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CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科生毕业论文题目PID温控系统的设计及仿真学生指导教师学院信息科学与工程学院专业班级完成时间年月摘要温度是工业控制的主要被控参数之一。
可是由于温度自身的一些特点，如惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型等，给控制过程带来了难题。
要对温度进行控制，有很多方案可选。
PID 控制简单且容易实现，在大多数情况下能满足性能要求。
模糊控制的鲁棒性好，无需知道被控对象的数学模型，且在快速性方面有着自己的优势。
研究分析了PID 控制和模糊控制的优缺点，把两者相互结合，采用了用模糊规则整定P K 、I K 两个参数的模糊自整定PID 控制方法。
本研究以电烤箱为控制对象，用MATLAB 软件对PID 控制、模糊控制和参数模糊自整定PID 控制的控制性能分别进行了仿真研究。
仿真结果表明PID 对于对象模型复杂和模型难以确定的控制系统具有很大的局限性，不能满足调节时间短、超调小的技术要求。
由于模糊控制的理论（如量化因子和比例因子的确定问题）并不完善，其可能获得的控制性能无法把握，而且模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起稳态误差。
参数模糊自整定PID 控制吸收前两种方法的长处，满足了调节时间短、超调量为零且稳态误差较小的控制要求。
因此本论文最终确定采用参数模糊自整定PID 控制方案。
本系统硬件采用了以 AT89C52 单片机为核心的温度控制器，选用 k 型热电偶为温度传感器结合MAX6675芯片构成前向通道，同时双向晶闸管和SSR 构成后向通道，由按键、LED 数码显示器及报警单元等组成人机联系电路。
关键词：单片机，PID ，模糊控制，仿真ABSTRACTTemperature is one of the main parameters in the industrial process control.Yetthere are difficultiesto have a good control oftemperature becauseof the characteristics of the temperature itself:the temperature inertia is great, its time-lag is serious and it is hardto establish an accurate mathematical model.There are many methods to be selected in order to control a system. The PID controlis simple,easily realized andin most casesit meetsthe control demand. Fuzzy control has the advantage of quickness,itsrobustness is good and there is no needto know theobject ’smathematical model.This paper analyses the advantages and disadvantages of both PID control and fuzzycontrol and es to the method of bining them together,fuzzy self-tuningPID control. In this method,P K and I K of the PID controller are adjusted by fuzzy control rules ．In the paper simulations of PID control, fuzzy control and fuzzyself-tuning PID control are done by MATLAB to control a electric oven.Conclusions are that for those control objects of which models are plicated or hard to establish,the PID method has limitation and doesn ’t meet the control demand. As the fuzzy control method theory is not perfect, a good control performance cannot be expected. And it could easily cause the steady-state error for it is restricted by limited grades of the fuzzy rules.Finally the fuzzy self-tuning PID control method is selected, since it meets the control demands.In this paper AT89C52 is used as controller, toward access is posed of K which is used as the temperature sensor and MAX6675.Backward access is posed of bidirectional thyristor and SSR. Man-machine circuit is posed of keyboard, LED and warning unit, etc.Key