图二、电路图
5
4 软件设计
在该温度控制系统中，温度信号要经过周期采样、数字滤波、PID运算、输
出等过程 周期采样程序
在计算机内部，执行算法时，需要将外部信号经行离散化处理，需要对外部模拟信号进行周期采样。从理论上讲，采样频率越高，失真频率越小，但从控制器本身而言，大都依靠偏差信号E(K)进行调节器计算。当采样周期T太小时，偏差信号也会过小，此时计算机将会失去调节作用，而采用周期过长又会引起误差，因此采样周期必须综合考虑，一般而言采样周期根据外部信号变化快慢而定，如在该温度控制系统中，水箱温度变化比较缓慢，因此采样时间应该适应大一些。 PID程序
PID调节由比例、积分调节、微分调节三者组成，是技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式。PID调节的实质就是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用于控制输出。在实际应用中，根据被控对象的特征和控制要求，可灵活的改变PID的结构，取其中一部分环节构成控制规律，如比例调节、比例积分调节、比例积分微分调节等。
6
5 课程设计内容及过程：
5.1 18B20安装过程：
这个安装比较重要，因为这个正反极安反后果就是立马烧掉，不注意的话在后面烧水刚开始时很可能就烧掉了这个元件。并且要讲引脚全部都用胶带缠上，因为安装18B20的管子不是严格密封的，所以必须保证它进水之后不短路。安装这个还是要小心的。
5.2 电路板焊接与调试过程：
这个考验人的焊接技术与信心程度，因为一个点焊错了，电路板都不可能工作。而且要看各个元器件的引脚是否正确。我在焊接电路板的时候犯了一个严重的错误，就是把7805和BAT06两个器件搞混了，自然焊出来没效果，这是在上电之前就发现的。这个拆的过程很辛苦，没有吸锡器，而且拆下来的时候很容易把焊盘弄掉。我就吃了这个亏，所以，做什么事还是要用心，三思而后行。特别是不能嬉笑着去工作（这个错误就是和旁边的同学一边聊天一边焊接出现的），这给我们同以后工作提个醒，否则出了什么生产事故可是要负责的。当然这个焊接下来还是没什么问题的。但是在调试板子的时候就出现问题了。首先是上电之后指示灯不亮。仔细分析下电源电路后发现7805那部分有问题，用万用表测完发现电就没供上来。所以肯定是引脚那里有问题。后来发现是虚焊了第一脚。接上之后，指示灯算是亮了。下来调试LCD液晶显示。调了变阻器后竟然没显示，以为测试程序没少进去，再次烧了一边后还是没显示，还以为是液晶坏了，拔下来插另外板子上能亮。没办法，再查下其他器件引脚电平情况，+5v与接地（开始之前已经查了一边，正常），还是在别人的帮助下找到问题。根源还是在7805----另外一个引脚也虚焊。这个还是浪费了很长时间，在这之后，板子基本正常工作了。但由于7805那里经常出问题，所以每次烧水的时候都是把板子垫起来的。
7
6 程序调试过程：
首先，对测试程序进行了测试，由于是纯比例控制，所以超调很大，震荡很剧烈，印证了所学的知识。刚开始都是一个熟悉调试的过程。一个好的温度控制系统应该和加的水的多少没有关系，但是毕竟对自己几斤几两还是有那么一点认识的，所以自己弄得肯定和加水的多少有关系，因此就刚开始加少量水，再加多量水比较，发现关掉加热后，靠热惯性水的温度还是会上升，并且水少水多温度上升大概是7到10度。而且占空比0.25是可以保证温度缓速增长的，在温度高于设定值的时候，为了不至于温度降得太快，可以用0.05的占空比保持一下。这些值都是在经过很多次试验后得到的比较理想的值。而且其动态的性还是基本满足要求的。当然这只是试验，毕竟是要控制算法的。
在这过程中，查过很多资料，比如积分分离PID，串级PID史密斯预估器，专家控制，模糊控制等，书到用时方恨少啊，发现自己知识还真是匮乏。当然课本上也有这方面的知识，比如过程控制书，是很好的参考资料。当然也有经典的PID，形式如下：
当然由于此次为温度采样，必须进行离散化，积分写成和的形式，微分写成差分形式。虽然经典PID现在在很多领域都有很大用处，但参数也不是那么好调，所以大家选择更好效果的积分分离PID：
积分分离即是在高于某个设定值时才加入积分，之前用常规PID，这样做的好处是上升时间快，稳态误差小等。并且从工程控制书上得知，在加入积分的时刻，适当的减小比例作用，会得到较好的结果。
而由于我之前大量烧水总结的经验，并且自己开始用的也不是经典PID，所以，就分了两个模式，水多和水少，因为热惯性使其上升温度不一样，所以分水多水少模式，通过占空比的改变就可以基本上控制。当前值与设定值差值在10度以外全速加热，十度以内改变占空比，水少的时候占空比0.25就可以保证其上升到设定值，水多的时候把十度又分文两个阶段，误差2到10度，占空比0.55，误差0到2度，占空比5，这样可以保证水温一定能上升上去。超过设定值占空比改为0.05保持。这些占空比的改变都是建立在多次的试验上面的。 6.1 程序清单 控制程序如下：
int PIDCalc1(int NextPoint) { int i; Error = SetPoint - NextPoint; if(Error>100) i=1; else if(Error<0) i=2;
8
else if(20 // 偏差 switch(i) { case 1: return 20; break; case 2: return 1; break; case 3: return 11; break; case 4: return 5; break; } } int PIDCalc2(int NextPoint) { int i; Error = SetPoint - NextPoint; if(Error>100) i=1; else if(Error<0) i=2; else if(0 { case 1: return 20; break; case 2: return 1; break; case 3: return 5; break; } } 这样上电后通过键盘来切换模式： while(1) { num=keyscan(); fl=num; if(fl>0) break; } 按下相应的键，切换成相应的模式烧水。效果基本满足要求。这是第一个。 第二个是个积分分离的程序： int PIDCalc(int NextPoint) 9