基于单片机的PID温度控制系统
【摘要】本设计在单片机的基础上，利用PID算法完成了温度控制系统的硬件设计和软件设计，实现更加精确高效的水的温度控制。本系统主要分为单片机控制模块，LCD显示模块，传感器检测模块，继电器控制模块等，通过传感
器模块检测水温然后发送给单片机，单片机对数据进行处理后由LCD显示，同时反馈给继电器，继电器接收到信号后控制加热器进行对水温的加热，从而达到精确控制水的温度的目的。该系统以节能高效为出发点，适用于小到热带鱼缸大到渔场养殖等多种场所。
【关键词】单片机、PID、温度控制
1.前言
1.1课题的背景及研究意义
温度作为一个不可忽视的因素存在于现代工业的生产中，工业生产过程中的温度控制一直是十分重要的环节。但控制在工业生产中已很难把握，并且对于那些以严格为目标的生产工艺，太高或太低的温度会对生产效率和质量造成显著的影响，从而导致生产效益的降低。这就要求我们开发出一种能够很好控制并且可以随时将温度展示给客户观看的温度控制器。单片机拥有着如同那些计算机一样强大的数据分析与处理能力，通过与PID相结合，我们可以很大程度上提高控制程序的能力，这样就能使生产效益得到提高[2]。
温度的测量、控制与保持是单片机温度测量系统中的重要部分，温度测量是工业生产中最要要的物理量之一。而有效的测量温度的方法之一就是通过单片机，所以单片机温度测量系统能够广泛的应在工业生产中，在电力工程、化工、机械、冶金等重点行业，有一个重要的测量任务，在日常生活中也可以得到广泛的应用。
以热带鱼缸为例，系统设计不够周全、结构不够简单化、性价比不够高等问题普遍的存在于目前市场上的各种热带鱼缸中，很多的鱼缸在温度控制方面都存在着许多缺陷，比如对温度控制的不够精确，常常还没达到设定温度就停止加热等。即使它达到了设定的温度，也有因加热时间长短不能有效地控制而导致能量的浪费问题。本次设计的温度控制系统是以51单片机为基础利用PID算法进行精确的温度控制，功能主要有温度设定、显示与控制等方面。此控制器和显示装置与以前的相比具有成本低，高精度的温度控制和显示，使用方便，性能稳定等优点，可以提高能源利用效率，在经济与社会效益上有一定的推动[3]。
1.2国内外现状及水平
这几年，我们在理论上对温度控制的研究已经比较成熟，但是在具体的温度测量与控制上，我们对于如何精确的对其进行控制等方面还存在着一些问题。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上，且要求其波动幅度不能超过某一给定值。从工业温度控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种：
1.2.1定值开关温度控制法
所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热源或冷却装置进行通断控制这种控温方法操作相对来说比较简单，但是它对温度控制的精度比较低，受温度变化过程的滞后性影响较大。
1.2.2 PID线性温度控制法
1922年美国的Minorshy在对船舶自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的比例积分微分控制器的设计方法，标志了PID控制的诞生。PID温度控制系统以结构简单，操作方便，工作稳定的特定被广泛的运用于生产生活中，但同时它也存在着依赖于对象模型，对于非线性、大滞后、时变系统控制效果不理想等缺点。
1.2.3智能温度控制法
1971年，著名的美籍华裔科学家傅京孙教授最早公开指出了一个崭新的研究领域，并提出了相应的概念，这就是智能控制系统。智能控制就是应用人工智能的理论与技术和运筹学的优化方法，并将其同控制理论方法与技术相结将智能控制与PID控制相结合，实现温度的智能控制。
目前国内温度控制的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别，主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温度控制在全量程范围内温度控制精度低，自适应性较差。这种不足的原因是多方面造成的，比如针对不同的温控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定等。[8
2.系统整体设计
2.1系统设计任务与要求
用STC89C52单片机作为该PID温度控制系统的主控芯片，配合温度传感器DS18B20，对温度进行控制与显示。
技术要求：
1）可以对水的温度值进行连续的检测，并将结果显示在LCD显示屏上。
2）能够在25到70摄氏度之间手动设定水要达到的温度。
3）可以保持水的温度处于目标温度值而不会随时间冷却。
4）控制系统使用单片机STC89C52，水温的设定使用按键的形式，用LCD显示屏来显示设定的温度。
2.2硬件设计方案
该系统主要由单片机主控制电路、温度传感器电路、液晶显示电路、电源与指示灯电路、独立式按键电路、时钟与复位电路、固态继电器电路等部分组成。系统模块总框图如下,因为DS18B20可以被编程，所以采用了双向箭头。采用了STC89C52单片机作为主控芯片，先通过传感器DS18B20进行实时温度采样，将结果发送给单片机，单片机反馈到LCD1602上将当前温度显示出来。再通过键盘模块输入信号给单片机STC89C52，由传感器DS18B20接收到从单片机STC89C52发送过来的命令，同时单片机将键盘模块发送过来的信号传输给1602液晶显示屏显示设定温度。接着传感器DS18B20对那些数据进行转换，然后再发送回STC89C52通过它对转换完成的数据进行分析处理，控制继电器驱动加热器运行。本系统中采用了三个继电器来控制加热器工作，假如设定温度为70度，就先通过继电器模块1控制“600w 热得快”将水温加热到60度，接着换成由继电器模块2控制“100w热得快”将水温继续加热到70度，最后由继电器模块3控制“50w热得快”来完成对水温的保持。这样避免了由于加热器功率过小导致的加热效率低下或者功率过大时为了维持温度而频繁启动造成的元器件容易损坏的问题。