words ：Micro Controller, PID Control, Fuzzy Control, Simulation目 录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1 课题的提出及意义11.2 控制系统背景介绍11.3 当代温控系统及智能算法2第二章温控系统的设计52.1 温控系统的总体设计52.1.1 温控系统设计的基本原则52.1.2 温控系统的结构及设计62.2 温控系统的硬件设计72.2.1 前向通道设计72.2.2 后向通道设计102.2.3 人机通道设计11小结15第三章系统控制方案163.1 PID 控制163.1.1 PID的概述163.1.2 PID 控制的基本理论及特点163.2 模糊控制183.2.1 模糊控制的概述183.2.2 模糊控制的基本原理及特点183.3 模糊PID 控制19小结21第四章仿真研究224.1 MATLAB及其模糊逻辑工具箱和仿真环境simulink224.2 仿真和优选234.2.1 控制对象模型234.2.2 仿真和方案选择25小结32第五章总结与展望335.1 主要工作容335.2 工作小结335.3 存在的问题及未来的方向34结束语35参考文献36第一章绪论1.1 课题的提出及意义温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。
温度控制系统的设计_毕业设计论文摘要：本文基于温度控制系统的设计，针对工况不同要求温度的变化，设计了一种通过PID控制算法实现温度控制的系统。
该系统通过传感器对温度进行实时监测，并将数据传输给控制器，控制器根据设定的温度值和反馈的实际温度值进行比较，并通过PID算法进行控制。
实验结果表明，该温度控制系统具有良好的控制性能和稳定性。
关键词：温度控制系统；PID控制；控制性能；稳定性1.引言随着科技的发展，温度控制在很多工业和生活中都起到至关重要的作用。
温度控制系统通过对温度的监测和控制，可以保持系统的稳定性和安全性。
因此，在各个领域都有大量的温度控制系统的需求。
2.温度控制系统的结构温度控制系统的结构主要包括传感器、控制器和执行器。
传感器负责对温度进行实时监测，并将监测到的数据传输给控制器。
控制器根据设定的温度值和反馈的实际温度值进行比较，并通过PID控制算法进行控制。
执行器根据控制器的输出信号进行操作，调节系统的温度。
3.PID控制算法PID控制算法是一种常用的控制算法，通过对控制器进行参数调节，可以实现对温度的精确控制。
PID算法主要包括比例控制、积分控制和微分控制三部分，通过对每一部分的权值调节，可以得到不同的控制效果。
4.实验设计为了验证温度控制系统的性能，我们设计了一组温度控制实验。
首先，我们将设定一个目标温度值，然后通过传感器对实际温度进行监测，并将数据传输给控制器。
控制器根据设定值和实际值进行比较，并计算控制信号。
最后，我们通过执行器对系统的温度进行调节，使系统的温度尽量接近目标温度。
5.实验结果与分析实验结果表明，通过PID控制算法，我们可以实现对温度的精确控制。
在设定目标温度值为40℃的情况下，系统的稳态误差为0.5℃，响应时间为2秒。
在不同工况下，系统的控制性能和稳定性都得到了有效的保证。
6.结论本文基于PID控制算法设计了一种温度控制系统，并进行了相应的实验验证。
实验结果表明，该系统具有良好的控制性能和稳定性。
PID温控系统的设计及仿真毕业论文摘要：本论文针对PID温控系统的设计和仿真展开研究。
首先，介绍了PID控制器的基本原理和工作方式，并分析了PID控制器在温控系统中的应用。
然后，基于MATLAB/Simulink软件，建立了PID温控系统的数学模型，并进行了系统的仿真。
通过对比分析不同PID参数的变化对温度控制系统的影响，最终得到了最优的控制参数。
关键词：PID控制器，温控系统，MATLAB，仿真1.引言温控系统在日常生活中被广泛应用，例如家用温度控制、工业生产过程中的温度控制等。
PID控制器作为一种经典的控制方法，被广泛应用于温控系统中。
本论文旨在设计一个PID温控系统，并通过仿真实验分析不同PID参数对系统性能的影响，从而得到最优的控制参数。
2.PID控制器原理及应用PID控制器是一种反馈控制器，根据控制量与设定值之间的差异来调整输出信号。
它由比例环节、积分环节和微分环节组成，可以有效地抑制温度偏差、提高控制系统的稳定性和精度。
PID控制器在温控系统中的应用十分广泛。
通过对温度传感器采集到的信号进行处理，PID控制器可以实时调整控制系统的输出信号，从而控制温度在设定范围内波动。
PID控制器的参数调整对于系统性能和稳定性具有重要影响。
3.温控系统的数学模型建立基于PID控制器的温控系统可以用数学模型来描述。
以温度T为控制对象，控制量为输出温度U，设定温度为R，PID控制器的输出为Y。
根据温控系统的动力学特性，可以建立如下的数学模型：T * dY(t)/dt = Kp * (R - Y(t)) + Ki * ∫(R - Y(t))dt + Kd * d(R - Y(t))/dt其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
4.温控系统的仿真实验通过MATLAB/Simulink软件，搭建了PID温控系统的仿真模型。
根据数学模型，设定了温度的变化范围和输出的控制参数。
在仿真实验中，通过对比分析不同PID参数的变化对温度控制系统的影响。
基于PID电加热炉温度控制系统设计1概述电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。
采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。
在本控制对象电阻加热炉功率为800W，由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C，保温阶段温度控制精度为正负1度。
