基于单片机的pid温度控制系统设计
基于单片机的智能温度控制系统设计
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基于单片机的炉温温度控制系统设计
摘要在工业生产过程中，往往需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉的温度进行检测和调节，因此需要一种合适的系统对其温度进行精确控制。
由于单片机具有低功耗、高性能、可靠性好、易于产品化等特点，因此采用单片机对温度进行控制不仅节约成本，控制方法灵活多样，并且可以达到较高的控制精度，从而能够大大提高产品的质量，因此单片机被广泛应用在中小型控制系统中。
自动控制技术尤其是温度控制技术在国内外得到广泛的应用和发展。
时滞效应始终困扰着其实际应用，为此人们发明了多种控制方法来解决时滞问题，例如比例控制方式、DDC控制方式。
本文将针对一种温度控制方式进行学习，并设计一个以AT89S52单片机为核心、利用新型集成化智能1-Wire总线数字温度传感器DS18B20实现的温度采集控制系统，同时还阐述了直接数字控制（DDC）控制算法。
本系统按照模块化程序设计思想，完成了对系统软件部分的设计，给出了各个功能模块的设计思想和流程图。
温度采集控制系统不但能够准确地进行温度数据的采样转换，稳定进行升温、恒温的控制过程，而且可以记录温度—时间对应关系，并以现今广泛使用的液晶显示器作为输出设备，使数据读取更加直观。
现场仿真表明，该系统在测试过程中工作稳定，满足设计要求。
本设计采用以8位AT89S52单片机作为系统的CPU。
使用电加热器升温，配合键盘输入，液晶显示器显示。
具有硬件结构简单、人机界面友善、管理功能健全、系统可靠性高、记录数据准确、使用维护方便等优点。
关键字：温度采集系统；单片机；DS18B20；温度控制The Design of Furnace Temperature Control System Based onSingle Chip MicrocomputerAbstractIn the industrial production process, often require various types of furnace, heat treatment furnace, reactor temperature detection and regulation, so it needs a proper system of precise control of its temperature. as low power consumption single chip, high performance, reliability, easy-to-market commodity and so on, so to control the temperature using SCM not only save on cost, control method of flexible and diverse, and can achieve higher precision, which can greatly enhance the quality of the product, so SCM is widely used in the Small control system.The automatic control technique is a temperature particularly controls technique at domestic and international get the extensive application with develop. Time postpone effect perplex always in fact on the occasion of applied, for this person invents various controls method to resolve the problem of Time postpone. This paper introduces a design of temperature data acquisition system based on single-chip AT89S52. The system collects temperature data through 1-Wire Digital Thermometer DS18B20, and the control algorithm of DDC parameters is presented.This system according to mold a design for turning procedure design toughing, completing to system software part of designs, giving each function mold piece thought with flow chart. A function temperature control system can proceed accurately the data adopts the kind converts, stabilizing the proceeding heat, the control process of the constant temperature, and can satisfy completely to the request of the system accuracy. and can show them to the operators by the way of the Liquid Crystal Display. This system used the present the usage the LCD and actions output equipments, make data kept the view more. The results of the simulation show that the system works stably and meets the expected design requirements.The temperature data acquisition and control system