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

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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。
; ]% t) n, }" A. I" [; l6 Q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
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目录
+ b" R; P, b) @4 J' e摘  要        III
Abstract        IV
% G3 _: j# I0 W! |/ ]1绪论        1
4 _% e) @# L3 c# K8 P0 }0 B1.1课题的来源        1
1.2课题的意义        1
1.3课题研究的主要内容        1
) a4 X" M" Z4 X2硬件设计        3
& l+ n. ?0 K/ D* S" ^* O9 G# T2.1单片机控制模块的设计        3
2.1.1 AT89C52单片机简介        3
2.1.2 单片机的引脚功能        4
* n( \. r8 R" L( h; o& F2.1.3 单片机控制模块的电路设计        5
2.1.4 电源设计        6
2.2温度采集模块的设计        7
2.2.1 DS18B20芯片的简介        7
" w1 \2 X) _/ q$ W- \) ?" r2.2.2 DS18B20的内部结构        8
& Y4 w7 X' D! k: c2.2.3 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
( C/ M8 |+ n. e9 P8 h2.4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; A( \$ j7 Z5 [* x, [/ z7 `2.4.3 按键电路的设计        13
2.5报警模块的设计        14
$ o9 x( M/ ?9 Y. ^- Q) w: O, c) y3软件设计        16
3.1主程序的设计        16
3.2DS18B20读温度程序的设计        16
3.3键盘扫描程序的设计        17
2 [9 \. r! R8 {  L& y3.4报警处理程序的设计        18
3.5PID控制算法        18
4系统仿真        22
参考文献        27
! m$ J6 i' d% \4 e( q致谢        28
附录        29

/ [. O) u1 _1 L' o
1绪论
1.1课题的来源
: F  s) W1 [; y8 Z) T. n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。
/ i* `4 e& A( b5 ]# ?1.2课题的意义
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。
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
; h! y& r9 Q9 L7 X  p: E2 E1 k1、总体设计的内容
5 I$ J& e# H$ {7 {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
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