选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。
其对象问温控数学模型为：其中：时间常数Td=350秒放大系数Kd=50滞后时间=10秒控制算法选用改PID控制2系统硬件的设计本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。
系统硬件结构框图如下：图2-1 系统硬件结构框图图2-2 系统电路图2.1电源部分本系统所需电源有220V交流市电、直流5V电压和低压交流电，故需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。
但这样的电压还随电网电压波动（一般有+-10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。
因而在整流、滤波电路之后,还需要接稳压电路。
稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。
整流装置采用二极管桥式整流，稳压芯片采用78L05,配合电容将电压稳定在5V，供控制电路、测量电路和驱动执行电路中弱电部分使用。
前言温度是表征物体冷热程度的物理量。
在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。
因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。
单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。
将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。
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。
但随之而来的是巨额的成本。
在很多的小型系统中，处理机的成本占了系统成本的比例高达20%，而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，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。
随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。
现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。
1绪论1.1研究的目的和意义温度是工业生产中主要被控参数之一，温度控制自然是生产的重要控制过程。
工业生产中温度很难控制，对于要求严格的的场合，温度过高或过低将严重影响工业生产的产质量及生产效率，降低生产效益。
这就需要设计一个良好温度控制器，随时向用户显示温度，而且能够较好控制。
单片机具有和普通计算机类似的强大数据处理能力，结合PID，程序控制可大大提高控制效力，提高生产效益[9]。
基于PID的简单水温控制系统设计摘要：在工农业生产和日常生活中，对温度的检测与控制始终有着非常重要的实际意义和广泛的实际应用。
为了加深计算机控制理论的理解，故设计一个温度控制系统，该系统主要由温度信号采集与转换模块（传感器DS18B20）、主机控制模块（单片机STC89C52）、温度控制模块（双向晶闸管BTA06）、液晶显示模块（液晶LM1602）等四部分组成，控制算法为PID算法。
系统可实现稳态误差小于1℃，最大超调小于1℃，并且调节时间较短，恒定效果好。
关键词：传感器DS18B20，单片机STC89C52，PID算法，液晶LM1602，双向晶闸管BTA061 选题背景在现代工业生产和日常生活当中，对温度的检测、实现自动恒温控制有着非常重要实际意义和广泛的应用，例如大型火力发电站锅炉的温度控制、石油炼油厂油温的控制等。
一般的温度控制系统其主要构成部分有以下几部分：被控对象、温度信号采集与转换模块、显示模块、执行模块、主机控制模块、按键等。
关系如图1.1：图1.1 温度检测装备的组成结构在此，我选择了温度测量及其恒温控制作为计算机控制课程设计课题。
在该控制系统中，控制算法不但结合经典的PID控制算法的优势；还增加了死区控制，平均滤波、限幅消抖、抗积分饱和等措施抑制非正常情况的发生；此外，控制算法还采用了二维PID算法的优点，加快了系统的动态响应速度。
经过实际测试，采取的措施能够很好地抑制非正常情况的发生，系统的响应速度、稳态误差、超调量都取得了较为满意的结果。
2 方案设计及其论证2.1 温度信号的采集及AD转换2.1.1方案一采用模拟类温度传感器，比如LM45、AD590、铂电阻等。
增加适当的放大电路和AD转换电路以后，就可以将温度信号送入单片机。
然而，这种设计需要用到A/D转换电路，且温度传感器的接线较为麻烦，制作成本较高。
2.1.2 方案二采用数字类温度传感器，比如DS18B20。
DS18B20为数字式温度传感器，直接将温度信号转换为数字量，可编程的分辨率为9～12位,采用独特的单总线接口，只需要一条总线就可以实现与单片机通信，简化了硬件电路设计，降低了设计成本。
XXXX大学本科毕业设计PID水温控制系统学生姓名所在系专业名称班级学号指导教师PID水温控制系统学生：指导教师：摘要：随着社会主义现代化的发展，在科学技术突飞猛进的今天，人工智能起不不可忽视的作用。
尤其是各种智能化的仪器、仪表在农、工业的广泛应用给社会带来了极大的便利。
本文从温控模型和特点出发,采用以单片机PIC16F877为核心，用AD7416数字温度传感器进行测量温度。
以PID算法控制温度，并对温度进行良好的精度控制。
本系统的多个部件如,定时器,加热开关，按键设置水温，实时显示温度，控制温度和报警保温等功能等都可利用单片机来实现。
文章着重介绍核心器件的选择、温度控制系统分析、各部份电路及软件的设计。
它具有结构简单、可靠性好，抗干扰能力强、实现容易，成本低，具有实用价值等特点。