adoption with 8 bit AT89S52 single a machine for system CPU. The usage electricity heating apparatus heats, matching with the keyboard importation, displays with the LCD. It has simple structure, high system reliability, and the data recorded are reliable and the operation and maintenance are convenient.Key words: temperature data acquisition system; single-chip; DS18B20; temperature control目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 选题的目的和意义 (2)1.3 炉温控制的国内外研究现状及发展趋势 (2)1.4 本系统的任务和本文的主要内容 (4)2 系统总体分析与设计 (5)2.1 系统方案选择 (5)2.1.1 主控芯片单片机的选型 (5)2.1.2 温度传感器的选择 (5)2.2 系统的组成和工作原理 (6)2.3 系统主要元件介绍 (7)2.3.1 AT89S52单片机简介 (7)2.3.2 1602液晶显示器 (10)2.3.3 DS18B20数字温度传感器 (14)2.3.4 固态继电器 (18)2.4 本章小结 (19)3 硬件系统设计 (20)3.1 单片机的最小应用系统 (20)3.2 温度采集转换系统 (21)3.3 升温驱动控制系统 (22)3.4 键盘显示系统 (23)3.5 报警系统 (25)3.6 系统电源模块 (26)3.7 本章小结 (27)4 软件系统设计 (28)4.1 软件总体设计 (28)4.2 系统初始化函数 (29)4.3 控制函数 (30)4.4 读温度子程序 (31)4.5 键盘显示函数 (32)4.6 时间函数 (33)4.7 本章小结 (34)5 系统的调试与仿真 (35)5.1 软件调试 (35)5.2 硬件调试 (36)5.3 本章小结 (37)6 结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录1 (1)附录2 (18)1 绪论1.1 课题背景及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制，在许多工业场合中都是重要的环节。
基于单片机的PID恒温控制系统设计
基于单片机的PID恒温控制系统设计1. 引言恒温控制系统在现代工业生产中起着至关重要的作用，它能够确保生产过程中的温度稳定，从而保证产品质量和生产效率。
而PID控制器作为一种常用的控制器，具有简单易实现、稳定可靠等优点，被广泛应用于恒温控制系统中。
本文基于单片机的PID恒温控制系统设计，旨在研究和实现一种高效、精确的恒温控制方案。
2. 系统设计原理2.1 PID控制原理PID控制器是由比例项（P项）、积分项（I项）和微分项（D项）组成的。
比例项根据当前误差与设定值之间的差距来调整输出；积分项根据误差累积来调整输出；微分项根据误差变化率来调整输出。
PID控制器通过不断调整输出值与设定值之间的差距，使得系统能够快速、稳定地达到设定值。
2.2 单片机原理单片机是一种高度集成化、功能强大的微处理器芯片。
它具有处理能力强、可编程性好等特点，在工业控制领域得到广泛应用。
单片机可以通过输入输出端口与外部设备进行信息交互，通过控制算法调整输出信号，实现对恒温控制系统的精确控制。
3. 系统硬件设计3.1 传感器恒温控制系统中的传感器用于实时监测温度值，并将其转化为电信号输入给单片机。
常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻等。
本设计中选择热敏电阻作为温度传感器。
3.2 控制器本设计中选择常用的STC89C52单片机作为控制器，它具有丰富的外设接口和高性能的处理能力，能够满足恒温控制系统的需求。
3.3 作动器作动器是恒温控制系统中负责调节环境参数（如加热、冷却等）以实现恒温目标的设备。
本设计中选择继电器作为作动器，它可以根据单片机输出信号来切换加热和冷却设备。
4. 系统软件设计4.1 温度采集与处理单片机通过模拟输入端口采集到来自传感器的模拟信号，然后通过模数转换器将其转化为数字信号。
接下来，通过算法对采集到的温度值进行处理，得到误差值。
4.2 PID算法实现PID算法的实现是整个恒温控制系统的核心。
根据采集到的误差值，通过比例、积分和微分三个参数来调整输出信号。
基于单片机的室内温度控制系统设计与实现
基于单片机的室内温度控制系统设计与实现1. 本文概述随着科技的发展和人们生活水平的提高，室内环境的舒适度已成为现代生活中不可或缺的一部分。
作为室内环境的重要组成部分，室内温度的调控至关重要。
设计并实现一种高效、稳定且经济的室内温度控制系统成为了当前研究的热点。
本文旨在探讨基于单片机的室内温度控制系统的设计与实现，以满足现代家居和办公环境的温度控制需求。
本文将首先介绍室内温度控制系统的研究背景和意义，阐述其在实际应用中的重要性和必要性。
随后，将详细介绍基于单片机的室内温度控制系统的设计原理，包括硬件设计、软件编程和温度控制算法等方面。
硬件设计部分将重点介绍单片机的选型、传感器的选取、执行机构的搭配等关键环节软件编程部分将介绍系统的程序框架、主要功能模块以及温度数据的采集、处理和控制逻辑温度控制算法部分将探讨如何选择合适的控制算法以实现精准的温度调控。
在实现过程中，本文将注重理论与实践相结合，通过实际案例的分析和实验数据的验证，展示基于单片机的室内温度控制系统的实际应用效果。
同时，还将对系统的性能进行评估，包括稳定性、准确性、经济性等方面，以便为后续的改进和优化提供参考。
本文将对基于单片机的室内温度控制系统的设计与实现进行总结，分析其优缺点和适用范围，并对未来的研究方向进行展望。
本文旨在为读者提供一种简单、实用的室内温度控制系统设计方案，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