图2.2 系统模块总框图
3. 硬件电路设计
3.1单片机控制模块
图3.1.1单片机控制电路
3.1.1 STC89C52单片机介绍
单片机为系统的核心部分，通过它来发送信号控制各个模块的运行。它总共有P0,P1,P2,P3四个8位双向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。P0口用于外部扩展存储时，用作地址总线或数据总线；P1口仅作为I/O，无第二功能；P2口作为扩展存储时，作为地址总线。P3口作为I/O的同时，其第二功能是一些特殊功能，非扩展存储。RST/VPD为复位输入，当在此引脚加上两个机器周期的高电平时，就会实现复位操作。ALE/PROG为地址锁存控制信号。当该引脚输入编程脉冲时，是FLASH编程。XTAL1和XTAL2用于外接晶振引脚[4]。
在该系统中，P2口的三个引脚P2.0,P2.1,P2.3连接的都是LCD1602的控制端，P1.0口连接的是DS18B20的总线端，并有一个10K的上拉电阻。P1.1口连接的是固态继电器的控制引脚，P1.4,P1.5连接的是按键，当按键按下时，电平被拉低。RST脚接复位电路，当按键按下是，接收到高电平复位。XTAL1与XTAL2接晶振时钟电路，由晶振提供跟单片机稳定的时钟周期。
3.2电源指示灯和电源接口模块
图3.2.1电源指示灯电路图图3.2.2电源接口电路图
当接通电源后，电源指示灯保持常亮。我们使用5V的电源为单片机供电。
3.3液晶显示模块
3.3.1 1602LCD：
图3.3.1 LCD1602
显示容量为16*2个字符，模块最佳工作电压为5V，字符尺寸为2.95*4.35mm。
1602LCD采用标准的14脚或16脚接口，
图3.3.2 LCD1602实物图
LCD显示屏总共分为两行，第一行为传感器DS18B20检测到的温度，即当前水温。由上图可知此刻杯子中水的温度为26摄氏度；第二行为我们的目标温度，我们通过系统中的按键来对它进行设定，图中我们设定的温度为40摄氏度，设定完成后系统便会自动开始运行，直到检测到的温度达到设定的温度值，然后系统会停止加热，但是当水的温度随时间而降低的时候，系统又会自动检测到而继续开始对它加热，一直控制着水温保持在设定的温度值。
3.4 按键电路部分
图3.4.1 按键电路图
图3.4.2 按键实物图
按键电路如上图3.4.1所示，与单片机的P1.4,P1.5口相连接，为系统的温度设定部分。我们通过它来调整想要设定的温度，接入电源后，LCD1602上会显示当前水的温度以及设定的温度，设定温度初始为0，按一下中间的按键则会使它上升1摄氏度，按一下左边的按键则会使它下降1摄氏度，右边的按键的作用是复位，按下后就能使设定温度归零。我们依靠它来设定好将要控制水温达到的度数，然后系统便会自动开始运行来控制温度的变化。
3.5传感器电路部分
3.5.1 DS18B20
图3.5.1 DS18B20
DS18B20是一种数字传输温度传感器，具体的温度数值需要配合单片机才能读出来。因为DS18B20只需要一个单线接口就能发送接收信息，所以我们将它的控制线接上一个10k的上拉电阻后与单片机的P1.0口相连接。用于读写与转换温度所需的电源它也可以直接从数据线上获得，而无需额外的外接电源。作为本系统的温度采集与A/D转换的元件，它具有精度高、体积小、电压适用范围宽、系统设计灵活等优点。为了精确的检测水的温度我们将传感器焊接于杯子内部，因此加水时必须保证水量能淹没整个传感器，以便于它进行测量。
3.6继电器电路模块
图3.6.1 固态继电器电路图
在继电器的选择上我们采用的是固态继电器，它与单片机的P1.1口相接，采用外接220V电源为其供电，当设定好温度时继电器的指示灯便会亮起，然后控制加热器对水进行加热。固态继电器具体可靠性高，使用寿命高，灵敏度高，切换速度快，电磁干扰小等优点[6]。我们通过控制它的开关频率来实现控制温度的目的。
3.6复位电路和时钟电路模块
图3.6.1 复位电路图图3.6.2 时钟电路图
复位电路的RST脚与单片机的RST脚相接，作用是在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。我们采用的是手动按键复位的方式，当按下按键时，VCC的电平就会直接加到RST端，从而使单片机达到复位的目的。在本系统中我们用它来进行设定温度值的归零。
几乎所有的数字系统在处理信号时都是按节拍一步一步地进行的，系统的各个部分也是按照节拍做的。要使电路的各个部分统一节拍，就需要一个“时钟信号”，产生这个时钟信号的电路就是时钟电路。时钟电路由两个电容一个晶振构成，本系统中我们使用了两个33PF的无极电容和一个12MHz的晶振。与单片机相连接后由XTAL1控制输入，XTAL2控制输出。
4. PID过程控制部分
在检测过程中，由于来自外界的各种干扰不断产生，为了达到现场控制对象保持恒定的目的，
就必须不断的进行控制。如果干扰使得控制对象发生变化，现场检测元件会将这种变化采集后，经变送器送至PID 控制器的输入端，并与其给定值进行比较得到偏差值，调节器会按此偏差并以预先设定的整定参数规律发出控制信号，去控制调节器的开度增加或减少，从而使现场控制对象值发生改变，并趋于给定值，达到控制目的。将温度传感器输入作为当前输入，与设定值相减得到偏差，然后再对它进行PID 运算产生输出结果fout ，fout 的值决定是否加热，加热时间是多少，进而控制加热器。
图4.1 PID 控制流程图
