行业知识
PID温控实验平台搭建（四）——PID温控系统实验代码讲解
2026-11-11 19:42:26
来源：互联网转载
PID温控实验平台搭建
（一）PID基���知识介绍
（二）PID进阶知识介绍及源码分享
（三）从零开始搭建STM32温控实验平台
（四）PID温控系统代码讲解
（五）最终实验现象与总结
文章目录
前言
一、主程序功能描述
二、部分代码讲解
1、PID程序
2、PWM输出
3、DS18B20传感器代码
4、OLED显示
总结
前言
最近，我突发奇想去翻阅了一些我本科期间所做的一些小项目，发现都挺有意思的！当年做这些项目的时候可走了很多弯路，所以想着可以将它们上传到网络上，并通过我的讲解文章可以帮助你们少走一些弯路！
今天，我要分享的是一个PID温控实验平台的搭建，因为我想要讲的详细一点，所以打算做成一个系列，手把手地教你学习和认识PID算法，了解这种算法在温度控制中的应用。由于我知识有限，如果出现一些错误，希望大家可以帮助我指出来，我们一起学习进步！！！
一、主程序功能描述
主函数的运行过程：
在开始温控之前，会先进行一段时间的软件配置，软件配置成功后。当DS18B20温度传感器检测到温度低于起始温度（30°C）时，将会开始加热到起始温度（30°C）；当高于起始温度（30°C）时，将会冷却等待，直到温度达到起始温度（30°C）；而温度变化数据将会实时显示在OLED屏幕上，让我们可以实时观察到控温趋势，并且通过串口发送及VOFA++上位机显示，实验数据曲线可以实时显示在电脑屏幕上，最终便于我们总结规律，得出结论。
VOFA++上位机
这是一款最直观、灵活、强大的插件驱动高自由度的上位机，我们通过特定的数据格式，来获得实时的数据曲线，便于我们直观地总结规律，归纳结论，并且VOFA++自由度很高，可以定制化数据的可视化方式，从而让我们可以更便捷地整定PID参数！
图1 VOFA++上位机
流水灯含义解释：
1）红灯闪烁代表正在进行配置所有软件；
2）绿灯闪烁代表加热棒正在工作，PID控制正在进行；
3）黄灯闪烁代表正在加热到起始温度（30°C）；
4）蓝灯闪烁代表正在冷却到起始温度（30°C）；
5）青灯亮起代表马上进入PID温控；
（主程序代码）
/******************main.c***********************/// 温度float T=0.0;// 媒介变量int i = 0;// 定义PID结构体并初始化PID pid;// 一次PID调节的时间#define WAIT_TIME 20// 采样时间#define SAMPLE_TIME 200// 最大输出#define MAX_OUT 10000// 数组的元素的个数#define ARR_NUM 4// PID参数const float Kp = 90;const float Ki = 0.15;const float Kd[ARR_NUM] = {1000,2000,3000,4000};// 声明void All_Soft_Config(void);void Wait_Temperature_Init(void);// 可以循环测试PID参数（1、参数改宏改；2、PID初始化改）int main(){// 所有软件配置All_Soft_Config();for(uint8_t n=0;n=110 || i >=(WAIT_TIME*60)*1000/SAMPLE_TIME){for(uint8_t zero_time=0;zero_time= (2*60)*1000/SAMPLE_TIME)&&(T 30){// 蓝灯闪烁等待温度降下来LED3_TOGGLE// DS18B20更新温度T = DS18B20_Update_Temperature();OLED_display_DS18B20(T);printf("温度为%.4f℃\n",T);SysTick_Delay_ms(1000);}// 青灯亮起LED_CYAN;SysTick_Delay_ms(1000);}// 温度小于30度else{// 1000 加热Pulse_Wave = 0.1*MAX_OUT;LED_YELLOW;// 加热到33度附近while(T 2*60*2){LED_CYAN;printf("线掉了....\n");Pulse_Wave = 0;while(1){;;}}}goto chill;}} 二、部分代码讲解
1、PID程序
PID程序已经在上一节介绍过了，不再赘述！
PID温控实验平台搭建（二）——PID进阶知识介绍及源码分享https://blog.csdn.net/qq_35953617/article/details/127849549https://blog.csdn.net/qq_35953617/article/details/127849549
2、PWM输出
/******************bsp_pwm.h***********************//************通用定时器TIM参数定义，只限TIM2、3、4、5************/// 当使用不同的定时器的时候，对应的GPIO是不一样的，这点要注意// 我们这里默认使用TIM3/* ---------------- PWM信号 周期和占空比的计算--------------- */// ARR ：自动重装载寄存器的值// CLK_cnt：计数器的时钟，等于 Fck_int / (psc+1) = 72M/(psc+1)// PWM 信号的周期 T = ARR * (1/CLK_cnt) = ARR*(PSC+1) / 72M// 占空比P=CCR/(ARR+1)/* PWM波占空比(0 ~ 10000) */extern uint16_t Pulse_Wave;// 选择TIM3通用定时器#define TEMP_PWM_TIM TIM3#define TEMP_PWM_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd#define TEMP_PWM_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM3// ARR的值为 10000,实际装载 Pulse_Wave 次,频率F = 100Hz#define TEMP_PWM_TIM_Period (10000-1)// 分频因子为 72-1#define TEMP_PWM_TIM_Prescaler (72-1)// PWM的脉冲宽度为 5000,占空比得出是50%#define TEMP_PWM_TIM_Pulse Pulse_Wave#define TEMP_PWM_TIM_CCRx CCR1// TIM3 输出比较通道1#define