它提供了一个通过温度来控制设备的基本思想和原理，相信能在实际应用中为我们的生活带来更大的便利。
关键词：单片机数字温度传感器PID温度控制PID-based temperature control systemAbstract：Along with the development of socialist modernization, rapid progress in science and technology today, not artificial intelligence from the role that can not be overlooked. Especially the variety of intelligent instruments, meters in the agricultural, industrial society to the broad application brought great convenience. In this paper the characteristics of the model and temperature control, the introduction of SCM PIC16F877 at the core, with AD7416 digital temperature sensor to measure the temperature. PID algorithm to control the temperature , and temperature control for good accuracy. Many parts of the system such as, timers, heating switches, buttons installed water temperature, real-time display of temperature, temperature control and alarm functions, such as insulation SCM can be used to achieve. The article highlights the core device of choice, temperature control system, part of the circuit and software design. It has a simple structure, reliability, and strong interference capability to achieve easy, low cost, has practical value, and other characteristics. It provides a temperature controlled equipment through the basic ideas and principles, I believe in the practical application of our life more convenient.Keywords: microcomputer digital temperature PID temperature control目录一、前言 (1)（一）设计任务及要求 (1)（二）方案的比较与选择 (2)二、总体设计 (2)（一）系统总体设计 (2)（二）单元电路的功能原理分析 (7)（三）发挥部分设计 (8)三、系统软件设计 (9)（一）程序的主流程图 (9)（二）各个功能模块流程 (10)四、系统测试与调试 (14)（一）电路测试 (14)（二）仪器的使用 (15)（三）测试的结果 (15)（四）发挥部分测试 (15)五、结论 (15)致谢 (16)附录 (17)附录一设计总电路图 (17)附录二设计PCB图 (18)附录三设计3D图 (19)附录四程序清单 (20)参考文献 (28)一、前言（一）设计任务及要求本文介绍的是一个由PIC16F877为核心的单片机制作的一个水温控制器。
基于PID的水温控制电路设计文献综述摘要：在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机和电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费。
但是利用AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器DS18B20，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成的控制系统却能解决这个问题。
单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，并显示于数码管上。
该系统具有灵活性强，易于操作，可靠性高等优点，将会有更广阔的开发前景。
关键词：AT89C51 单片机，PID，DS18B20，LEDDesign of Water Temperature Controller Based on PID AlgorithmAbstract:Growing tensions in energy today, Electric water heater, water machine and electric meal bao in the household appliances such as heat preservation, Because of its simple temperature control system, resistance to achieve by temperature control, So could do a lot of energy is wasted. But use of AT89C51, cooperate the temperature sensor DS18B20, signal