基于PID的恒温箱温度控制系统设计综述Word格式.docx

1、可供各类实验室、医疗机构、食品加工、生产部门等使用。在周围温度不断变化条件下，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。控制的温度范围为50120。恒温箱可以在线设定温度，并对温度进行实时数码显示。设计内容包括硬件和软件两个部分。硬件主要由AT89S52单片机、DS18B20数字温度传感器、8155片外存储器、继电器，LED数码管和报警器等组成。电原理图包括数据采集、温度显示、键盘设定、温度控制和复位电路等几个模块。软件部分主要对PID算法进行了数学建模和编程。本设计由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信

2、号的偏差进行PID计算，输出控制信号给加温控制电路，实现加温和停止。当实际温度比设定温度大2摄氏度以上时，则清P1.3输出口，从而停止对电阻丝的加热。当实际温度比设定温度小2摄氏度以上时，取PID的最大值，实现全功率输出。在它们之间时，实现PID算法控制，控制可控硅的接触时间，调节电阻丝功率。显示电路实现现场温度的实时监控。软件部分 ，采用PID控制和时间最优控制相结合的控制方案，实现了控制速度快、超调小、线性控制精度高和实现成本低等的优点。硬件部分采用单片机来实现温度控制，不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度的提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量。关键词：恒温控制，单

3、片机，数字PID算法ABSTRACTThe system of this design is the temperature controller of a constant temperature box.Can be provided as each kind of laboratory, medical treatment organization, food processing and produce the section etc. usage.Under the condition that the surroundings temperature continuously ch

4、ange, the usage constant temperature box, can make the temperature maintaining of the certain scope settle under the particular temperature, thus adapt the life and works.The temperature scope of the control is 50-120, The constant temperature box can with on-line enactment temperature, and carry on

5、 the solid hour to the temperature figures manifestation.When be placed in to set the appearance, figures tube manifestation enactment temperature, circulate, manifestation actual temperature.Design content including hardware and software two parts. The hardware mainly by at89S52 monolithic integrat

6、ed circuit, the DS18B20 digit temperature sensor, 8155 piece of external memory, the relay, the LED nixietube and the alarm apparatus and so on is composed. Electricity schematic diagram including data acquisition, temperature demonstration, keyboard hypothesis, temperature control and reset circuit

7、 and so on several modules. The software part mainly has carried on mathematics modelling and the programming to the PID algorithm.The circuit design of the keyboard input from the set temperature signal to the microcontroller, Temperature Signal Acquisition Circuit collect temperature signal to the

8、 microcontroller, According to SCM input and feedback signal, the error for PID, the output control signals to the heating control circuit, Heating and achieve stop. Show circuit scene of the real-time monitoring of temperature. When actual temperature compares to set temperature big more than 2 deg

9、rees , then the pureexportation, thus stop to electric resistance silk of heating.When the actual temperature compares to set smaller than 2 degrees , taking the PID biggest value, carrying out the whole power exportation.among the two , carry out the PID calculate way control, control contact time

10、that controvable silicon , regulate the electric resistance silk power. software part, the adoption PID control and the control project that time superior control combine together, carried out to control the speed quick, super adjust small, line control the accuracy is high and carry out the cost ad

11、vantage of low etc.The hardware part adopts a machine to carry out the temperature control, not only have the control convenience, simple, vivid etc. advantage, and can is control with the significant exaltation the technique index sign of the temperature, raise the quantity of the product thus and

12、consumedly.Keywords:Temperature，control，microcontroller，PID，algorithm, MATLAB绪论 把温度作为被控参数进行研究无论在工业生产，还是在日常生活中，都已经变得非常适用和广泛了。在工业生产中，例如冶金工业、化工生产、电力工程、食品加工、机械制造、医疗以及科研研究室等，人们对需要对温度进行监测和控制；而日常生活中的家用电器如电烤箱、微波炉、烘干箱、保温箱等等，也是我们不可或缺的。因此，就恒温箱的研究就有极其重要的现实意义。本设计系统主要由AT89S52单片机、8155片外存储器、继电器、27128片外存储器和DS18B20数字

13、温度传感器等组成。电原理图包括数据采集、BCD码转换和温度显示、键盘设定、温度控制和复位电路等几个模块。通常，采用单片机系统来实现对温度的控制，不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度的提高被控温度的技术指标。 在本设计中，需要达到以下几点技术要求：（1） 控制温度范围50-120，控制精度为2 。（2） 温度采集数字量输入。（3） 键盘按键输入，具有设定功能。（4） 显示功能，数码管显示设定值及当前所测温度值。（5） 具有超温报警功能。本课题应该解决的问题：在设计过程中，对硬件选型时一定要注意控制精度。所选用的芯片必须达到我们设计任务书中的精度要求。显然，恒温箱的微机系统的设计是一

14、个闭环控制系统，虽然可以到达一定的精度，但是仍然有极限。核心设计内容是硬件和软件部分，硬件是基础，在软件设计中，分析清楚各个功功能模块，如主程序，中断服务程序，以及包含在中断程序中的数据采集， PID控制，温度显示子程序。第一章 方案设计分析 控制模块的选择，数字比较器与模拟控制器相比较，数字比较器具有以下几个优点： 1、模拟调节器调节能力有限，当控制规律较为复杂时，就难以甚至无法实现。而数字控制器能实现复杂控制规律的控制。 2、计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制。 3、数字控制器具有灵活性。起控制规律可灵活多样，可用一台计算机对不同的回路实现不同的控制方式，并且修改控制参数或控制方式一

15、般只可改变控制程序即可，使用起来简单方便，可改善调节品质，提高产品的产量和质量。 4、采用计算机除实现PID数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。综合考虑，本设计控制模块采用数字PID调节器。本系统是一个恒温箱的温度控制器。其控温范围是50-120摄氏度。控制器可以在线设定控制温度，并对温度进行实时数码显示。当系统处于设定状态时，数码管显示设定温度值，平时显示实际温度。当实际温度与设定温度偏差达小于负2时，全功率加热电阻丝，当偏差值在正负2的范围内时，实行PID控制来达到控制温度的目的，当偏差值大于2时，停止加热，从而达到恒温控制的目的。这样的一闭环控制系统，其控制速度快，超

16、调小、线性控制精度高和实现成本低。根据上面分析，结合控制要求，总体方案确定如下为了使设计的成本低、抗干扰强，系统动态性能与稳态性能好的前提下，设计方案的总体结构框图如图1.4所示：图1.4 设计总体结构框图此系统主要有单片机系统、用户接口、温度控制电路、传感器等组成。单片机系统主要用来运行控制软件，接受温度设定和控制指令，输入采样温度信息，输出加热控制信号、温度显示数据。（1）用户接口包括温度显示，报警和按键三部分。由于控温范围为50-120摄氏度，可以采用三位8段LED数码管显示。温度超过一定的范围报警。按钮设置四个，分别为设定键、增键、减键和移位键。（2）DS18B20采集到的就是为数字信号。（3）继电器的接通时间来控制电阻丝的加热功率，而继