比例控制是在设计过程中最常用到的一种手段，但是很多控制对象都存在着滞后性，这会严重影响比例控制的控制效果。比如我们设定温度为70度，当我们只使用比例控制时，会出现实际温度在70度上下一定范围内振荡的情况。所以我们在比例控制的基础上加入了积分控制，积分控制的存在能帮助我们消除静态误差，达到准确的控制温度的目的。但与此同时它也带来了一些负面的影响，会使整个控制系统的响应速度降低。所以我们又加入了微分项，主要用来解决系统的响应速度的问题，其完整的公式如下：
0)]1()([)()(*)(u u t e t e Kd t e Ki t e Kp t +--++=∑
在PID 的调试过程中我们需要主意几个步骤：首先关闭I 和D ，就是说将他们设定为0。然后加大P ，使系统产生振荡；再减小P ，找到振荡的临界点；接着加大I ，使他达到目标值；注意看超调、振荡和稳定时间是否符合要求；针对他们的情况可以适当的增加一些微分项；为了保证在全工作范围内调试
完的结果都有效，我们应当在最大负载的情况下进行调试。[11]
5.软件设计说明
总程序流程图如下
我们先利用传感器DS18B20来对实时水温进行检测，然后通过LCD显示屏将其显示出来，接着使用按键来设定目标温度值，并且也通过LCD显示屏显示出来。同时判断设定温度与实际温度的大小，当设定的温度大于实际温度时，则通过PWM波占空比控制继电器运行，再由继电器操控加热器对水温进行持续加热，直到达到目标温度值。如果设定的温度值小于实际温度，则继电器不会控制加热器对水温加热。因为时间关系导致水温下降时，传感器会继续读取温度反馈给系统，从而再次对水温进行加热保证它时刻处于目标温度值，如此循环。
系统的软件主要是采用C语言，使用keil软件进行编写。主程序对模块进行初始化，而后调用读温度、处理温度、显示温度、键盘等模块。用的是循环查询方式，来显示和控制温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值并负责调用各子程序，其程序流程图如上所示。
6．整机调试与技术指标测量
如下图6.1,当前水温为31摄氏度,我们用按键设定目标温度值为60，然后系统通过固态继电器模块来对600w“热得快”进行控制从而对杯子中的水加热，大约5分钟后，水温状况如图6.2所示，成功达到60摄氏度。图6.3为按下复位键后的状态，设定温度值归零，同时水温开始下降不再保持。我们进行多次调试，并对PID的参数进行设定来进一步改善该系统。
（1）因为是使用PID进行控制的，所以在检测控制的过程中温度控制的静态误差很小。
（2）水的当前温度及目标温度值通过LCD1602液晶显示屏来显示，能稳定直观的表现出来。
（3）进行了许多次的检测与修改，该系统的各方面参数都达到了预计目标，满足了既定的要求。
图6.1 初始状态
图6.2 5分钟后的状态
图6.3 复位后的状态
7.设计总结
毕业设计已经快要结束了，这也代表着我将要结束我的大学生活，四年的大学生活转眼间就走到了尽头，想想过去的日子，心里充满了各种情绪。当我完成这篇毕业设计论文时，就好像卸下了一个大包袱，感触十分深刻。
通过这次的毕业设计，我学到了许多，在一定的程度上增强了我们的单独动手能力，提高了我们思维的宽度还丰富了我们的专业知识。虽然完成设计的过程是十分辛苦的，但是我们同时也深刻的了解到了工作的不易，并且经过了不断的努力后终于完成设计的那种满足感无以言表。我们相信经过这样的一个历程，在以后的日子里我们会在工作中做得更好。我们所设计的基于单片机的PID温度控制系统本着节能环保的要求，顺应国内外工业生产的发展趋势，使用了自动化的设计模式，实现对水温的自动检测与控制。系统中的核心部件采用了STC89C52单片机，借助它完成了对水温信号的接收、处理与显示。并且通过PID算法来达到准确控制的目的。该系统具有以下几个特点：
1)可适用的范围较广，对于用户对不同水温的需要我们只要设置好界面参数并正常启动系统运行就可以，可以实时监控水温的状态。通过它我们既节约了电力力资源，又缓解了能源的紧缺问题。
2)将水温的处理与分析交由单片机和温度传感器负责，单片机控制决定不需要对被控对象的数学模型进行建立，系统拥有很强的适应性，适合对各种变化的系统的控制。
3）系统的成本十分低，操作也相对比较简单，可扩展性很强，只要有一点点的改变，就可以增加其他功能。
本系统有利于现代工业的发展：
首先，缓解了现如今能源的紧缺问题，尤其是在这几年，我国东部沿海地区的电力资源缺失的情况
十分严重，对它的压力有一定程度的缓解。
另外，因为基本上通过火力发电是我国绝大多数电力资源的来源，所以本系统对自然资源的节约以及对环境的保护有着重要的意义。
通过本次毕业设计，培养了我们理论知识联系实际行动的设计思想，熟练了对单片机的控制，加深了我们对有关知识的认知，并更深刻的认识与了解了如今的各种温度传感器。对于我们结合实际的动手能力以及巩固、加深和补充相关方面的知识等有着不可忽视的作用。
完成毕业论文是对专业知识又一次学习的过程，毕业论文的结束，就意味着将要开始新的生活。希望大家能在以后的工作中永不放弃，坚定的朝着我们最初的梦想而前进。
【Abstract 】In this paper, single-chip, based on the use of PID algorithm to complete the temperature control system hardware and software design, to achieve a more precise temperature control of the water. This paper completed the PID temperature control hardware design and software design, implementation can be more precise control of water temperature. The system is energy efficient as the starting point for a variety of occasions.