processing circuit, display circuit, the output control circuit, the alarming circuit etc control systems but can solve this problem. SCM can be detected water temperature sensor of analog conversion into the digital quantity, and shown in digital tube. This system has the flexibility, easy to operate and high reliability etc, there will be more broad development prospects.Key words: 89C51 single-chip microcomputer；PID；DS18B20；LED1 基于PID水温控制电路设计的概念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。
基于PID的水温控制系统设计摘要本次设计采用proteus仿真软件，以AT89C51单片机做为主控单元，运用PID控制算法，仿真实现了一个恒温控制系统。
设计中使用温度传感器DS18B20采集实时温度，不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路，能直接与单片机完成数据的采集和处理，使用PID算法控制加热炉仿真模型进行温度控制，总体实现了一个恒温控制仿真系统。
系统设计中包含硬件设计和软件设计两部分，硬件设计包含显示模块、按键模块、温度采集模块、温度加热模块。
软件设计的部分，采用分层模块化设计，主要有：键盘扫描、按键处理程序、液晶显示程序、继电器控制程序、温度信号处理程序。
另外以AT89C51 单片机为控制核心，利用PID 控制算法提高了水温的控制精度，使用PID 控制算法实施自动控制系统，具有控制参数精度高、反映速度快和稳定性好的特点。
关键词：proteus仿真，PID，AT89C51，DS18B20温度控制目录1 系统总体设计方案论证 (1)1.1 设计要求 (1)1.2 总体设计方案 (2)2 系统的硬件设计 (3)2.1 系统硬件构成概述 (3)2.2 各单元总体说明 (4)2.3 按键单元 (5)2.4 LCD液晶显示单元 (6)2.5 温度测试单元 (7)2.6 温度控制器件单元 (8)3 恒温控制算法研究（PID）................................................................ 错误！未定义书签。
3.1 PID控制器的设计 (7)3.2 PID算法的流程实现方法与具体程序 (10)4 系统的软件设计 (14)4.1 统软件设计概述 (14)4.2 系统软件程序流程及程序流程图 (15)4.3 温度数据显示模块分析 (16)4.4 测试分析 (18)5 模拟仿真结果 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
1系统总体设计方案论证1.1 设计要求一种基于数字PID和单片机的温度控制系统设计。
要求如下：1、超调量≤10%2、温度可调，范围；K1=50度K2=60度K3=70度K4=80度3、人—机对话方便4、温度误差≤±1℃1.2 总体设计方案在仿真设计中，先通过按键设置温度，然后通过温度传感器DS18B20，从环境中采集温度，由单片机获取采集的温度值，经过处理后，可得到当前环境温度中一个比较稳定的温度值，并且通过LCD液晶显示。
再去根据当前设定的温度值进行比较，温度未达到预定的下限温度时，单片机将通过P2.6口连接的RELAY输出高电平控制信号来驱动RL1，使得加热棒工作，为系统提供热量，来升高温度。
温度上升到预定上限温度时，单片机将通过P2.6口连接的RELAY输出低电平控制信号来驱动RL1，使得加热棒停止加热，让温度慢慢回落[3]。
工作原理图如图1.1所示：在设计中使用温度传感器DS18B20采集实时温度，使用PID算法控制加热炉仿真模型进行温度控制。
DS18B20是DALLAS公司生产的经典的数字温度传感器，具有低功耗、高性能、抗干扰能力、微型化、强易配处理器等等优点，它特别适合用于多点温度测控的系统，它可直接将温度转化成数字信号，交给单片机处理，并且在同一总线上可挂接多个传感器芯片，进行范围性的温度检测。
在其内部集成了A/D转换器，可使电路结构更简单，且减少了温度测量转换时的精度损失。
数字温度传感DS18B20只用一个引脚，即可与单片机进行连接了，这样大大的减少了设计中接线麻烦的问题，使得单片机可以节约许多端口。
DS18B20芯片的体积又比较小，且还是单线与主控芯片连接，于是在实际运用中，常常把数字温度传感器DS18B20做成小型的测量温度的探头，即使是一些狭小的位置也能很方便的检测到，使温控系统发挥最大的作用[4]。
在本仿真设计中DS18B20与51单片机的P3.4口链接。
DS18B20可以仿真设置环境温度，来完成设计要求。
本次设计采用proteus仿真软件，以AT89C51单片机做为主控单元。
51单片机上连接晶振和复位电路，保证单片机的正常运行。
P0口与LCD液晶连接，显示测量结果。
P1.0，P1.4，P3.3，P3.4分别与4个控制按键连接。
由AT89C51的端口丰富使得整个系统设计起来方便简单，线路清晰，且AT89C51是一个高性能，低功耗的CMOS 8位单片机，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz，在实际的应用中性价比很高，是温控系统的不二选择。
本设计中选择AT89C51做为主控单位也是考虑到了实际的需求和做此设计的意义的[5]。