2. 单片机概述单片机，也被称为微控制器或微电脑，是一种集成电路芯片，它采用超大规模集成电路技术，将具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种IO口和中断系统、定时器计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、AD转换器等电路）集成到一块硅片上，构成一个小而完善的微型计算机系统。
单片机以其体积小、功能齐全、成本低廉、可靠性高、控制灵活、易于扩展等优点，广泛应用于各种控制系统和智能仪器中。
基于单片机的PID温度控制
间延迟的控制系统 [ 1] , 它可以通过模型设定和频率响应设定两种方法设定 PID 控制器的参数 K p 、、Ti 。Td 假设控制系统模型为：
如图.5 在时域内作系统的阶跃响应曲线,根据曲线可以得出特征参数 k , L 和 T 的值, 有了这些参数, 并假设ê = kL/ T , 则 PID 控制器的参数可以由表 1 求出来。如图.6 在频域内作系统的 Nyquist 图, 可以从图形上直接得出系统 的相位穿越频率ω g 和该点处的增益值 K g , 这样就可以得出 Tg = 2 π / ω g , 这时 PID 控制器的参数也可以由表 1 求出来。
2.1 实物展示
图.1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图.2
图.3
图.4
图.1 是用欧姆龙的温控器，已经集成于机箱中，图.2 是单片机模块，图.3 是 实验室实验平台，图.4 是系统集成模块。
3.1 PID 参数自整定思想
本系统的被控对象是某水壶里的温度, 一般温度可近似用一阶惯性纯滞后环 节来表示, 其传递函数 G s
PID 控制指的是通过调整上式的控制器参数 K p 、Ti 、Td , 使整个控制 系统性能满足工作要求。自整定 PID 控制提供了简单的调整参数的方法, 使其 能够达到较好的控制效果 。常用的自整定 PID 设定参数方法有 :Zieg ler -Nichols 方法、改进的 Zieg ler -Nichols 方法、幅值相位裕度设定方法及最 优整定方法等, 下面将分别介绍各种参数设定方法 (1)Ziegler -Nichols 方法。Zieg ler 和 Nichols 提控制策略给出的控制 结构, PID 控制器模型为出的调节 PID 控制器参数的经验公式适用于具有纯时
3.3
基于单片机PID算法的电加热炉温度控制系统设计
基于单片机 PID算法的电加热炉温度控制系统设计摘要：电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，时变性，纯滞后等特点，其控温过程存在非线性波动等问题。
本文采用AT89C51单片机基于PID算法设计了一种电加热温度控制系统。
仿真实验表明，本系统能够有效提高电加热炉温度控制的鲁棒性，符合新形势下对炉温调控的实际需求。
关键词：电加热炉；温度控制；单片机；PID算法1引言电加热炉在冶金、化工、机械等领域具备广泛的用途，但是它是一个多时变、存在物理耦合、本质非线性的复杂系统，传统的基于滞后反馈的控制律无法平衡炉温检测与炉温调控之间的时间同步关系，容易造成整个加热炉炉温调控系统的温度非线性波动、间歇性振荡，引起炉温调控器的参数变化。
因此提高电加热炉的温度控制水平，是当今工业控制技术的主要研究方向之一。
常规控制方法难以实现较高的控制精度和响应速度。
相比之下，经典的增量PID控制算法，无需针对控制对象建立数学模型，便可实现较发复杂系统的精确控制。
本文基于PID算法，提出设计了一套电加炉控制方法，核心控制芯片采用AT89C51系列单片机，具备数据采集、调控、显示、报警等多项功能，实现了对温控系统的设计和模拟仿真，能有效改善电加热炉温度控制系统的性能。
2总体方案设计本系统采用以AT89C51单片机为核心的温度控制系统，通过温度传感器PT100采样实时温度，并通过变送器将温度最终转换为电压信号通过A/D转换器0808将其转换为数字信号，送入单片机与给定值进行比较，运用PID算法得出控制结果，送显示并进行控制（图1）。
图1 系统总体设计方案图2.1系统硬件选择单片机是指将微处理器、存储器和输入/输出接口电路集成在一块集成电路芯版上的单片微型计算机。
单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。
它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点。
单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适合用于智能控制系统。
基于PLC的PID温度控制系统设计(附程序代码)
基于PLC的PID温度控制系统设计（附程序代码）摘要自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着PLC技术的飞速发展，通过PLC对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统。
而温度控制在许多领域中也有广泛的应用。
这方面的应用大多是基于单片机进行PID 控制, 然而单片机控制的DDC 系统软硬件设计较为复杂, 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处, 然而PLC 在这方面却是公认的最佳选择。
根据大滞后、大惯性、时变性的特点，一般采用PID调节进行控制。
随着PLC功能的扩充，在许多PLC 控制器中都扩充了PID 控制功能, 因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。
本设计是利用西门子S7-200PLC来控制温度系统。
首先研究了温度的PID调节控制，提出了PID的模糊自整定的设计方案，结合MCGS监控软件控制得以实现控制温度目的。