【Keywords】SCM、PID、Temperature Control
基于PID法的温度控制 摘要：一种新型的PID温度控制系统，该系统采用单片机芯片，可方便对系统加热周期T及PID中的个参数进行线性修改；具有对高低进行报警功能。主要研究PID算法。 关键字：单片机；温度控制；PID控制器 引言：在化工、石油、冶金等生产过程的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，为了达到所需的精度范围，采用PID控制，对PID的各种参数进行整定以满足不同的场合。 一、温度控制器的主要问题及解决方法 1、传统的温度控制器的问题 传统的温度控制器的电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用发热丝制成。发热丝通过电流加热时，通常达到1000℃以上，所以发热棒、发热圈内部温度都很高。一般进行温度控制的电器机械，其控制温度多在0-400℃之间，所以，传统的温度控制器进行温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热棒或发热圈的内部温度会高于400℃，发热棒、发热圈还将会对被加热的器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当下降到设定温度的下限时，温度控制器又开始发出加热的信号，
开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视乎发热丝与被加热器件之间的介质情况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个热系统的结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。 2、PID控制解决 要解决温度控制器这个问题，采用PID控制技术，是明智的选择。PID控制，是针对以上的情况而制定的、新的温度控制方案，用先进的数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar三方面的结合调整，形成一个模糊控制，来解决惯性温度误差问题。然而，在很多情况下，由于传统的温度控制器温控方式存在较大的惯性温度误差，往往在要求精确的温控时，很多人会放弃自动控制而采用调压器来代替温度控制器。但是用调压器来代替温度控制器时，必须在很大程度上靠人力调节，随着工作环境的变化而用人手调好所需温度的度数，然后靠相对稳定的电压来通电加热，勉强运作，但这决不是自动控温。当需要控温的关键很多时，就会手忙脚乱。这样，调压器就派不上用场，因为靠人手不能同时调节那么多需要温控的关键，只有采用PID模糊控制技术，才能解决这个问题，使操作得心应手，运行畅顺。 二、该温控系统的结构和原理： 1、系统的结构： 系统功能主要实现断水保护和高水位指示、自动保温、自动报警
三菱PLC和FX2N-4AD-TC实现温度PID闭环控制系统的学习参考。。。。。。
风机鼓入的新风经加热交换器、制冷交换器、进入房间。原理说明：进风不断被受热体加温，欲使进风维持一定的温度，这就需要同时有一加热器以不同加热量给进风加热，这样才能保证进风温度保持恒定。 plc接线图如下，按图接好线。配线时，应使用带屏蔽的补偿导线和模拟输入电缆配合，屏蔽一切可能产生的干扰。fx2n-4ad-tc的特殊功能模块编号为0。
输入和输出点分配表 这里介绍pid控制改变加热器（热盘管）的加热时间从而实现对温度的闭环控制。
在温度控制系统中，电加热器加热，温度用热电耦检测，与热电耦型温度传感器匹配的模拟量输入模块 fx2n-4ad-tc将温度转换为数字输出，cpu将检测的温度与温度设定值比较，通过plc的pid控制改变加热器的加热时间从而实现对温度的闭环控制。pid控制时和自动调谐时电加热器的动作情况如上图所示。其参数设定内容如下表所示。 三菱plc和fx2n-4ad-tc实现温度pid闭环控制系统程序设计：
用选择开关置x10作为自动调谐控制后的pid控制，用选择开关置x11作为无自动调谐的pid控制。 当选择开关置x10时，控制用参数的设定值在pid运算前必须预先通过指令写入，见图程序0步开始，m8002为初始化脉冲，用mov指令将目标值、输入滤波常数、微分增益、输出值上限、输出值下限的设定值分别传送给数据寄存器d500、d512、d515、d532、d533。 程序第26步，使m0得电，使用自动调谐功能是为了得到最佳pid控制，自动调谐不能自动设定的参数必须通过指令设定，在第29步～47步之间用mov指令将自动调谐用的参数（自动调谐采用时间、动作方向自动调谐开始、自动调谐用输出值）分别传送给数据寄存器d510、d511、d502。 程序第53步开始，对fx2n-4ad-tc进行确认、模式设定，且在plc运行中读取来自fx2n-4ad-tc的数据送到plc的d501中，103步开始对pid动作进行初始化。 第116步开始，x10闭合，在自动调谐后实行pid控制，当自动调谐开始时的测定值达到目标值的变化量变化1/3以上，则自动调谐结束，程序第128步～140步，自动调谐
毕业论文(论文) 题目名称：单片机温度控制系统PID设计 题目类别：毕业设计 系（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 辅导教师： 时间：至 目录 任务书............................................................ I
毕业设计(论文)开题报告........................................... IV 毕业设计(论文)指导教师审查意见.................... 错误！未定义书签。教师评语.......................................... 错误！未定义书签。摘要............................................................. V Abstract ......................................................... VI 前言........................................................... VII 1 绪论 (1) 1.1选题背景 (1) 1.2 PID算法在控制领域中的应用 (2) 1.3 课题研究的目的及意义 (3) 2 总体方案论证与设计 (4) 2.1方案设计的要求与指标 (4) 2.2方案的可行性分析与方案选择 (4) 2.2.1方案可行性分析 (4) 2.2.2 方案的选择与确定 (6) 2.2.3系统结构框图 (6) 3 温度控制系统硬件设计和软件设计 (8) 3.1 系统硬件设计 (8) 3.1.1系统硬件组成 (8) 3.1.1.1AT89C51单片机的介绍 (8) 3.1.1.2测量温度元件的选择 (9) 3.1.1.3模数转换器ADC0809的介绍 (10) 3.1.1.4键盘和LED显示电路设计 (10) 3.1.1.5温度控制电路设计 (11) 3.2 系统软件设计 (11) 3.2.1主程序流程图及主程序 (11) 3.2.2 T0中断子程序 (15) 3.2.3 A/D转换子程序 (16) 3.2.4 数字滤波子程序 (18) 3.2.5温度标度变换子程序 (19) 3.2.6键盘显示子程序 (19) 3.2.7 PID算法介绍 (21) 4 系统仿真与调试分析 (21) 4.1系统仿真 (21) 4.2系统调试 (21) 5 结束语 (23) 参考文献 (23)
温度控制与PID算法 温度控制与PID算法j较为复杂，下面结合实际浅显易懂的阐述一下PID控制理论，将温度控制及PID算法作一个简单的描述。 1．温度控制的框图 这是一个典型的闭环控制系统，用于控制加热温区的温度（PV）保持在恒定的温度设定值(SV)。系统通过温度采集单元反馈回来的实时温度信号（PV）获取偏差值（EV），偏差值经过PID调节器运算输出，控制发热管的发热功率，以克服偏差，促使偏差趋近于零。例如，当某一时刻炉内过PCB板较多，带走的热量较多时，即导致温区温度下降，这时，通过反馈的调节作用，将使温度迅速回升。其调节过程如下：
