PID溫度控制器

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1、標(biāo)準(zhǔn)文檔目錄一、設(shè)計(jì)內(nèi)容11.1溫度控制11.2設(shè)計(jì)方案1二、軟件設(shè)計(jì)02.1主程序流程圖02.2DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換和溫度數(shù)值讀取流程圖02.3顯示流程圖1三、PID控制23.1PID簡(jiǎn)介23.2PID控制算法4四、電路設(shè)計(jì)64.1功能模塊設(shè)計(jì)64.2電路連接設(shè)計(jì)74.2.1溫度檢測(cè)電路74.2.2繼電器控溫電路74.2.3外部電路8參考文獻(xiàn)9附錄PID溫度控制器程序10實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔一、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1溫度控制本設(shè)計(jì)以水為測(cè)量對(duì)象，溫度測(cè)量電路接收傳感器的信號(hào)，并將模擬信號(hào)通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)系統(tǒng)，與預(yù)設(shè)的溫度對(duì)比，通過(guò)一定的控

2、制算法，控制繼電器的通斷，從而控制加熱器的工作，使得水溫維持在設(shè)定的溫度。溫度控制算法精確控制溫度加熱，以溫度最小為優(yōu)化目標(biāo)。溫度是工業(yè)控制對(duì)象的主要的被控參數(shù)之一，如冶金，機(jī)械，食品，化工各類(lèi)工業(yè)中廣泛使用的各種加熱爐，熱處理爐，反應(yīng)爐等。在過(guò)去多是采用常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器對(duì)溫度進(jìn)行控制，本設(shè)計(jì)采用了單片微型機(jī)對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。1.2設(shè)計(jì)方案溫度控制系統(tǒng)是一種比較常見(jiàn)和典型的過(guò)程控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的被控參數(shù)之一，當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)化、智能化，比過(guò)去單純采用電子線路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好得多，可控性方

3、面也有了很大的提高。溫度是一個(gè)非線性的對(duì)象，具有大慣性的特點(diǎn)，在低溫段慣性較大，在高溫段慣性較小。對(duì)于這種溫控對(duì)象，一般認(rèn)為它具有以下的傳遞函數(shù)形式：這是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想與方案一相同，但由于采用上下限比較電路，所以控制精度有所提高。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用數(shù)碼管顯示，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)定。采用89C51單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。單片機(jī)系統(tǒng)可以使實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔用數(shù)碼管來(lái)顯示水溫的實(shí)際值，能用鍵盤(pán)輸入設(shè)定值。選用了AT89C5

4、1芯片，不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。采用以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對(duì)溫度控制，可達(dá)到模擬控制所達(dá)不到的效果，并且實(shí)現(xiàn)顯示和鍵盤(pán)設(shè)定功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。這也使得系統(tǒng)所測(cè)得結(jié)果的精度大大提高。AT89C51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。而在眾多的51系列單片機(jī)中，要算ATMEL公司的AT89C51更實(shí)用，也是一種高效微控制器，因?yàn)樗坏?051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器，用戶可以用電的方式達(dá)到瞬間擦除、改寫(xiě)。而

5、這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求非常低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也能大大縮短。DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（按9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片。它具有獨(dú)特的單總線接口方式，僅需使用1個(gè)端口就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊。采用數(shù)字信號(hào)輸出提高了信號(hào)抗干擾能力和溫度測(cè)量精度。它的工作電壓使用范圍寬3.0~5.5V，可以采用外部供電方式，也可以采用寄生電源方式，即當(dāng)總線DQ為高電平時(shí)，竊取信號(hào)能量給DS18B20供電。它還有負(fù)

6、壓特性，電源極性接反時(shí)，DS18B20不會(huì)因接錯(cuò)線而燒毀，但不能正常工作?？梢酝ㄟ^(guò)編程而實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度轉(zhuǎn)換精度設(shè)置。設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。RS-232接口是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，是1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信

7、號(hào)的電平加以規(guī)定。隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了代替DB25的DB9接口。實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔二、軟件設(shè)計(jì)2.1主程序流程圖系統(tǒng)的主程序流程圖如圖2-1所示，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，主程序啟動(dòng)，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的條件逐步運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。開(kāi)始初始化DS18B20溫度讀取模塊溫度值傳送溫度值處理比較設(shè)定溫度值與實(shí)際溫度值是否小于?PID控制運(yùn)算模塊繼電器控制模塊YN圖2-1主程序流程圖2.2DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換和溫度數(shù)值讀取流程圖圖2實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔-2為DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換和溫度數(shù)值讀取流程圖，用于系統(tǒng)的溫度轉(zhuǎn)換和溫度數(shù)值的讀取。開(kāi)始初始化DS18B20應(yīng)答脈沖發(fā)起

8、SkipRom命令發(fā)起ConvertT