关键词:PLC;PID;温度控制沈阳理工大学课程设计论文目录1 引言...................................................................... (1)1.1 温度控制系统的意义...................................................................... .. (1)1.2 温度控制系统背景...................................................................... .................. 1 1.3 研究技术介绍...................................................................... .. (1)1.3.1 传感技术...................................................................... (1)1.3.2PLC .................................................................... . (2)上位机...................................................................... ............................1.3.3 31.3.4 组态软件...................................................................... ........................ 3 1.4 本文研究对象...................................................................... .. (4)2 温度PID控制硬件设计...................................................................... (5)2.1 控制要求...................................................................... .................................. 5 2.2 系统整体设计方案...................................................................... .................. 5 2.3 硬件配置...................................................................... . (6)2.3.1 西门子S7-200CUP224 ................................................................. .. (6)2.3.2 传感器...................................................................... . (6)2.3.3 EM235模拟量输入模块.....................................................................72.3.4 温度检测和控制模块...................................................................... .... 8 2.4 I/O分配表 ..................................................................... ................................ 8 2.5 I/O接线图 ..................................................................... .. (8)3 控制算法设计...................................................................... .. (9)3.1 P-I-D控制...................................................................... .............................. 9 3.2 PID回路指令 ..................................................................... .. (11)3.2.1 PID算法 ..................................................................... .. (11)3.2.2 PID回路指令 ..................................................................... (14)3.2.3 回路输入输出变量的数值转换 (16)3.2.4 PID参数整定 ..................................................................... (17)4 程序设计...................................................................... .. (19)4.1 程序流程图...................................................................... .............................. 19 4.2 梯形图...................................................................... .. (19)I沈阳理工大学课程设计论文5 调试...................................................................... . (23)5.1 程序调试...................................................................... .. (23)5.2 硬件调试...................................................................... .. (23)结束语...................................................................... .................................................... 24 附录程序代码...................................................................... ........................................ 25 参考文献...................................................................... (27)II沈阳理工大学课程设计论文1引言1.1 温度控制系统的意义温度及湿度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