温度控制的功率输出采用脉宽调制的方法。固态继电器SSR的输出端为脉宽可调的电压U OUT 。当SSR的触发角触发时，电源电压U AN通过SSR的输出端加到发热管的两端；当SSR的触发角没有触发信号时，SSR关断。因此，发热管两端的平均电压为U d＝(t/T)* U AN=K* U AN 其中K=t/T，为一个周期T中，SSR触发导通的比率，称为负载电压系数或是占空比，K 的变化率在0－1之间。一般是周期T固定不便，调节t, 当t在0－T的范围内变化时，发热管的电压即在0－U AN之间变化，这种调节方法称为定频调宽法。下面将要描述的PID 调节器的算式在这里的实质即是运算求出一个实时变化的，能够保证加热温区在外界干扰的情况下仍能保持温度在一个较小的范围内变化的合理的负载电压系数K。 2.温度控制的两个阶段 温度控制系统是一个惯性较大的系统，也就是说，当给温区开始加热之后，并不能立即观察得到温区温度的明显上升；同样的，当关闭加热之后，温区的温度仍然有一定程度的上升。另外，热电偶对温度的检测，与实际的温区温度相比较，也存在一定的滞后效应。这给温度的控制带来了困难。因此，如果在温度检测值（PV）到达设定值时才关断输出，可能因温度的滞后效应而长时间超出设定值，需要较长时间才能回到设定值；如果在温度检测值（PV）未到设定值时即关断输出，则可能因关断较早而导致温度难以达到设定值。为了合理地处理系统响应速度（即加热速度）与系统稳定性之间地矛盾，我们把温度控制分为两个阶段。
ＰＩＤ温度控制系统的设计 介紹以单片机为核心的PID控制温度控制系统,并给出了系统的硬件与软件设计方案。实验结果显示该系统的先进性。 标签：温控系统单片机PID控制 0 引言 控制仪表性能指标对温度控制有很大的影响,因此,常采用高性能调节仪表组成温控系统对被控对象(温度)进行严格控制。本文介绍以单片机AT89C51为核心器件构成的温度控制系统,它具有测量、控制精度高、成本低、体积小、功耗低等优点,可制成单机,广泛应用于冶金、化工、食品加工等行业对温度进行精确控制。 1 温控系统结构与工作原理 温控系统的结构如图1所示。热电偶测量出电炉的实际温度(mv信号),经放大、线性化、A/D转换处理后送入单片机接口。由键盘敲入设定温度值,此值与经A/D转换过的炉温信号存在一差值(假如两者温度不一致),由单片机PID调节电路进行比例、微分及变速积分算法对温控箱进行恒温控制。该系统采用传统的AT89C52单片机,其硬、软件完全符合系统的要求,为满足测控精确度的要求,A/D 电路选用12位转换器,分辨率为2-12。本系统采用三相数字过零触发器对六只晶闸管(Y/△接法均可)进行输出功率控制,即在电源电压过零时触发晶闸管,利用PID信号产生的控制信号使电流每周期按规定的导通波头数导通负载,达到控制输出功率,也就是控制炉温的目的。采用过零触发可减少电网谐波的产生,触发器与单片机光电隔离,可减少电网对微机的干扰,调功方式下电加温炉的平均功率为:P=3nU2/NR(1) 式中:P为输入电炉的功率;R为电炉的等效电阻;U为电网相电压;n为允许导通的波头数;N为设定的波头数。 注:公式(1)为负载Y接法适用 2 系统控制软件设计 2.1 PID参数的优化系统采用遗传算法(Genetic Algorithm,简称GA)离线优化PID参数[1]。20世纪70年代由美国J.Holland教授提出的遗传算法(GA)[2]是一种模拟生物进化过程的随机化搜索方法。它采用多路径搜索,对变量进行编码处理,用对码串的遗传操作代替对变量的直接操作,从而可以更好的处理离散变量。GA用目标函数本身建立寻优方向,无需求导求逆等复导数数学运算,且可以方便的引入各种约束条件,更有利于得到最优解,适合于处理混合非线性规划和多目标优化。系统采用二进制编码选择来操作,我们称为染色体串(0或1),每个串表
（2014届） 毕业设计 题目：基于PID的温度控制系统设计学院： ******** 专业：电气工程及其自动化 班级：电气*** 学号： ********** 姓名：某某某 指导教师：某某某 教务处制 年月日
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基于PID的温度控制系统设计 摘要 温度是工业上最基本的参数，与人们的生活紧密相关，实时测量温度在工业生产中越来越受到重视，离不开温度测量所带来的好处，因此研究控制和测量温度具有及其重要的意义。 本设计介绍了以AT89C52单片机为主控器件，基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。由DS18B20收集温度信号，并以数字信号的方式送给单片机进行处理，从而达到温度控制的目标。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路由主控器件、温测电路、温控电路和显示电路等组成。软件设计部分包括：显示电路、温度信号处理，超温警报、继电器控制、按键处理等程序。 关键词：温度检测，温度控制，PID算法
温度的PID 控制 一．温度检测部分首先要OK. 二、PID 调节作用 PID 控制时域的公式 ))()(1)(()(?++ =dt t de Td t e Ti t e Kp t y 分解开来： (1) 比例调节器 y(t) = Kp * e(t) e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) # 输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节 作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是， Kp 过大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线. (2) 积分调节器 y(t) = Ki * ∫(e(t))dt Ki = Kp/Ti Ti 为积分时间 #TI 是积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti 越大，积分速度越慢，积分作用越弱。只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大Ti 会减小积分作用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。 (3) 微分调节器 y(t) = Kd*d(e(t))/dt Kd = Kp*Td Td 为微分时间 #微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。 三．PID 算法： 由时域的公式离散化后可得如下公式：
y(k) = y(k-1)+(Kp+Ki+Kd)*e(k)-(Kp +2*Kd)*e(k-1) + Kd*e(k-2) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM形式) y(k-1)为前一次输出的控制信号 e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） e(k-1) 为一次前的温差 e(k-2) 为二次前的温差 Kp 为比例系数 Ki = Kp*T/Ti T为采样周期 Kd = Kp*Td/T 四．PID参数整定（确定Kp,Ts,Ti,Td）： 温度控制适合衰减曲线法，需要根据多次采样的数据画出响应曲线。 所以需要通过串口将采样时间t, 输出y(t)记录下来，方便分析。 1)、不加入算法，系统全速加热，从常温加热到较高的温度的时间为Tk, 则采样时间一般设为 T = Tk/10。 2)、置调节器积分时间TI=∞，微分时间TD=0，即只加比例算法： y(k) = y(k-1)+Kp*e(k) 比例带δ置于较大的值。将系统投入运行。（δ = 1/Kp） 3)、待系统工作稳定后，对设定值作阶跃扰动，然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程时，记录此时的δ值（设为δS），以及TS 的值（如图中所示）。当采用衰减比为10：1振荡过程时，应用上升时间Tr替代 振荡周期TS计算。 系统衰减振荡曲线 图中，TS为衰减振荡周期，Tr为响应上升时间。 据表中所给的经验公式计算δ、TI及TD的参数。
