基于PID的单片机温度控制系统设计论文

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基于PID的温度控制系统设计

摘  要
. ]' }& i' P$ y1 ^* [8 p温度是工业上最基本的参数，与人们的生活紧密相关，实时测量温度在工业生产中越来越受到重视，离不开温度测量所带来的好处，因此研究控制和测量温度具有及其重要的意义。
本设计介绍了以AT89C52单片机为主控器件，基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。由DS18B20收集温度信号，并以数字信号的方式送给单片机进行处理，从而达到温度控制的目标。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路由主控器件、温测电路、温控电路和显示电路等组成。软件设计部分包括：显示电路、温度信号处理，超温警报、继电器控制、按键处理等程序。
关键词：温度检测，温度控制，PID算法
7 U, v& u$ q2 i. i2 v  M4 v
& F  M4 F. t& K- j3 N
目录
* d% C3 d; _( ~  n6 W' U; i摘  要        III
Abstract        IV
1绪论        1
1.1课题的来源        1
1.2课题的意义        1
1.3课题研究的主要内容        1
, `, f1 P$ X1 a+ A/ d& B, _- P2硬件设计        3
2.1单片机控制模块的设计        3
2.1.1 AT89C52单片机简介        3
, I- ^2 l7 c( V$ U/ j* `2.1.2 单片机的引脚功能        4
7 W" W( h* q$ g# m2.1.3 单片机控制模块的电路设计        5
2 e, G9 v( l4 \9 }3 N  a2.1.4 电源设计        6
0 H, V) m3 v; F6 H6 k2.2温度采集模块的设计        7
8 u3 H) i1 ?! t8 {: f2.2.1 DS18B20芯片的简介        7
8 ?+ U. n$ g& L5 b2.2.2 DS18B20的内部结构        8
/ V8 a% a6 `+ e7 j7 v# Y1 b- J2.2.3 DS18B20的供电方式        10
+ a9 S- X# Y  y2.2.4 DS18B20的引脚功能        10
$ P# x* l9 @$ `+ F. N, ^: k2.3温度控制模块的设计        11
2.4按键及显示模块的设计        12
8 E' h, e- l7 n2.4.1 LCD1602的参数和引脚功能        12
2.4.2 LCD1602的特点        13
8 f/ b6 E4 }: z8 O2.4.3 按键电路的设计        13
) W- K' E$ S: r0 c2.5报警模块的设计        14
3软件设计        16
3.1主程序的设计        16
- H8 K2 S% I& `; o$ }3.2DS18B20读温度程序的设计        16
" K! `* Y! B7 `1 C1 w8 Q3.3键盘扫描程序的设计        17
/ I: H0 U$ e8 Y) J/ {1 y3.4报警处理程序的设计        18
$ p+ b2 _( q1 T8 k3.5PID控制算法        18
4系统仿真        22
  u2 y! D8 F0 h) h3 ]/ R2 [4 d0 J参考文献        27
致谢        28
7 E4 U, c/ ]2 M8 @附录        29
) i0 i0 u8 V) `* e' P

1绪论
1.1课题的来源
( C8 e% I& O3 h3 E: t5 Z. e- i在食品加工、化工、冶炼等工业控制和生产中，在工业生产和日常生活中经常要用到温度检测和控制。以及各种各样的加热炉、热处理器等，都对温度有着严格的要求。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的通常是电压，再转换成相应的温度值，在硬件方面是个难点，而且从设计和调试的角度来讲都是很复杂的，以及高昂的制作成本。但采用DS18B20作为温测元件，然后用单片机对温度进行控制，可以大幅度提高温度控制的技术指标，而且还具有控制方便、简单、灵活等特点。单片机已经渗透到我们生活的各领域，仪表仪器、家用电器、航空航天、计算机通讯网络和数据的传输，包括工业自动化的实时控制和数据处理等，这些都离不开单片机。用单片机可构成丰富多样的数据采集系统和控制系统。像工厂流水线智能化的管理、电梯智能化的控制、多种报警系统，都可以与计算机联网构成二级控制系统等。
1.2课题的意义
温度传感器是测量温度的关键，现在温度传感器正由模拟式向数字式、集成化向智能化、网络化的方向发展。在测量温度的电路中，使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，先进行A/D转换，然后用单片机进行数据的处理，再在显示电路上，将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换电路，因此电路的设计比较复杂。
继而想到可以采用智能温度传感器来设计数字温度计。本数字温度计的设计采用美国半导体公司DALLAS推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，其温度值可以直接被读出来，通过单片机AT89C52的读写和显示，然后用LCD1602来进行显示。它的测温范围为－55℃～＋125℃，最大分辨率可达0.0625℃。而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
) t- O1 Z' n2 e( y7 [6 l1.3课题研究的主要内容
* U+ x- H3 `% o) h2 L" \2 r1、总体设计的内容
% M  v6 d; v2 W6 D/ ^总体设计的主要内容有：利用单片机作为系统的主控制器，利用DS18B20作为温度传感器，将信号送入单片机进行处理，经过PID算法后，单片机的输出用来控制加热棒的输出功率，从而实现对温度的控制。
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PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理
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