基于某PID算法地水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告材料

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1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔基于PID的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元，運(yùn)用PID控制算法，仿真實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，不需要復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，能直接與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集和處理，使用PID算法控制加熱爐仿真模型進(jìn)行溫度控制，總體實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包含硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，硬件設(shè)計(jì)包含顯示模塊、按鍵模塊、溫度采集模塊、溫度加熱模塊。軟件設(shè)計(jì)的部分，采用分層模塊化設(shè)計(jì)，主要有：鍵盤(pán)掃描、按鍵處理程序、液晶顯示程序、繼電器控

2、制程序、溫度信號(hào)處理程序。另外以AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用PID控制算法提高了水溫的控制精度，使用PID控制算法實(shí)施自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有控制參數(shù)精度高、反映速度快和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：proteus仿真，PID，AT89C51，DS18B20溫度控制文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔目錄1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案論證11.1設(shè)計(jì)要求11.2總體設(shè)計(jì)方案22系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)32.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成概述32.2各單元總體說(shuō)明42.3按鍵單元52.4LCD液晶顯示單元62.5溫度測(cè)試單元72.6溫度控制器件單元83恒溫控制算法研究（PID）113.1PID控制器的設(shè)計(jì)11文

3、案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔3.2PID算法的流程實(shí)現(xiàn)方法與具體程序124系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述164.2系統(tǒng)軟件程序流程及程序流程圖174.3溫度數(shù)據(jù)顯示模塊分析184.4測(cè)試分析205模擬仿真結(jié)果221系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案論證1.1設(shè)計(jì)要求一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要求如下：文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔1、超調(diào)量≤10%2、溫度可調(diào)，范圍；K1=50度K2=60度K3=70度K4=80度3、人—機(jī)對(duì)話方便4、溫度誤差≤±1℃1.2總體設(shè)計(jì)方案在仿真設(shè)計(jì)中，先通過(guò)按鍵設(shè)置溫度，然后通過(guò)溫度傳感器DS18B20，從環(huán)境中采集溫度，由單片機(jī)

4、獲取采集的溫度值，經(jīng)過(guò)處理后，可得到當(dāng)前環(huán)境溫度中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，并且通過(guò)LCD液晶顯示。再去根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，溫度未達(dá)到預(yù)定的下限溫度時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P2.6口連接的RELAY輸出高電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)RL1，使得加熱棒工作，為系統(tǒng)提供熱量，來(lái)升高溫度。溫度上升到預(yù)定上限溫度時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P2.6口連接的RELAY輸出低電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)RL1，使得加熱棒停止加熱，讓溫度慢慢回落[3]。工作原理圖如圖1.1所示：文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔在設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，使用PID算法控制加熱爐仿真模型進(jìn)行溫度控制。DS1

5、8B20是DALLAS公司生產(chǎn)的經(jīng)典的數(shù)字溫度傳感器，具有低功耗、高性能、抗干擾能力、微型化、強(qiáng)易配處理器等等優(yōu)點(diǎn)，它特別適合用于多點(diǎn)溫度測(cè)控的系統(tǒng)，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，交給單片機(jī)處理，并且在同一總線上可掛接多個(gè)傳感器芯片，進(jìn)行范圍性的溫度檢測(cè)。在其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，可使電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失。數(shù)字溫度傳感DS18B20只用一個(gè)引腳，即可與單片機(jī)進(jìn)行連接了，這樣大大的減少了設(shè)計(jì)中接線麻煩的問(wèn)題，使得單片機(jī)可以節(jié)約許多端口。DS18B20芯片的體積又比較小，且還是單線與主控芯片連接，于是在實(shí)際運(yùn)用中，常常把數(shù)字溫

6、度傳感器DS18B20做成小型的測(cè)量溫度的探頭，即使是一些狹小的位置也能很方便的檢測(cè)到，使溫控系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用[4]。在本仿真設(shè)計(jì)中DS18B20與51單片機(jī)的P3.4口鏈接。DS18B20可以仿真設(shè)置環(huán)境溫度，來(lái)完成設(shè)計(jì)要求。本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元。51單片機(jī)上連接晶振和復(fù)位電路，保證單片機(jī)的正常運(yùn)行。P0口與LCD液晶連接，顯示測(cè)量結(jié)果。P1.0，P1.4，P3.3，P3.4分別與4個(gè)控制按鍵連接。由AT89C51的端口豐富使得整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)起來(lái)方便簡(jiǎn)單，線路清晰，且AT89C51是一個(gè)高性能，低功耗

7、的CMOS8位單片機(jī)，AT89C51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz，在實(shí)際的應(yīng)用中性?xún)r(jià)比很高，是溫控系統(tǒng)的不二選擇。本設(shè)計(jì)中選擇AT89C51做為主控單位也是考慮到了實(shí)際的需求和做此設(shè)計(jì)的意義的[5]。2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成概述本章主要介紹本次設(shè)計(jì)中的硬件設(shè)計(jì)部分，其中包含：顯示模塊、按鍵掃描模塊、溫度采集模塊、溫度加熱模塊。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔2.2各單元總體說(shuō)明1、顯示模塊：本設(shè)計(jì)中采用LCD液晶顯示溫度值，其中最后一位為小數(shù)位。2、按鍵模塊：本設(shè)計(jì)中采用5按鍵設(shè)置，第一按鍵為復(fù)位按鍵，第2、3、4、5按鍵為溫度檔位按鍵，連接上拉電阻使

8、其未按鍵時(shí)能夠保持高電平。3、溫度采集模塊：本次設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度