PID温度控制器原理 | [<<][>>] 电脑控制温度控制器：采用PID模糊控制技术 *用先进数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar（比例、积分、微分）三方面结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。 据了解，很多厂家在使用温度控制器过程中，往往碰到惯性温度误差问题，苦于无法解决，依*手工调压来控制温度。 创新，采用了PID模糊控制技术，较好地解决了惯性温度误差问题。传统温度控制器，是利用热电偶线在温度化变化情况下，产生变化电流作为控制信号，对电器元件作定点开关控制器。 传统温度控制器电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用发热丝制成。发热丝通过电流加热时，通常达到1000℃以上，所以发热棒、发热圈内部温度都很高。一般进行温度控制电器机械，其控制温度多在0-400℃之间，所以，传统温度控制器进行温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热棒或发热圈内部温度会高于400℃，发热棒、发热圈还将会对被加热器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当下降到设定温度下限时，温度控制器又开始发出加热信号，开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定时候，这就要视乎发热丝与被加热器件之间介质情
况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统定点开关控制温度会有正负误差几度现象，但这不是温度控制器本身问题，而是整个热系统结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。 要解决温度控制器这个问题，采用PID模糊控制技术，是明智选择。PID模糊控制，是针对以上情况而制定、新温度控制方案，用先进数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar三方面结合调整，形成一个模糊控制，来解决惯性温度误差问题。然而，在很多情况下，由于传统温度控制器温控方式存在较大惯性温度误差，往往在要求精确温控时，很多人会放弃自动控制而采用调压器来代替温度控制器。当然，在电压稳定工作速度不变、外界气温不变和空气流动速度不变情况下，这样做是完全可以，但要清楚地知道，以上环境因素是不断改变，同时，用调压器来代替温度控制器时，必须在很大程度上*人力调节，随着工作环境变化而用人手调好所需温度度数，然后*相对稳定电压来通电加热，勉强运作，但这决不是自动控温。当需要控温关键很多时，就会手忙脚乱。这样，调压器就派不上用场，因为*人手不能同时调节那么多需要温控关键，只有采用PID模糊控制技术，才能解决这个问题，使操作得心应手，运行畅顺。例如烫金机，其温度要求比较稳定，通常在正负2℃以内才能较好运作。高速烫金机烫制同一种产品图案时，随着速度加快，加热速度也要相应提高。这时，传统温度控制器方式和采用调压器操作就不能胜任，产品质量就不能保证，因为烫金之前必须要把烫金机运转速度调节适当，用速度来迁就温度控制器和调压器弱点。但是，如果采用PID模
《计算机控制系统A》课程设计 任务书 一、目的与要求 1、通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握； 2、结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力； 3、培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力； 4、要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要 求，进行方案的总体设计和分析评估； 5、报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。 二、主要内容 1、数字控制算法分析设计； 2、现代控制理论算法分析设计； 3、模糊控制理论算法分析设计； 4、过程数字控制系统方案分析设计； 5、微机硬件应用接口电路设计； 6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计； 7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现； 8、PLC应用控制方案分析与设计； 9、数据通信接口电路硬件方案设计与性能分析； 10、现场总线控制技术应用方案设计； 11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法； 12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计； 13、计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计； 14、计算机控制系统差错控制技术分析设计； 15、计算机控制系统容错技术分析设计； 16、工程过程建模方法分析； 三、进度计划 序号设计内容完成时间备注 1 选择课程设计题目，查阅相关文献资料7月13日 2 文献资料的学习，根据所选题目进行方案设计7月14日
3 讨论设计内容，修改设计方案7月15日 4 撰写课程设计报告7月16日 5 课程设计答辩7月17日 四、设计成果要求 1、针对所选题目的国内外应用发展概述； 2、课程设计正文内容包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等； 3、课程设计总结或结论以及参考文献； 4、要求设计报告规范完整。 五、考核方式 通过系统设计方案、总结报告、图文质量和学习与设计态度综合考评，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神等。 《计算机控制系统课程设计》成绩评定依据如下： 1、撰写的课程设计报告； 2、独立工作能力及设计过程的表现； 3、答辩时回答问题的情况。 优秀：设计认真，设计思路新颖，设计正确，功能完善，且有一定的独到之处，打印文档规范； 良好：设计认真，设计正确，功能较完善，且有一定的独到之处，打印文档规范； 及格：设计基本认真，设计有个别不完善，但完成基本内容要求，打印文档较规范； 不及格：设计不认真，未能完成设计任务，打印文档较乱或出现抄袭现象者。 说明： 同学选择题目要尽量分散，并且多位同学选同一个题目时，要求各自独立设计，避免相互参考太多，甚至抄袭等现象。 学生姓名：苏印广 指导教师：李士哲 2015年7月17日
温度PID 控制实验 一、实验目的 1．加深对PID 控制理论的理解； 2．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用； 3．掌握时间比例P、积分I、微分D 对测控过程连续测控的影响以及提高测控系统的精度； 4．通过实验，改变P、I、D 参数，观察对整个温度测控系统的影响； 5．认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理。 二、预习要点 1．PID 控制理论与传递函数。请学生在0-100 的范围里，自己选择较好的KP，KI，KD 值，用该控制参数进行后续实验； 2．了解A/D、D/A 转换原理； 3．Labview 虚拟仪器图形软件（本实验指导书附录中对使用环境详细介绍）。 三、实验原理 温度是通过固态继电器的导通关断来实现加热的，控制周期即是一个加热和 冷却周期，PID 调节的实现也是通过这个周期实现的，在远离温度预设值的时固 态继电器在温度控制周期中持续加热（假设导通时间是T），在接近温度预设值 时通过PID 得到的值来控制这一周期内固态继电器的开关时间（假设导通时间是 1/2T）维持温度（假设导通时间是1/4T）。如图1 所示： 图1 加热周期控制示意图 8 四、实验项目 1．用PID 控制水箱温度； 2．用控制效果对比完成数据对比操作，选出最佳值。 五、实验仪器 ZCK-II 型智能化测控系统。 六、实验步骤及操作说明 1．打开仪器面板上的总电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；
