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1、基于PID算法的水温控制器的设计摘要：PID控制是工控领域内的一种重要控制方法，将PID算法应用到以51单片机为核心的控制系统中，能产生良好的控制效果。基于PID算法的水温控制系统采用目前性价比较高的数字温度传感器DS18B20作为检测变送器，通过键盘向单片机输入设置温度，单片机将温度偏差进行PID运算后，输出PWM波。PWM波作为执行机构（固态继电器）的输入从而来决定电炉工作电压的大小,最终实现水温的控制。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。经实验测试，该系统无震荡现象，响应时间短，稳态误差小，基本实现稳、准、快的指标。 关键词：PID；51单片机；温度传感器；PWMDesign of Wa
2、ter Temperature Controller Based on PID AlgorithmAbstract: The PID controller is an important method in the engineering practice. It can produce good control effect when the PID algorithm is applied to 51 single-chip microcomputer as the core of the control system. The temperature control system bas
3、ed on PID algorithm use the current high cost of digital temperature sensor which is named as DS18B20 as the detection, we can set the temperature of the water by using the key. The single-chip microcomputer will output PWM square wave after dealing with the deviations. It can control the temperatur
4、e of the water by using the PWM square wave as the input terminal of the agency (solid-state relay). The whole system is simple and dependable. The experimental studies indicate that control device can meet the engineering requirement.Key words: PID；51 single-chip microcomputer；temperature sensor；PW
5、M square wave*师范学院毕业设计说明书(论文)目录序言 1第1章 系统方案21.1 设计思想21.2 方案论证21.3 论证分析2第2章 系统设计42.1 硬件设计42.1.1 电源电路42.1.2 温度检测与变送环节52.1.3单片机最小系统62.1.4键盘电路102.1.5显示电路112.1.6 加热驱动模块122.1.7报警电路132.2 软件设计142.2.1 主函数142.2.2 延时子函数152.2.3 按键设定函数162.2.4 温度采集函数162.2.5 静态显示函数182.2.6 PID运算子函数192.2.7 PWM产生函数232.3 系统调试242.3.1 人
6、机界面调试242.3.2 温度校准252.3.3 系统联调252.4 抗干扰设计 27第3章 总结 30参考文献31致谢 33附录1 英文资料34附录2 中文翻译41附录3 系统源程序 46附录4 系统原理图 58序言在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。通常，电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实
7、现对炉温的控制1。PID控制是比例、积分、微分控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。随着科学的发展，特别是电子计算机的诞生和发展，涌现出许多先进的控制方法，然而直到现在，PID控制仍是最广泛应用的控制方式之一。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以目前，PID算法一般是在顺序程
8、序结构的处理器上实现的，工程上实际应用的很多PID控制器都是用单片机(MCU)来实现的2。本设计源自工业现场，以锅炉水温水温控制器建立模型，包括硬件和软件两部分，硬件部分包含电源模块、温度设定模块、温度采集变送模块、温度偏差处理模块（即PID控制模块）、温度显示模块、报警模块、电炉加热模块。软件部分主要负责温度信号采集、温度值实时显示驱动、温度偏差信号处理。系统最终实现的指标如下：(1)按键设定温度，数码管显示实时温度；(2)温度控制范围为0100，测量误差为0.5；(3)恒温控制；(4)上下限温度报警。第 15 页 共 61 页第1章 系统方案1.1 设计思想温度的期望值可用键盘设定，温度传
9、感器检测实际温度，微处理器单片机根据实测值与期望值偏差通过PID运算，输出相应的控制参数给加热驱动模块，从而实现闭环PID控制。其中，温度信号的准确性影响着整套系统的成功。1.1 方案论证温度采集有多种方案，但在水温控制的工业现场主要有两种：方案一：用热电偶采集温度。热电偶利用热电势原理进行温度测量的。其测量精度高、测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可正常测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。但热电偶测量需要温度补偿。而且输出量为电压，需要经过测量放大器、AD转换后才能送入微处理器处理3。方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，DS
10、18B20采用独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在使用中不需要任何外围元件，测温范围 55125，最小分辨率达0.0625。驱动加热模块也有多种方案：方案一：单片机输出数字量，经DA转换后驱动相应的功率器件，特点是控制方便，电路设计复杂，且存在大量的干扰。方案二：选用固态继电器。单片机输出脉宽变化的PWM波，从而改变固态继电器中交流接触点的通断时间以此来改变水温。1.3 论证分析经过比较，采用DS18B20测量水温，硬件电路简单，测量精度高，信号易处理，故温度变送器选用DS18B20。驱动加热采用固态继电器，在实行控制的时候不像其它采用D