基于单片机的水温控制系统设计毕设答辩
2 研 究 内 容 RESEARCH CONTENTS
该系统主要包括传感器温度采集、A/D模数转换、按钮操 作、单片机控制、数码管数字显示等。采用PID算法实现温度 控制功能，通过串行通信完成两片单片机信息的交互，实现 温度的设定、控制和显示。本设计还可以通过串口与上位机 连接，实现计算机控制。为了实现高精度的水温控制，这种 单片机系统采用PID算法控制和PWM脉宽调制相结合的技术， 通过控制双向晶闸管改变电炉和电源的通断来改变水温的加 热时间。该系统由两个模块组成:键盘显示和温度控制。通过 模块之间的通信，完成温度设定、实时温度显示、水温波动 等功能。
基于单片机的水温控制系统设计
答 辩 人： 学 号：C来自NTENTS1 研究意义 2 研究内容 3 调试分析 4 课题总结
1 研 究 意 义 RESEARCH SIGNIFICANCE
现代的发展，就控制器本身而言，控制电路可以采用应 急经典控制理论和常规模拟控制系统，实现水温的自动统一。 然而，随着计算机和超大规模集成电路的迅速发展，以现代 控制理论和计算机为基础，由数字控制、显示、A/D和D/A转 换、后配额执行机构和控制阀组成的计算机控制系统在过程 控制中得到了越来越广泛的应用。此外，单片机的使用也使 水温的智能控制成为可能，并提供完善的人机交互界面和多 机通信接口，这些在常规的数字逻辑道路上往往难以或不可 能实现。
硬件电路的调试要依次调试单片机的基本系统、前向通 道和后向通道。调试时，可利用仿真器读写各接口地址，静 态测试电路各部分连接是否正确；对于动态过程，可以编写 一个简短的调试程序来配合硬件电路的调试。
3 调 试 分 析 DEBUG ANALYSIS
软件的调试需要在仿真器提供的单步、断点、跟踪等功 能的支持下对各子程序分别进行调试．将调试完的工程序连 接起来再调试．逐步扩大调试范围。 调试的过程一般是： A）测试程序输入条件或设定程序输入条件; B）以单步、断点或跟踪方式运行程序； C）检查程序运行结果； D）运行结果不正确时查找原因。修改程序，重复上述过程。
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一、概述
单片机PID温度控制系统是一种利用单片机对温度进行控制的智能系统。
在工业和日常生活中，温度控制是非常重要的，可以用来控制加热、冷却等过程。
PID控制器是一种利用比例、积分、微分三个调节参数来控制系统的控制器，它具有稳定性好、调节快等优点。
本文将介绍基于单片机的PID温度控制系统设计的相关原理、硬件设计、软件设计等内容。
二、基本原理
1. PID控制器原理
PID控制器是一种以比例、积分、微分三个控制参数为基础的控制系统。
比例项负责根据误差大小来控制输出；积分项用来修正系统长期稳态误差；微分项主要用来抑制系统的瞬时波动。
PID控制器将这三个项进行线性组合，通过调节比例、积分、微分这三个参数来实现对系统的控制。
2. 温度传感器原理
温度传感器是将温度变化转化为电信号输出的器件。
常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻、半导体温度传感器等。
在温度控制系统中，温度传感器负责将环境温度转化为电信号，以便控制系统进行监测和调节。
三、硬件设计
1. 单片机选择
单片机是整个温度控制系统的核心部件。
在设计单片机PID温度控制系统时，需要选择合适的单片机。
常见的单片机有STC89C52、AT89S52等，选型时需要考虑单片机的性能、价格、外设接口等因素。
2. 温度传感器接口设计
温度传感器与单片机之间需要进行接口设计。
常见的温度传感器
接口有模拟接口和数字接口两种。
模拟接口需要通过模数转换器将模
拟信号转化为数字信号，而数字接口则可以直接将数字信号输入到单
片机中。
3. 输出控制接口设计
温度控制系统通常需要通过继电器、半导体元件等控制输出。
在
硬件设计中，需要考虑输出接口的类型、电流、电压等参数，以及单
片机与输出接口的连接方式。
四、软件设计
1. PID算法实现
在单片机中，需要通过程序实现PID控制算法。
常见的PID算法包括位置式PID和增量式PID。
在设计时需要考虑控制周期、控制精
度等因素。
2. 温度采集和显示
单片机需要通过程序对温度传感器进行数据采集，然后进行数据
处理和显示。
数据显示可以通过LED数码管、液晶显示屏等方式实现。
3. 控制输出实现
PID控制算法产生的控制量需要转化为输出信号控制加热、冷却
等设备。
在软件设计中需要考虑输出信号的稳定性和实时性。
五、系统性能评估
1. 稳定性评估
温度控制系统的稳定性主要体现在温度波动范围、稳态误差大小
等方面。
通过实验和测试，可以评估系统的稳定性。
2. 精度评估
系统的温度控制精度对于一些精密加工和实验室实验非常重要。
通过对系统输出温度进行测试和对比，可以评估系统的控制精度。
3. 响应速度评估
温度控制系统的响应速度也是一个重要指标。
快速的响应速度可
以使得系统在温度变化时能够及时调节，避免出现温度偏差。
六、系统优化
1. PID参数调整
在实际使用中，可能需要根据具体的控制对象和环境对PID参数
进行调整，以达到最佳的控制效果。
2. 硬件优化
根据系统的实际使用情况和性能要求，可以对硬件进行优化，如增加保护电路、改进传感器接口等。
3. 软件优化
通过对算法的优化、程序的精简等方式，可以提高系统的响应速度和稳定性。
七、总结
单片机PID温度控制系统是一种应用广泛的控制系统，通过对控制原理、硬件设计、软件设计等方面的详细介绍，可以帮助读者更好地理解和应用这一技术。
在实际应用中，需要根据具体的控制需求和环境进行系统设计和优化，以达到最佳的控制效果。