2．打开仪器面板上的液位电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 3，确保贮水箱内有足够的水，参照图2 中阀门位置设置阀门开关，将阀门1、3、5、6 打开，阀门2、4 关闭； 图2 水箱及管道系统图 4．参看变频器操作说明书将其设置在手动操作挡； 5．单击控制器RUN 按钮，向加热水箱注水，直到水位接近加热水箱顶部，完 全 淹没加热器后单击STOP 按钮结束注水； 6．关闭仪器面板上的液位电源开关，红色指示灯亮起表示系统关闭； 7．打开仪器面板上的加热电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 8．打开计算机，启动ZCK-II 型智能化测控系统主程序； 9．用鼠标单击温度控制动画图形进入温度控制系统主界面，小组实验无须在个 人信息输入框填写身份，直接确定即可； 10．在温度系统控制主界面中，单击采集卡测试图标，进入数据采集卡测试程序。 请在该选项中确定选择设备号为端口1，因为我们接入数据采集卡的端口是1 号 9 端口，其他数据端口留做其他方面使用的，所以切记不能选错，否则程序会报 错 并强制关闭。选择采集通道时请选择0 号通道即温度传感器占用的通道。控制上、 下限选项是为设置报警电路所预设的，在本实验中暂未起用该功能，感兴趣的 同 学可以试着完善它，本实验报警数值是+1V 以下和+5V 以上，这里只做了解即可。 采样点数（单位：个）、采样速率（单位：个/秒）和控制周期（单位：毫秒） 请 参照帮助显示区进行操作，一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察 温 度和电压的变化，也可以单击冷却中左边的开关按钮进入加热程序，观察温度 上 升曲线及电流表和电压表变化，确认传感器正常工作后点击程序结束，等待返 回 主界面图标出现即可返回温度控制主界面进入下一步实验。 11．在温度系统控制主界面中，单击传感器标定图标，进入传感器标定程序。 本 程序界面和数据采集卡测试程序界面基本相同，操作请参照步骤10 进行，一切 设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，同时用温度
基于单片机的PID温度控制系统 【摘要】本设计在单片机的基础上，利用PID算法完成了温度控制系统的硬件设计和软件设计，实现更加精确高效的水的温度控制。本系统主要分为单片机控制模块，LCD显示模块，传感器检测模块，继电器控制模块等，通过传感 器模块检测水温然后发送给单片机，单片机对数据进行处理后由LCD显示，同时反馈给继电器，继电器接收到信号后控制加热器进行对水温的加热，从而达到精确控制水的温度的目的。该系统以节能高效为出发点，适用于小到热带鱼缸大到渔场养殖等多种场所。 【关键词】单片机、PID、温度控制 1.前言 1.1课题的背景及研究意义 温度作为一个不可忽视的因素存在于现代工业的生产中，工业生产过程中的温度控制一直是十分重要的环节。但控制在工业生产中已很难把握，并且对于那些以严格为目标的生产工艺，太高或太低的温度会对生产效率和质量造成显著的影响，从而导致生产效益的降低。这就要求我们开发出一种能够很好控制并且可以随时将温度展示给客户观看的温度控制器。单片机拥有着如同那些计算机一样强大的数据分析与处理能力，通过与PID相结合，我们可以很大程度上提高控制程序的能力，这样就能使生产效益得到提高[2]。 温度的测量、控制与保持是单片机温度测量系统中的重要部分，温度测量是工业生产中最要要的物理量之一。而有效的测量温度的方法之一就是通过单片机，所以单片机温度测量系统能够广泛的应在工业生产中，在电力工程、化工、机械、冶金等重点行业，有一个重要的测量任务，在日常生活中也可以得到广泛的应用。 以热带鱼缸为例，系统设计不够周全、结构不够简单化、性价比不够高等问题普遍的存在于目前市场上的各种热带鱼缸中，很多的鱼缸在温度控制方面都存在着许多缺陷，比如对温度控制的不够精确，常常还没达到设定温度就停止加热等。即使它达到了设定的温度，也有因加热时间长短不能有效地控制而导致能量的浪费问题。本次设计的温度控制系统是以51单片机为基础利用PID算法进行精确的温度控制，功能主要有温度设定、显示与控制等方面。此控制器和显示装置与以前的相比具有成本低，高精度的温度控制和显示，使用方便，性能稳定等优点，可以提高能源利用效率，在经济与社会效益上有一定的推动[3]。 1.2国内外现状及水平 这几年，我们在理论上对温度控制的研究已经比较成熟，但是在具体的温度测量与控制上，我们对于如何精确的对其进行控制等方面还存在着一些问题。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上，且要求其波动幅度不能超过某一给定值。从工业温度控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种： 1.2.1定值开关温度控制法
PID温度控制的PLC程序设计（梯形图语言） PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带: DM51 积分时间: DM52 微分时间: DM53 滞后值: DM54 控制周期: DM55 偏移量: DM56 数据刷新: 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STATEMENTLIST] LD //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 字串1 AND NOT //等于 OUT //初始化完成 LD TR0 AND OUT TR1 AND NOT //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57
成绩 《计算机控制技术》 课程设计 题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 班级：自动化09-1 姓名： 学号： 2013 年 1 月 1 日
基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 摘要：电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。 电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。本系统PID算法，将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。 关键词：电加热炉；PID ；功率；温度控制； 1.课程设计方案 1.1 系统组成中体结构 电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。 系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。 2.控制系统的建模和数字控制器设计 2.1 数字PID控制算法 在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
