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1、 辽宁科技大学毕业设计（论文） 第46页 单片机温度控制系统摘 要 本次设计对单片机在温度控制系统中的基本理论和应用技术作了较为全面的介绍。主要目的是用单片机设计一个温度控制器，通过运用PID控制算法，使得温度保持在600度这一恒定温度值上。该控制器具有本机给定和上位机给定的功能。在生产过程自动的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。PID控制是比例积分微分控制的简称。由于模拟PID调节器控制温度的精确模型难以建立，系统的参数又经常发生变化，运用现代控制理论分析综合要耗费很大代价进行模拟辨识，而且不能得到预期的效果，所以本次设计采用PID调节器，由于软件系统的灵活性，PI
2、D算法可以得到修正而更加完善。根据不同的测温范围选出合适的温度传感器，单片机把测到的温度进行处理（通过内置PID控制或与上位机通讯，由上位机实现PID控制）后保持恒温输出，来控制执行机构。单片机输出的是数字量，需要经过D/A转换变为模拟量后，才能去控制执行机构。关键词PID控制器；传感器；8052温度控制AbstractThis design comprehensively introduced the basic theories and application technology of the MCU (Micro Controller Unit) in the control syst
3、ems of temperature this time. The main purpose to design one temperature controller with MCU, through use PID control algorithms, make temperature keep on this invariable temperature value of 600 degrees. The controller has the function of given by own machine and top machine.In the development of a
4、utomatic production process, PID control has the longest history, strongest vitality which is the basic control method. It is an abbreviation of the proportion, integral and derivative. It is difficult to build accurate model of analogy PID regulator to control temperature, the systematic parameter
5、often changes, using the modern control theory to analyze and synthesize that should consume very large cost to analogy identification, and cant get the anticipated result, so the design adopt PID regulator, because of the flexibility of the software system, PID algorithm can be revised more perfect
6、.To elect the suitable temperature sensor according to different examining the warm range, because the output of the temperature sensor is an analog quantity of changing, therefore, need to change A/D first, transform it into digital quantity to send into the computer. After the MCU gets the examini
7、ng temperature and dealt it (control or communicate with top machine through built-in PID, the top machine realize PID control) and then keep constant temperature exported to control executive body. What the MCU outputted is digital quantity, needs to change into analog quantity, to control the exec
8、utive body.Key words PID controller；A/D converter；8051temperature control 目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1选题背景及目的11.2发展状况21.3各章节主要内容3第2章 系统方案的提出与论证42.1传感器的选择42.2驱动部分52.3 PID的算法52.4 PID的控制52.4.1 开环控制系统52.4.2 闭环控制系统62.4.3 阶跃响应62.5 PID控制的原理和特点62.6 PID控制器的参数整定7第3章 系统的硬件设计93.1总体方案93.2主控制器与采集电路通讯93.3温度控制123.3.1D
9、/A转换123.3.2继电器工作原理143.3.3 温度控制电路原理153.4键盘显示接口173.5报警部分18第4章 软件设计204.1数字滤波子程序204.2PID计算程序21结论25致谢26参考文献27附录A28附录B29附录C38第1章 绪论1.1 选题背景及目的在工农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制始终占据着重要地位。在冶金、化工、机械、食品等各类工业中，广泛使用各种加热炉、烘箱、恒温箱等，它们均需要对温度进行控制。在实验室中，电阻炉温度控制系统，是常见的自动控制系统。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控
10、制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经有很多产品已在工程实际中得到了广泛的应用,出现了各种各样的PID控制器产品。各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调
11、节器(intelligentregulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器,如Rockwell的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。 控制算法是微机化控制软件系统的一个重要组成
12、部分，整个系统的控制功能主要由控制算法来实现。目前提出的控制算法有很多种。在生产过程自动的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。它是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，实际运行经验和理论分析都表明，PID控制能满足相当多的工业对象的控制要求，尤其适用于可建立精确模型的确定性控制系统。虽然随着工业现代化的发展和其它各种先进技术的发展，自动化技术将会有更新的发展，但是，PID控制技术仍然不会过时，它还将在今后很长一段时间内占据主导地位。由于数字PID控制系统中，引入了计算机，可以充分利用计算机在对采集数据加以分析并根据所的结果做出逻辑判断等方面的能
13、力，编制出符合某种技术要求的控制程序、管理程序，实现对被控参数的控制与管理。而且PID控制规律的实现，是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可，因此，数字PID控制系统在生产过程中经常使用。 由于单片机和传感器的多样化，设计者可以根据温度控制系统要应用的领域来决定选择什么样的单片机做主控制器，传感器的选择也因其使用的环境而不同。所以温度控制系统的设计是多样的。本文研究的系统采用的是北京集成电路设计中心与爱特梅尔公司联合设计的AT89C52单片机。1.2发展状况由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生厂家相继推出了各种类型的单片机。近十几年来，单片机在
14、生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科和领域，以及人们生活的各个方面。在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便的利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌
15、现出来。单片机以其功能强、体积小、重量轻、可靠性高、造价低、通用灵活和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通管理和微波炉等专用控制上在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。在工业生产如：用于热处理的加热炉、用于融化金属的坩锅电阻炉等，在日常生活中如：热水器、电热毯等等，都用到了电阻加热的原理。随着生产的发展，在工业中，上述设备对温度的控制要求越来越高，随着人们生活水平的提高，对日常用品的自动化也提出了更高的要求，单片机的不断更新换代，满足了上述的要求，达到自动控制品质的目的。1.3各章节主要内容 本论文共分成四章： 第1章主要是选题背景和发展状况；第2章提出了系统的方案与论证，形成一个大体轮廓；第3章对系统硬件电路部分进行设计，主要是接口连接和硬件传感器的设计；第4章系统的软件部分设计，包括各个子程序和对应的流程图。第2章 系统方案的提出与论证 2.1传感器的选择在日常生活