2系统的硬件设计2.1 系统硬件构成概述本章主要介绍本次设计中的硬件设计部分，其中包含：显示模块、按键扫描模块、温度采集模块、温度加热模块。
2.2 各单元总体说明1、显示模块：本设计中采用LCD液晶显示温度值，其中最后一位为小数位。
2、按键模块：本设计中采用5按键设置，第一按键为复位按键，第2、3、4、5按键为温度档位按键，连接上拉电阻使其未按键时能够保持高电平。
3、温度采集模块：本次设计中使用温度传感器DS18B20采集实时温度，使用PID 算法控制加热炉仿真模型进行温度控制，数字温度传感器DS18B20只需一个引脚，即可与单片机进行通信，在设计中将DS18B20与51单片机的P3.4口连接，用其来完成温度的测量[6]。
4、温度加热模块：本设计采用加热棒来进行温度值的控制，其配有功率显示表，以便在仿真中与温度传感器DS18B20相对应，便于统计。
加热棒与光电耦合器连接，光电耦合器通过RELAY与51单片机的P2.6口连接。
通过51单片机发送信号来控制加热棒的运作。
2.3 按键单元一般的键盘设计采用的是硬件设计，可是其在仿真设计中连接，线路会比较麻烦。
所以在本此设置中我采用的是5按键软件控制，第一个按键为复位按键，其他两个为档位调节按键，K1为50度、K2为60度、K3为70度、K4为80度，方便简洁，线路清晰设计起来也较为方便。
连接上上拉电阻，使其当未有按键按下时，各各按键位都处于高电平。
按键操作说明：1号按键为复位设置按键，第一次按下它时，1号按键位将处于低电平，LCD液晶将会显示未加热时的温度，此时，可通过档位按键设置温度，然后进行其他功能模块的操作。
电路如图3.1所示：图3.1 按键电路3.6 温度测试单元在本设计中温度测试采用温度芯片DS18B20与51单片机的P3.4口连接。
此集成芯片，可以很好的减少外界的干扰。
其内部集成A/D转换器，使得电路结构更简单，且减少了温度测量转换时的精度损失，从而使测量的温度值更为精确，具有实在的设计意义。
且数字温度传感器DS18B20只用一个引脚，即可与单片机进行通信了，大大的减少了接线麻烦的问题，使得单片机更加具扩展性。
由于DS18B20芯片的小型化，通过单条数据线，就可以和主电路连接，在实际应用中，可把数字温度传感器DS18B20做成测温探头，可方便的探入到狭小的地方，从而增加了实用性[9]。
DS18B20的开始运作时，首先要做的是复位工作，即在开始工作前，51单片机将会给DS18B20当总先发送一个不小于480us的低电平信号，对其进行复位。
DS18B20在接收到这个信号后的15~60us内会回发一个芯片的存在脉冲。
为了接收存在脉冲，数据当总线将会被控制器拉高，存在脉冲是一个60~240us的低电平信号。
接下去将进行51单片机与DS18B20间的通信。
51单片机发送控制的指令共有5指令，而每一个工作周期只可以发送一条指令。
5条指令分别为：读取数据、指定匹配的芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。
接着51单片机发送存储器操作指令（在指令发送给DS18B20后，马上就发送存储器操作指令了）。
存储器指令的功能就是控制DS18B20怎么样进行工作。
DS18B20同51单片机的接线如图3.4所示：见图可知DS18B20只需与单片机的一个端口连接即可，不过当总线为开漏R，为4.7KΩ。
需要外接一个上拉电阻23.7 温度控制器件单元在本次设计中，是采用加热棒通过PID算法来对温度进行控制的，以便在仿真中与温度传感器DS18B20相对应，便于统计。
加热棒与光电耦合器连接，光电耦合器通过RELAY与51单片机的P2.6口连接。
51单片机通过RELAY口向光电耦合器发送高电平时，无电流流过，光电耦合器将不导通，继电器也不能导通，继电器的线圈无电流通过，RL1打向电源处，加热棒通电开始工作加热，可以看出加热棒提升的温度。
当测量到的温度值超出先前设定的预期温度值上限时，51单片机通同过RELAY口向光电耦合器发送低电平时，光电耦合器将导通，有电流流过，使得继电器也导通，继电器的线圈有电流通过，RL1打向继电器线圈，加热棒断开连接，停止工作，使温度慢慢的回落。
温控系统连接方法如图3.5所示：图3.5 温控系统电路4 恒温控制算法研究（PID）4.1 PID控制器的设计PID控制是目前在温度控制中应用最广泛的一种控制算法，其核心思想是按设定值与测量值之间的偏差比例、偏差的积累和偏差变化的趋势来控制输出量，采样的周期相当短时，可以用用差商代替微分，求和代替积分，可以有如下近似变换[10]。
KT t =()()()∑∑⎰====kj k j t j e T jT e T dt t e 000 ()()()[]()()Tk e k e T T k e kT e dt t de 11--=--= （4.1） 式中，k 为采样的序号，k=l ，2，…；T 为采样的周期。
在离散化的过程中，采样时间T 须足够的短，不然难以确保精度。
在运算时，把()kT e 表示成()k e 等，省去了T 。
则可推算出离散的PID 表达式写成：()()()()()[]11--++=∑=k e k e K j e K k e K k u D ko j p （4.2）式中，k 为采样的序号，k=1，2，…；()k u 是第k 次采样时，计算机输出的值；()k e 是第k 次采样时输入的偏差值；()1-k e 是第()1-k 次采样时输入的偏差值；1K 是积分系数，i P T T K K =1；D K 是积分系数，TT K K d p D =。
在实际的应用中，通常采用增量式PID 控制算法，即数字控制器输出只是控制量的增量，该算法编程简单，数据可以递推使用，占用存储空间少，运算快。
根据递推原理可得：4 恒温控制算法研究（PID ）4.1 PID 控制器的设计PID 控制是目前在温度控制中应用最广泛的一种控制算法，其核心思想是按设定值与测量值之间的偏差比例、偏差的积累和偏差变化的趋势来控制输出量，采样的周期相当短时，可以用用差商代替微分，求和代替积分，可以有如下近似变换[10]。