TEMP_PWM_TIM_CH1_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC#define TEMP_PWM_TIM_CH1_PORT GPIOC#define TEMP_PWM_TIM_CH1_PIN GPIO_Pin_6// TIM3中断配置#define TEMP_PWM_TIMx_IRQn TIM3_IRQn //中断#define TEMP_PWM_TIMx_IRQHandler TIM3_IRQHandler/******************bsp_pwm.c***********************//* PWM波占空比(0~10000) */uint16_t Pulse_Wave = 0;/** * @brief TIM定时器GPIO口配置 * @param 无 * @retval 无 */static void TEMP_PWM_TIM_GPIO_Config(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 开启重映射时钟（非常重要）RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);// 输出比较通道1 GPIO 初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(TEMP_PWM_TIM_CH1_GPIO_CLK, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TEMP_PWM_TIM_CH1_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(TEMP_PWM_TIM_CH1_PORT, &GPIO_InitStructure);}/** * @brief 配置嵌套向量中断控制器NVIC * @param 无 * @retval 无 */static void NVIC_Config_PWM(void){ NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* Configure one bit for preemption priority */ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); /* 配置TIM3_IRQ中断为中断源 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TEMP_PWM_TIMx_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}///*// * 注意：TIM_TimeBaseInitTypeDef结构体里面有5个成员，TIM6和TIM7的寄存器里面只有// * TIM_Prescaler和TIM_Period，所以使用TIM6和TIM7的时候只需初始化这两个成员即可，// * 另外三个成员是通用定时器和高级定时器才有.// *-----------------------------------------------------------------------------// *typedef struct// *{ TIM_Prescaler 都有// *TIM_CounterMode TIMx,x[6,7]没有，其他都有// * TIM_Period 都有// * TIM_ClockDivision TIMx,x[6,7]没有，其他都有// * TIM_RepetitionCounter TIMx,x[1,8,15,16,17]才有// *}TIM_TimeBaseInitTypeDef; // *-----------------------------------------------------------------------------// *//* ---------------- PWM信号 周期和占空比的计算--------------- */// ARR ：自动重装载寄存器的值// CLK_cnt：计数器的时钟，等于 Fck_int / (psc+1) = 72M/(psc+1)// PWM 信号的周期 T = ARR * (1/CLK_cnt) = ARR*(PSC+1) / 72M// 占空比P=CCR/(ARR+1)static void TEMP_PWM_TIM_Mode_Config(void){ // 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72MTEMP_PWM_TIM_APBxClock_FUN(TEMP_PWM_TIM_CLK,ENABLE);/*--------------------时基结构体初始化-------------------------*/// 配置周期，这里配置为100KTIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;// 自动重装载寄存器的值，累计TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=TEMP_PWM_TIM_Period;// 驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1)TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= TEMP_PWM_TIM_Prescaler;// 时钟分频因子 ，配置***区时间时需要用到TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;// 计数器计数模式，设置为向上计数TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;// 重复计数器的值，没用到不用管TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;// 初始化定时器TIM_TimeBaseInit(TEMP_PWM_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);// //改变指定管脚的映射 这里选择的是TIM3完全重映射（非常重要）GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3 ,ENABLE);/*--------------------输出比较结构体初始化-------------------*/TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;// 