>0)PWM_CONTROL(result);
                        else PWM_CONTROL(-result);
                }
               
        }
大佬这个900 5 -5 怎么来的呢
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