实验四 温度PID 控制实验 1、实验目的 通过实验了解简单反馈系统的组成，掌握简单调节系统“手动-自动”无扰动切换投运方法以及用临界比例度法对调节器参数进行工程整定。 2、实验原理 温度控制系统实验原理框图如图4所示，图中电/气转换器、可控硅控制器和容器温度组成广义被控对象。容器温度为系统控制对象，记为T y 。温度变送器检测得到输出的4-20mA 的电流反馈信号T fy ，由数据采集卡经A/D 转换成数字信号，输入计算机。再与给定值T r （从键盘输入）比较，得到偏差信号。计算机根据偏差信号，执行相应的控制算法程序，例如，数字PID 控制算法、自校正控制算法、模糊控制算法或者其它控制算法等，计算出控制量经D/A 转换成1-5V 的电压，再经电压-电流转换器转换成4-20mA 的电流控制信号T u 。控制广义对象的输出T y ，使其跟踪给定值T r 。 图4 被控对象为容器温度，操作变量为可控硅电压输出的温度控制系统 该实验装置组成闭环控制系统时，计算机都采用增量式PID 算式： ))2()1(2)(()())1()(()1()(-+--++ --+-=k e k e k e T T k e T T k e k e K k u k u d i c （2-1） 其中： )(k u ：当前时刻的控制量 )1(-k u ：上一时刻的控制量 c K ：放大倍数，对应控制参数“P ” i T ：积分常数，对应控制参数“I ” d T ：微分常数，对应控制参数“D ” T ：控制周期 )(k e ：当前时刻的给定量和检测量的偏差 )1(-k e ：上一时刻的给定量和检测量的偏差 )2(-k e ：两个时刻前的给定量和检测量的偏差 3、接线说明 模拟信号端子板和测量信号以及控制信号的接线简图如图5所示
PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带: DM51 积分时间: DM52 微分时间: DM53 滞后值: DM54 控制周期: DM55 偏移量: DM56 数据刷新: 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关
温度控制pid 过控课程设计 摘要 人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色，可以说几乎80%的工业部门都不得不考 虑温度对自身系统的影响，温度是与人类生产生活密切相关的一个物理量，由此便产生了各种各样的温度测量方法。根据测温精度和范围的不同，可选用不同的测温方式。目前常常采用模拟集成温度传感器，该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器的特点是，功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。然而在很多工业应用的场合下，环境非常恶劣，这种以人工的方式直接操作设置仪表很不现实，采用有线数据通信的方式也会受很多环境、质量、功能等方面的限制，在数据记录上也还要靠人工抄写，不能形成自动控制的系统。 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影 响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 随着单片机技术的日益成熟，单片机在温度控制上的应用也日趋广泛。本文采用STC89C52单片机采用积分分离式PID算法和带死区的PID算法两种控制方式，并通过对试验结果的 比较，发现对控制精度较高的系统和响应速度较慢的系统带死区的PID算法确实不大实用，而前者在应一定程度上若再辅以微分先行则基本上能满足系统要求。 关键字：STC89C52单片机，PID算法，积分分离式，微分先行。 Abstract Man's living environment, the temperature plays a very important role, can be said that almost 80% of the industrial sector had to take into account the effects of temperature on their systems, temperature is closely related to human production and life of a physical quantity, thus given rise to a wide range of temperature measurement method. According to the different temperature measurement accuracy and scope may make use of the temperature in different ways. There is often analog integrated temperature sensor, the sensor is made using silicon semiconductor
P I D温度控制的P L C 程序设计(梯形图语言)
PID温度控制的PLC程序设计（梯形图语言） PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带 : DM51 积分时间 : DM52 微分时间 : DM53 滞后值 : DM54 控制周期 : DM55 偏移量 : DM56 数据刷新 : 22905
l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STATEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 字串1 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STATEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关 DIFU 080.05 //设置微分
一、前言 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，我们知道虽然电能是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的角度出发，节省电能，保护环境。 本设计任务和主要内容： 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为 1 升净水，容器为搪瓷或塑料器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。 本设计主要内容如下： （1）温度设定范围为：40～90℃，最小区分度为 1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。 （3）用1602液晶显示水的实际温度。 （4）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 （5）温度控制的静态误差≤0.5℃。 二、系统方案 1、温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，主要有以下几种方案： 方案一：选用铂电阻温度传感器。此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好,但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻。选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：采用DS18B20温度传感器。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 2、键盘显示部分 控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观部分，所以此部分电路设计的好坏直接影响到电路的好坏。 方案一：采用可编程控制器8279与数码管及地址译码器74LS138组成，可编程/显示器件8279实现对按键的扫描、消除抖动、提供LED的显示信号，并对LED显示控制。用8279和键盘组成的人机控制平台，能够方便的进行控制单片机的输出。 方案二：采用单片机AT89C52与4X4矩阵组成控制和扫描系统，并用89C52的P1口对键盘进行扫描，并用总线的方式在P0口接1602液晶来显示水温和设定值，这种方案既能很好的控制键盘及显示，又为主单片机大大的减少了程序的