基于单片机的PID温度控制系统设计.doc

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毕业论文（设计）

题目：

基于单片机的PID温度控制系统设计

（Title）：

ThedesignofcontrolsystemoftemperaturebasedonPIDandSCM

基于单片机的PID温度控制系统设计

摘要

随着生活的发展时代的变迁，温度似乎由原来的不可控量变到今天的可控量。

正是因为这样的变化凸显控制温度重要性和意义性。

而工业生产中都用到电热炉、坩锅电阻炉和温控箱，于是单片机就成为了它的核心搭档，不仅可以解决繁琐复杂的人工控制还可以提高别控对象的精准度和良好指标；因此，微电脑化温度控制技术正在广泛的被人们接纳。

本作品是恒温箱温度控制系统设计，可用在生产也可以用在科研实验还可以用在医院里。

在温度时常变化环境中使用恒温箱，可以使一定范围的温度恒定在特定温度下，从而适应生活和工作。

而且还可以随心所欲的设定温度来达到你想要的那种环境。

本论文首先是介绍恒温控箱的工作原理，以硬件为基础软件为核心的介绍开来的，几种对于硬件我还会以流程框图来介绍，这样能让我们能容易的明白它的工作过程，和各个模块各自实现的功能。

先是硬件我们用了STC89C51单片机，它具有内部集成数模转换和封装小的优点，再加上DS18B20的温度传感器。

软件的方面，采用了PID的精准算法，不仅实现了超调小、线性控制精度高、反应快和实现成本低等的优点。

在使用的时候用户先根据自己的要求在按键上选择自己想要达到的温度，然后由单片机采集测温元件的温度输入与反馈进行比对和准确的PID算法，接着马上输出信号让升温器件工作升温。

在这里PID成为软件的核心。

如果说PID调节控制恒温箱的温度，使温度在理想范围内稳定。

在相同的情况下，在整定PID使温控箱达到最理想的效果过程中，使它能能更快准稳的调节温度，你就会发现和了解什么样的调节参数更适合更快达到效果。

关键词：

恒温控制，单片机，数字PID算法

ThedesignofcontrolsystemoftemperaturebasedonPIDandSCM

Abstract

Withthe developmentof thelifeandtimesof change, fromtheoriginal temperature seemstobe notcontrolled quantityto acontrolledamount oftoday. Itispreciselybecauseofthischange highlightsthe importanceandsignificance of temperaturecontrol. And industrialproduction areusedin electricfurnace, crucible resistancefurnace andthe temperaturecontrolbox, sothe SCM hasbecomeacore partner ofit, notonlycansolvethe artificialcontrol ofcomplex objects butalsocanimprovethe control precisionand not agoodindicatortherefore, themicrocomputer temperature controltechnology isbeing widely acceptedbypeople. Thisworkisthe constanttemperature controlsystemdesignof temperature, canbeusedin productionand canalsobeusedin scientificexperiments canalsobeused inthehospital. Inthe constanttemperaturebox temperature oftenchangeto use environment, canmakethe temperature range atacertaintemperature, soastoadapttothe lifeandwork. Butalso can setthetemperature environmentinwhich youwant toachieve.

Thispaper first describestheworkingprinciple ofconstanttemperature controlbox, hardwarebased software asthecoreofthe introduced, several hardware Iwould flowdiagram tointroduce, so we caneasily understand itsworkingprocess, andeachmodule ofthe functionThefirst isthehardware weuse STC89C51singlechipmicrocomputer, ithas theinternalintegrationof digitaltoanalogconversion andencapsulation ofsmalladvantagescoupledwiththe temperature sensor DS18B20.Thesoftware aspect, the precision ofthePIDalgorithm, notonlytoachievea smallovershoot, highcontrolprecision, fastresponse linearityandlowcost Whenusers accordingtotheirown requirements onthebutton tochoosetheirdesired temperature, temperatureinput andthen collectedbythemicrocontroller temperaturemeasurementelement and accurate than PIDalgorithmand feedback, andthen outputsignalfor heating device heating. Here PIDis thecoreofthesoftware Ifthe PIDcontroloftemperature, temperature stability intheidealrangeUnderthesameconditions, inthe settingofPID.Thetemperaturecontrol box toachievethemostidealeffect intheprocess, sothatitcanbe quickerto quasi steady temperature regulation, youwillfind and understandwhatkindof adjustingparameter ismoresuitable toachievetheeffectof faster.

Keyword：

Constanttemperature，SCM，PIDalgorithm

基于单片机PID的温度控系统研究

前言

随着时间的推移生活水平的提高,用单片机来控制是生活中必不可少的，然而它带给人类的方便也是不可否认的，很多电子产品中都用到温度检测、温度控制。

随着温控器的广泛运用和多样化，所以在市场中产生了各种各样的温控器。

数字温度计就是一个典型例子，随着人们追求的越来越高和简约的生活，人们就会自主的寻找最佳的解决方案着手于单片机的开发和控制，向着数字化控制，智能化控制发展。

相对来说传统的温度控制往往用简单的PID来实现。

虽然他们有PID调节所具备的稳定性好，结构简单，可靠性较高，但存在着它的参数设定对环境的影响高的不足的问题，导致调节时间与超调量难以协调一致的。

后来科学家们就引入了改良后的PID控制器以弥补上面说的不足，它是系统在适应性和抗干扰能力都得到了提升，从而得到了较高的温度控制的稳定性。

与一般的温度控制器相比，有方便读数、广泛测温、准确控制、负载广泛、有LED显示工作方式，其输出温度用四位数码管显示，主要用于对测温要求高的的场所，该设计使用单片机STC89C51来控制，使用DS18B20测温传感器，用PNP三极管驱动。

1设计要求和设计方案的论证

明确要求，讨论方案的可行性然后确定方案，最后逐一攻破难点。

1.1设计要求

PID精准控制；

单片机微智能处理；

数码管显示；

温度可控；

1.2系统基本方案选择和论证

1.2.1单片机芯片的选择方案和论证

介绍选用单片机的原因

单片机特点：

（1）高集相对较高，高可靠性。

单片机由于内部集成了很多功能在小小的芯片内部，非常短的内部布线，本身就是按工业测控环境要求设计的，而且其抗工业噪音性能比一般的CPU要好。

单片机的程序，常数、表格都烧录在ROM中掉电都不会损坏的，众多的信号通道都是汇聚到一个芯片内，故可靠性较高。

（2）低功耗、低电压，可使用在要求灵活的场所。

为了满足广泛使用于便携式系统，所以设计单片机工作电压在1.8到3.6伏之间，而工作电流仅为数百微安。

（3）控制功能强

由于对控制的要求相当高，单片机的内部附带的指令系统相当的齐全和可靠，其中有:

I/O口的逻辑操作及位处理能力，分支转移能力，非常适用于有特殊要求的设备上。

（4）性价比比较突出优异

单片机性能非常高。

为了得到较高的运行速度可运行效率，在芯片里植入使用RISC流水线、DSP技术。

单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1兆和16兆，片内的ROM容量可达62兆，RAM容量则可达2兆。

因此得到了广泛的使用支持，从而提高了产量减低了生产成本，使生产与消费之间形成了一个良性循环。

（5）扩展功能强大

芯片内有雷同计算机的运行功能。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

方案一:

采用AT89S51。

AT89S51片内具有4K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。

两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51相对ATS89C51价格便宜，且下载简单方便。

考虑到方便因素，因此选用STC89C51。

方案二:

采用STC89C51芯片作为硬件核心。

STC89C51内部具有4KBROM存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C51可以通过串口下载。

1.2.2温度传感器设计方案论证

利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器