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须综合考虑。
根据经验，被测参数为温度时，采样周期一般为15－20秒，为尽量提高控制精度，本系统采样周期确定为10秒钟。
(2) 正反作用的选取
控制器正、反作用的选择原则，是要使系统成为一个负反馈系统。一般有两种选择方法：逻辑推理方法和方块图法。
按逻辑推理法来定，如下流程：
首先可确定所用的阀门（固态继电器）为气开型，则有下列推理：1假设温度升高→2要求阀关小→3要求阀上信号减小→4要求控制器比例作用输出信号减小。由上面的推理，控制器需用反作用型。
模拟系统中调节器的正、反作用是靠改变模拟调节器中的正反作用开关的位置来实现。而在数字PID调节器中，可用两种方法来实现。一种方法是通过改变偏差E（k）来完成。其做法是，正作用时，E(k)=M(k)－R(K)；反作用时，则E(k)=R(K)－Ｍ(ｋ)，程序的其他部分不变。另一种方法适用于增量型计算式(2-9)中，本系统没用到，所以不多介绍。我们要选用反作用型，则应使用E（k）=R（k）－Ｍ(ｋ)(其中Ｒ(ｋ)表示设定值，Ｍ(ｋ)表示测量值）。
(3) 积分饱和方法的确定
在模拟系统中，由于积分作用，将使调节器的输出达到饱和。为了克服这种现象，又研究出抗积分饱和型PID调节器，同样，在数字PID调节器中也存在着同样的问题。
数字PID调节器消除积分饱和的方法有：削弱积分法、有效偏差法及积分分离法等。
a)削弱积分法
这种修正方法的基本思想是：一旦控制量进入饱和区，则停止进行增大积分的运算。具体地说，在计算P（k）值时，首先判断一下上一采样时刻控制量P（k-1）是否已超过限制范围，如果已超出，将根据偏差的符号，判断系统的输出是否已进入超调区域，由此决定是否将相当偏差计入积分项。
b)有效偏差法
当位置型PID算式算出的控制量超出限制范围时，控制量实际上只能取边界值，
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即：
P(k)?Pmax（通常为100%阀位）
或
P(k)?Pmin （通常为0%阀位）
c)积分分离法
设给定值为R（k），测量值为M（k），最大允许偏差为A，则积分分离控制的算式为
??A时，为PD控制E?k??R?k??M?k???
?A时，为PID控制? 为了系统实现稳定方便，本设计采用有效偏差法较好。
6 系统最终方案的确立
经上述对微机恒温系统设计的分析，我们确定了本系统的数字PID算法的基本算式：P(k)?P(k?1)?KP?E(k)?E(k?1)??KrE(k)?KD?E(k)?2E(k?1)?E(k?2)?；在PID运算的基础上加上了前馈控制；用调功的方法来实现系统输出控制；为了使系统的稳定性能更加稳定，性能更加完好，我们加入了抗积分饱和处理；经过一定的思考后，又加上了分程控制的方法，在温度偏差较大时，将输出置为全开（或全闭）来实现系统的快速性。通过以上处理与分析，整个微机恒温控制系统的控制方法实现就基本上确定了。
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三 微机恒温控制系统的硬件设计过程
电热水暖微机自动控制系统的硬件原理图如下图3-1所示。
三相电热恒温炉 18B20温度 数字传感器 信号线 232串口线 数据采集 与监测 上位机 控制线 三相固态继电器 电源线 PID控制 单片机系统 A B C ～380V三相电压
图3-1 整个系统硬件原理图
从图3-1中可以观察到：在三相四线制中，我们取任意取其一相，它对地的电压都是220V，经220～6.3V交流变压器，变为低压后，经全桥整流后，得到的7.7V直流，（滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路），本次设计用的是在负载两端并联电容器来滤波的，滤波后经稳压管7805稳压后就可以得到+5V电压作为单片机小系统的供电电源。从经过整流桥后出来的直流电压7.7V经电阻分压后作为前馈送入到ADCTLC0832中进行A/D转换。三相交流电经固态继电器后连接到加热炉丝上，加热炉丝接法为星形接法。温度传感器DS18B20测得的温度送到控制器（单片机小系统），控制器经过运算就可以得到输出控制量。
