计算机控制最终啊
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课程设计任务书
学生姓名： 专业班级：
指导教师： 工作单位：
题 目: 温度控制系统设计
初始条件：
被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0～5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0～5伏，对象的特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为T1＝30秒，滞后时间常数为τ＝10秒。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1．设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；
2．编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；
3．计算机仿真被控对象，编写仿真程序；
4．通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。
5. 撰写设计说明书。课程设计说明书应包括：设计任务及要求；方案比较及认证；系统滤波原理、硬件原理，电路图，采用器件的功能说明；软件思想，流程，源程序；调试记录及结果分析；参考资料；附录：芯片资料，程序清单；总结。
时间安排：
6月22日 查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计
6月23日—6月24日 完成硬件设计
6月25日—6月26日 编写调试程序
6月29日—6月30日 撰写课程设计说明书
7月1日 提交课程设计说明书、图纸、电子文档
指导教师签名： 年 月 日
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
摘要
温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类行业里，广泛使用各种加热炉、热护理炉和反应炉等。由于炉子的种类不同，因此采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油和电等。随着科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等要求越来越高，控制系统也千变万化，温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。
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。本设计介绍了以AD590集成温度传感器为采集器、AT89C51为控制器、ADC0809为A/D转换器对温度进行智能控制的温度控制系统。其主要过程如下：利用传感器对将非电量信号转化成电信号，转换后的电信号再入A/D转换成数字量，传递给单片机进行数据处理，并向外围设备发出控制信号。
论文首先介绍了单片机控制系统的整体方案设计及原理，然后具体介绍了控制系统的温度传感器部分、A/D转换部分、控制器89C51部分以及数码管显示和键盘控制部分，接着相信介绍了温度控制系统各个单元电路的设计，最后阐述了温度控制系统软件设计的主程序和各个子程序。
关键字：单片机89C51 温度传感器 A/D转换器 温度控制
目录
1 设计任务及分析 ------------------------------------------------- 1
1.1设计任务和要求 ------------------------------------------------------- 1
1.2系统的分析 ----------------------------------------------------------- 1
2.电路设计 ------------------------------------------------------- 2
2.1 设计思路 ------------------------------------------------------------ 2
2.2 设计原理 ------------------------------------------------------------ 2
2.3 系统方案论证 -------------------------------------------------------- 3
2.4 原理框图 ------------------------------------------------------------ 3
3．积分分离PID控制 ---------------------------------------------- 4
3.1PID控制的作用 -------------------------------------------------------- 4
3.2积分分离判断 --------------------------------------------------------- 4
3.3PID控制算法 ---------------------------------------------------------- 6
4.硬件设计 ------------------------------------------------------- 7
4.1ADC0809芯片功能 ------------------------------------------------------ 7
4.2DAC0832芯片功能 ------------------------------------------------------ 8
4.3AT89C51单片机 ------------------------------------------------------- 10
4.4系统滤波原理 -------------------------------------------------------- 12
5. 基于MATLAB仿真被控对象 -------------------------------------- 12
5.1在不同参数下，MATLAB仿真波形图 ------------------------------------- 13
5.2Td变化对超调的影响 -------------------------------------------------- 14
6.心得体会 ------------------------------------------------------ 15
参考文献 -------------------------------------------------------- 16
1 温度控制系统设计
1 设计任务及分析
1.1设计任务和要求
被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0～5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0～5伏，对象的特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为T1＝40秒。
要求完成的主要任务：
（1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；
（2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；
（3）计算机仿真被控对象，编写仿真程序；
（4）通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。
（5）撰写设计说明书
1.2系统的分析
该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0~5伏时对应电炉温度0~500℃，温度传感器测量值对应也为0~5伏，对象的特性为积分加惯性系统，这里惯性时间常数取T1＝40秒。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定，实现工业过程中PID控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长， 否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。
2 2.电路设计
2.1 设计思路
该控制系统使用单片机为处理器,连接温度传感器,温度控制电路,并附加LED显示部分及键盘部分，可以实时显示温度，实现对温度控制还可以键盘对PID参数进行设置。
该系统使用热电阻测出电阻炉温度并转换成电压信号，此电压信号经过温度传感器检测电路转换成数字信号送人单片机，而单片机经过数据处理后，控制显示部分显示温度。此外，将温度与设定值比较，根据设定计算出控制控制量，通过控制电阻丝两端交流电压的通断时间比例来实现电阻丝发热量的控制。
2.2 设计原理
该控制系统使用单片机作为微处理器，连接温度传感器、A/D转换、温度控制电路，并且附加LED显示部分及键盘部分，它可以实时的显示温度，实现对温度的自动控制，还可以通过键盘对PID参数进行设置。
该控制系统使用热电阻测出电阻炉实际温度并转换成电压信号。此电压信号经过温度检测电路A/D转换电路转换成与炉温相对应的数字信号送入单片机，而单片机经过数据处理后，控制显示部分显示温度。此外，将温度与设定值比较，根据设定计算出控制量，通过控制电阻丝两端交流电压的通断时间比例来实现电阻丝发热量的控制。
该系统的主要控制算法为经典控制理论中所介绍的PID控制算法，积分的作用是消除残差，比例的作用是使温度快速跟踪设定值而变化，而微分的作用是抑制扰动，提前作用，提高稳定性。另外，温度传感器就是反馈通路不可或缺的部分。它可以较准确地测得加热杯内当前水温，单片机接受温度传感器测得的数据，经过内部程序的处理，将该数据转换为实际温度。程序中有一设定加热温度值的变量（设定值），此变量通过按键赋值，这样增加了程序的灵活性和方便性，可以直接修改加热温度，而不用修改程序本身。将设定温度值与当前温度值相减，产生偏差值，该值经过PID算法，得到一个控制参数。当然PID的形式是多种多样的，可以是经典的PID，也可以是模糊PID，积分分离PID。
