基于单片机的PID恒温控制系统设计

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

I 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

II 学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

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基于单片机 PID算法的电加热炉温度控制系统设计

摘要：电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，时变性，纯滞后等特点，其控温过程存在非线性波动等问题。本文采用AT89C51单片机基于PID算法设计了一种电加热温度控制系统。仿真实验表明，本系统能够有效提高电加热炉温度控制的鲁棒性，符合新形势下对炉温调控的实际需求。

关键词：电加热炉；温度控制；单片机；PID算法

1引言

电加热炉在冶金、化工、机械等领域具备广泛的用途，但是它是一个多时变、存在物理耦合、本质非线性的复杂系统，传统的基于滞后反馈的控制律无法平衡炉温检测与炉温调控之间的时间同步关系，容易造成整个加热炉炉温调控系统的温度非线性波动、间歇性振荡，引起炉温调控器的参数变化。因此提高电加热炉的温度控制水平，是当今工业控制技术的主要研究方向之一。

常规控制方法难以实现较高的控制精度和响应速度。相比之下，经典的增量PID控制算法，无需针对控制对象建立数学模型，便可实现较发复杂系统的精确控制。本文基于PID算法，提出设计了一套电加炉控制方法，核心控制芯片采用AT89C51系列单片机，具备数据采集、调控、显示、报警等多项功能，实现了对温控系统的设计和模拟仿真，能有效改善电加热炉温度控制系统的性能。

2 总体方案设计

本系统采用以AT89C51单片机为核心的温度控制系统，通过温度传感器PT100采样实时温度，并通过变送器将温度最终转换为电压信号通过A/D转换器0808将其转换为数字信号，送入单片机与给定值进行比较，运用PID算法得出控制结果，送显示并进行控制（图1）。

图1 系统总体设计方案图

2.1 系统硬件选择

单片机是指将微处理器、存储器和输入/输出接口电路集成在一块集成电路芯版上的单片微型计算机。单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点。单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适合用于智能控制系统。本次设计选用的是MCS-51单片机系列中的AT89C51，其具有结构体系完整、指令系统功能完善、内部寄存器规范、性能优越、技术成熟、高可靠性和高性价比等特点。

I

基于单片机的温度控制系统设计

摘 要

随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。8031的接口电路有8155、2764。8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。

关键字：温度控制；接口电路；可控硅

Design of Temperature Control System Based on SCM

Libing

(College of Zhangjiajie, Jishou University, Jishou,Hunan 416000)

Abstract

Along with national economy development, the people need to each heating

furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature

carry on the monitor and the control. Not only uses the monolithic integrated circuit

to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility

big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature

单片机基于51单片机温度控制设计简介

一、引言

本文将介绍基于51单片机的温度控制设计，其中包括硬件设计和软件设计两个部分。温度控制是工业自动化中非常重要的一部分，其应用范围非常广泛，如冷库、温室、恒温水槽等。本文所介绍的温度控制设计可广泛应用于各种场合。

二、硬件设计

1.传感器部分

本设计采用DS18B20数字温度传感器，其具有精度高、抗干扰能力强等优点。传感器的输出信号为数字信号，与51单片机通信采用单总线方式。

2.控制部分

本设计采用继电器控制加热器的开关，继电器的控制信号由51单片机输出。同时，为了保证控制精度，本设计采用PID控制算法，其中P、I、D系数均可根据实际情况进行调整。

3.显示部分

本设计采用LCD1602液晶显示屏，可显示当前温度和设定温度。

4.电源部分

本设计采用12V直流电源供电，其中需要注意的是，由于继电器的电流较大，因此需要采用稳压电源。

三、软件设计

1.初始化

在程序开始运行时，需要对各个模块进行初始化，包括DS18B20传感器、LCD1602液晶显示屏和PID控制器等。

2.采集温度

程序需要不断地采集温度，通过DS18B20传感器获取当前温度值，并将其显示在LCD1602液晶显示屏上。

3.控制加热器

根据当前温度和设定温度的差值，通过PID控制算法计算出控制信号，控制继电器的开关，从而控制加热器的加热功率。

4.调整PID参数

为了保证控制精度，需要不断地调整PID控制算法中的P、I、D系数，以达到最优控制效果。

四、总结

基于51单片机的温度控制设计，可以实现对温度的精确控制，具有应用广泛、控制精度高等优点。本文所介绍的硬件设计和软件设计，可供读者参考和借鉴，同时也需要根据实际情况进行调整和改进。