配置为PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;// 输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;// 输出通道电平极性配置TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;// 空闲时的电平(低电平)TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;// 输出比较通道 1TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = TEMP_PWM_TIM_Pulse;TIM_OC1Init(TEMP_PWM_TIM, &TIM_OCInitStructure);//使能预装载TIM_OC1PreloadConfig(TEMP_PWM_TIM, TIM_OCPreload_Enable);//使能TIM重载寄存器ARRTIM_ARRPreloadConfig(TEMP_PWM_TIM, ENABLE);// 使能计数器TIM_Cmd(TEMP_PWM_TIM, ENABLE);// 主输出使能(通用定时器不需要)//TIM_CtrlPWMOutputs(TEMP_PWM_TIM, ENABLE);//使能update中断TIM_ITConfig(TEMP_PWM_TIM, TIM_IT_Update, ENABLE);// PWM 中断设置NVIC_Config_PWM();}// 定时器配置void TEMP_PWM_TIM_Init(void){// GPIO设置TEMP_PWM_TIM_GPIO_Config();// 定时器模式设置TEMP_PWM_TIM_Mode_Config();// 以往脉冲存储起来Pulse_Update_Temp = Pulse_Wave;}/******************stm32f10x_it.c***********************/extern float T;/* PWM波中断服务函数 */void TEMP_PWM_TIMx_IRQHandler(void){if (TIM_GetITStatus(TEMP_PWM_TIM , TIM_IT_Update) != RESET)//TIM_IT_Update {// 温度达到120警戒if(T >=120){printf("DS18B20温度目前超过120度,必须停下来...");// 让PWM波的值为0TEMP_PWM_TIM -> TEMP_PWM_TIM_CCRx = 0;LED_PURPLE;// 程序在这卡***while(1){;;}}if (Pulse_Update_Temp != Pulse_Wave){// 修改CCR的值TEMP_PWM_TIM -> TEMP_PWM_TIM_CCRx = Pulse_Wave;//根据PWM表修改定时器的比较寄存器值Pulse_Update_Temp = Pulse_Wave;}TIM_ClearITPendingBit(TEMP_PWM_TIM, TIM_IT_Update);//必须要清除中断标志位}} 3、DS18B20传感器代码
/******************bsp_one_wire.h***********************/#include "stm32f10x.h"/************（单总线）DS18B20温度传感器相关************/#define ONE_WIRE_GPIO_PORT GPIOB#define ONE_WIRE_GPIO_PIN GPIO_Pin_9#define RCC_ONE_WIRE_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB/******************bsp_one_wire.c***********************/#include "bsp_one_wire.h" #include "bsp_systick.h"/** * @brief （单总线）DS18B20温度传感器DQ口配置(开漏输出) * @param 无 * @retval 无 */void DS18B20_GPIO_Config(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 输出比较通道1 GPIO 初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_ONE_WIRE_CLK, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ONE_WIRE_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(ONE_WIRE_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);}/** * @brief DS18B20开始温度变换 * @param 无 * @retval 无 */void DS18B20_ConvertT(void){// GPIO配置DS18B20_GPIO_Config();OneWire_Init();OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);}/** * @brief DS18B20读取温度 * @param 无 * @retval 温度数值 */float DS18B20_ReadT(void){unsigned char TLSB,TMSB;int Temp;float T;OneWire_Init();OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);OneWire_SendByte(DS18B20_READ_SCRATCHPAD);TLSB=OneWire_ReceiveByte();TMSB=OneWire_ReceiveByte();Temp=(TMSB4)|0x10);OLED_Write_Cmd((x&0x0f)|0x01);} /** * @brief OLED_Fill，填充整个屏幕 * @param fill_Data:要填充的数据* @retval 无 */void OLED_Fill(unsigned char fill_Data)//全屏填充{unsigned char m,n;for(m=0;m
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