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1、最新【精品】范文 参考文献 专业论文数字PID自动温度控制系统的设计及实现数字PID自动温度控制系统的设计及实现 【摘要】在科技发达的今天，在工业和其他很多的领域，对温度进行精确的控制是非常有必要的。文章对以单片机为载体，以恒温控制的数字PID控制算法为主要思路的自动温度控制系统的设计及实现进行探讨，具有一定的借鉴意义。 【摘要】数字PID；自动温度控制系统；设计；实现 中图分类号：S624.4+4文献标识码： A 前言 文章对温度控制的目的和数字式定时温控系统进行了简单介绍，对数字PID自动温度控制系统的设计进行了阐述，并结合自身实践经验和相关理论知识，对数字PID自动温度控制系统的硬件电路
2、部分进行了探讨。 二、温度控制的目的分析 随着社会的快速发展，科技的加速进步，测温仪器在各个领域应用越来越广泛，自动化和智能化已经成为现代的温度控制系统的主流发展方向。因为各行各业对于温度控制有着越来越高的要求，所以对温度的控制和测量就显得较为重要。温度控制器的使用范围越来越广泛，各种能够应用于不同领域的智能温度控制器随着产生。 不仅在日常的生产和生活中广泛应用到温度控制，现在的很多电子产品单片机中也用到了温度控制和温度检测。这就使单片机温度控制系统越来越广泛应用于电子产品之中。针对这个问题，该系统的设计是为了实现一种很可以连续进行高精度调节温度的温度控制系统，它功能强大，应用广泛，便于携带，
3、小巧美观，是一款急廉价又实用的温度控制系统。该设计对单片机的温度进行实时控制和监测，这样就实现了单片机温度控制系统的基本温度控制功能。 三、数字式定时温控系统 本文研制的数字式定时温控系统主要完成数据采集,温度、定时的显示,温度控制,温度定时的设定以及报警等功能。核心控制器由单片机完成,采用数字PID控制算法进行过程控制。加热器件选用热惯性小,温度控制精度高,速度快的电热膜,由单片机输出通断率控制信号进行控制。 四、系统设计该系统由主控制器、测温电路、显示电路和键盘电路组成。该系统主控制器采用单片机AT89S51，温度传感器为DS18B20，用LCD 128X64液晶显示屏实时显示当前温度及控
4、制温度。键盘电路采用3*4矩阵键盘来设定需要温度。AT89S51的P0.0P0.4通过上拉电阻分别连接LCD 128X64液晶显示屏的E、R/W、RS、/CS2、/CS1，P1.0P1.7连接LCD 128X64液晶显示屏的DB0DB7，P2.0P2.7接键盘电路。1.AT89S51单片机本系统选择ATMEL生产的AT89S51单片机，其特性如下：（1）4KB可编程程序存储器（ROM）；128B内部数据存储器（RAM）；32条双向输入输出线（I/O）；1000次以上的循环写/擦；（2）有ISP在线编程功能，在改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。速度更快、稳定性更好，烧写电压也
5、仅仅需要45V即可；（3）内部集成看门狗计时器，不再需要外接看门狗计时器单元电路；（4）电源范围宽达45.5V，其工作性能更为稳定。2. DS18B20数字温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司推出的一种改进型智能数字温度传感器。其主要特点如下：（1）适应电压范围较宽，3.05.5V，两种供电方式，寄生电源方式下由数据线供给；（2）1wire单总线数据通信方式，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，通过一根端口线与CPU通信；（3）温度测量范围为55+125，可编程为912位的A/D转换精度。3.JDL12864图形点阵液晶显示器JDL12864主要由行/列驱动器及128*64的
6、全点阵液晶显示器组成，可以显示8*4个（16*16点阵）汉字。其主要特点如下：（1）电源：VDD，+5V。模块内自带10V负压，用于作LCD的驱动电压；（2）内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字（简繁体可选），128个168点阵字符；（3）与CPU接口采用8位数据总线并行输入输出和8条控制线；（4）工作温度为10+50。存储温度为20+70；其硬件连线如图2。4.软件设计DS18B20的单总线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。 五、硬件电路设计 硬件系统主要由AT89S52单片机、温度采集、键盘显示电路等功能电路组成。
7、 1.主控单元 AT89S52单片机为主控制单元。AT89S52单片机首先根据炉温的给定值和测量值计算出温度偏差，然后进行PID控制并计算出相应的控制数据由P10口输出。最后将P10口输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端，利用PWM脉冲调制技术调整占空比，达到使炉温控制在某一设定温度。AT89S52单片机还负责按键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。4位高亮度LED用于显示设定温度或实测温度。 2.温度采集 温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3构成。LB-3热电偶可以在1300高温下长时间工作，满足常规处理工艺要求。 测温时，热电阻输出mV热电势，必须经过变送器变换成0-5V的标
8、准信号。本系统选用DWB型温度变送器，并将其直接安装在热电偶的接线盒内，构成一体化的温度变送器，不仅可以节省补偿导线，而且可以减少温度信号在传递过程中产生的失真和干扰。 电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。这种信号在进行A/D转换时，对转换速度要求不高。因此为了减低成本以及方便选材，可以选用廉价的、常用的A/D芯片ADC0808，ADC0808是一种逐次逼近式8路模拟输入、8为数字输出地A/D转换器件，转换时间为100us，完全满足系统设计的要求。经过ADC0808转换所得到的实测炉温数据直接送入AT89S52单片机中进行数据处理。 3.恒温控制算法 对于简单系统,可以采用理论计算的方法确定这
9、些参数,但是稍微复杂一些的系统,采用理论计算的方法就困难了。因此几乎都是用工程的方法对参数进行整定。调节器参数的整定是一项繁琐而又费时的工作,因此,近年来国内外在数字PID调节器参数的工程整定方面做了大量的研究工作,归一参数的整定法是一种简易的整定法。 根据大量实际经验的总结,人为设定约束条件,以减少独立变量的个数,例如取: TD0.125TS TI0.5TS(7) T0.1TS 式中:TS是纯比例控制式的临界振荡周期。 将式(7)代入式 (6)中,可得数字PID控制器的差分方程为: uk=KP(2.45ek+3.5ek-1+1.25ek-2) (8) 对比式(6)和式(8)可知,对4个参数的
10、整定简化成了对一个参数KP的整定,使问题明显地简化了。 采样周期T的取值,从数字PID控制器对连续PID控制器的模拟精度考虑,采样周期越小越好,但采样周期小,控制器占用计算机的时间就长,增加了系统的成本。因此采样周期的选择应综合考虑各方面因素,选取最优值。 在恒温控制系统中,控制输出为定时器T2初值n(0n65 536),误差为温度设定值Tset与DS18B20检测值之差Tread。因为电阻丝的功率是有限的,初始温度低于温度设定值Tset较大时,可以不用数字PID控制。可以根据电阻丝的功率设定一个误差值emax,当eemax时,一直加热,输出n=0;当e0时,停止加热,输出为n=65 536。只有当0eemax时,才用数字PID控制。 六、结语 数字PID在控制算法结合单片机在自动温度控制方面有较好的作用的，但是其中还存在一些问题的，需要我们投入更多的精力和研究才行。 参考文献1李铁.基于单片机的温度控制系统的设计J.微型机与应用，2010，29（24）：2930. 2魏英智,关宇东,禄晓飞.定时控温发酵器的单片机控制J.传感技术报,2011,18(1):154-156. 3薛开,吕元元,祝海涛.运动控制器的PID参数整定J.哈尔滨工程报,2011,26(5):656-658.-最新【精品】范文