1 温度传感器DS18B20
传感器DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线数字温度传感器，它的测温范围是-55～+125℃。分辨率为0.0625℃，在-10～+85℃范围内其测温准确度为±0.5℃。他体积小，功耗低，抗干扰能力强，易于微机处理连接，无需任何外围硬件即可方便的进行温度测量。与单片机交换信息仅需要一根I/O口线，其读/写及温度转换的功率也可来源于数据总线，而无需额外电源。每片DS18B20都有全球惟一的识别号，因
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而特别适合于构成多路、多点温度测量系统。
DS18B20是一种单总线数字传感器，‘单总线’技术理论上可接600～700个传感器。下图3-2是DS18B20的几种封装形式图，具体的引脚说明可查看相关资料。
BOTTOM VIEW DALLAS DS18B20 1 2 3 GND DQ VDD 1 2 3 6 5 4 DS18B20P TSOC NC NC NC 1 2 3 DS18B20 TO-92 PACKAGE NC NC NC NC DQ为数字信号输入/输出端 GND为电源地 GND DO VD 较 较 NC NC VDD DQ 1 2 3 4 8 7 6 5 VDD外接供电电源输入端 NC表示空脚 DNC表示不连接 DS18B20Z 8-PIN SOIC(150-MIL) 图3-2 封装形式图
DS18B20的64位ROM保存了设备的惟一序列号。64位激光ROM从高位到低位依次由8位CRC、48位列号和8位家族代码（28H）组成。高速闪存包含2字节的温度寄存器，保存了温度传感器的温度输出，还提供了上限（TH）和下限（TL）报警寄存器、配置寄存器的访问。
DS18B20利用Dallas的单总线控制协议，实现了利用单线控制信号在总线上进行
通信。由于所有的设备通过漏极开路端（即DS18B20的DQ脚）连在总线上，控制线需要一个上拉电阻（大约5千欧）。在这一总线系统中，微控制器（主控设备）通过惟一的64位序列码识别和访问总线上的器件。由于每一设备有惟一的编码，连在总线上可被访问的器件数实际上是无限的
(1) 供电的方式
a)使用寄生电源方式，在发生温度变化时，在I/O线上提供一上拉电阻。如图3-3图所示，通过使用一MOSFET把I/O线直接拉到电源可达到这一点。此时，VDD必须接地。
b)采用外部电源供电的方式，外部电源部连接到VDD引脚，I/O线上不要求上拉电阻。如图3-4所示。
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+5V +3～+5V DS18B20 R uP 4.7K? GND I/O 4.7K? J 3 2 1 DS18B20
VDD
P1.0 图3-3 寄生电源方式图 3-4 外部电源供电的方式
对于上述两种供电方式，从系统的可靠性考虑，系统采用的是外部电源供电方式。
(2) 传感器DS18B20的测温原理
低温系数振荡器输出的时钟脉冲信号通过由高温系数振荡器产生的门开通周期而被计数值来测量温度。计数器被预置为与-55℃对应的一个基数值，如果计数器在高温系数振荡器输出的门周结束前计数到零，表示测量的温度高于-55℃的温度寄存器的值就增加一个增量，同时为了补偿温度振荡器的抛物线特性，计数器被斜率累加器所决定的值进行预值，时钟再次使计数器计数直至零，如果门通时间仍未结束，那重复此过程，直到高温度系数振荡器的门周期结束为止。这是温度寄存器中的值就是被测的温度值。DS18B20的测温原理如图3-5所示。
斜率累加器 预置 预置 低温度 系数振荡器 高温度 系数振荡器 计数器 = 0 +1 比较 温度寄存器 停止 计数器 = 0
图3-5 DS18B20的测温原理
(3) 传感器DS18B20的读/写
访问DS18B20的顺序如下：
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