基于PID的单片机温度控制系统设计论文

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基于PID的温度控制系统设计

  I- w' ~5 y, v, o* G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

* a' }3 V) \( V  @. o7 F, Z  g, J
( D4 v+ B7 |$ p" S9 ?7 L目录
4 S) Z% L& H. B6 `9 o% D( N! z2 B& X2 Q摘  要        III
! l+ u+ D& z& q$ b: bAbstract        IV
1绪论        1
5 ]' B2 L9 \8 }. [1.1课题的来源        1
1.2课题的意义        1
! c! d& Q" L0 S1.3课题研究的主要内容        1
2硬件设计        3
1 ^! E/ W8 H% G7 l5 E, k2.1单片机控制模块的设计        3
; g# w% P$ K: A2.1.1 AT89C52单片机简介        3
2.1.2 单片机的引脚功能        4
2.1.3 单片机控制模块的电路设计        5
! _: N& o4 b+ I2.1.4 电源设计        6
2.2温度采集模块的设计        7
4 d/ Y0 c. r" g$ b2.2.1 DS18B20芯片的简介        7
) i, O) M9 Y7 ^. U2.2.2 DS18B20的内部结构        8
% ~# m. @# r6 \& Z9 s: a2.2.3 DS18B20的供电方式        10
2.2.4 DS18B20的引脚功能        10
2.3温度控制模块的设计        11
2.4按键及显示模块的设计        12
2.4.1 LCD1602的参数和引脚功能        12
2.4.2 LCD1602的特点        13
. a. @& _, q: Z7 x2.4.3 按键电路的设计        13
2.5报警模块的设计        14
& p0 f6 m, l& g+ Q2 O; M! L/ V; A8 k7 B3软件设计        16
1 h$ K7 q/ H6 Q+ A3.1主程序的设计        16
3.2DS18B20读温度程序的设计        16
' Z) |/ [/ n0 \# x* ~1 j( ^3.3键盘扫描程序的设计        17
8 ~5 T  e, L5 c; D3 X3.4报警处理程序的设计        18
3.5PID控制算法        18
' a! K. r  H9 m0 P% u* T, v4系统仿真        22
8 v) J% W# A# ?% x4 B! _参考文献        27
致谢        28
附录        29


1绪论
1.1课题的来源
+ d2 w+ r+ m9 Z3 ]在食品加工、化工、冶炼等工业控制和生产中，在工业生产和日常生活中经常要用到温度检测和控制。以及各种各样的加热炉、热处理器等，都对温度有着严格的要求。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的通常是电压，再转换成相应的温度值，在硬件方面是个难点，而且从设计和调试的角度来讲都是很复杂的，以及高昂的制作成本。但采用DS18B20作为温测元件，然后用单片机对温度进行控制，可以大幅度提高温度控制的技术指标，而且还具有控制方便、简单、灵活等特点。单片机已经渗透到我们生活的各领域，仪表仪器、家用电器、航空航天、计算机通讯网络和数据的传输，包括工业自动化的实时控制和数据处理等，这些都离不开单片机。用单片机可构成丰富多样的数据采集系统和控制系统。像工厂流水线智能化的管理、电梯智能化的控制、多种报警系统，都可以与计算机联网构成二级控制系统等。
5 n4 Z- i; W  L* u, y$ n4 ~& t; S1.2课题的意义
. \8 Z' C" G* G' P0 U7 B+ S  h/ p3 y温度传感器是测量温度的关键，现在温度传感器正由模拟式向数字式、集成化向智能化、网络化的方向发展。在测量温度的电路中，使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，先进行A/D转换，然后用单片机进行数据的处理，再在显示电路上，将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换电路，因此电路的设计比较复杂。
* r* g  {) U# j继而想到可以采用智能温度传感器来设计数字温度计。本数字温度计的设计采用美国半导体公司DALLAS推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，其温度值可以直接被读出来，通过单片机AT89C52的读写和显示，然后用LCD1602来进行显示。它的测温范围为－55℃～＋125℃，最大分辨率可达0.0625℃。而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
1.3课题研究的主要内容
7 C: c. m: S* ~( j1、总体设计的内容
总体设计的主要内容有：利用单片机作为系统的主控制器，利用DS18B20作为温度传感器，将信号送入单片机进行处理，经过PID算法后，单片机的输出用来控制加热棒的输出功率，从而实现对温度的控制。
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PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理
用的是AT89C52单片机