基于单片机的PID温度控制系统
基于单片机的PID恒温控制系统设计
基于单片机的PID恒温控制系统设计1. 引言恒温控制系统在现代工业生产中起着至关重要的作用，它能够确保生产过程中的温度稳定，从而保证产品质量和生产效率。
而PID控制器作为一种常用的控制器，具有简单易实现、稳定可靠等优点，被广泛应用于恒温控制系统中。
本文基于单片机的PID恒温控制系统设计，旨在研究和实现一种高效、精确的恒温控制方案。
2. 系统设计原理2.1 PID控制原理PID控制器是由比例项（P项）、积分项（I项）和微分项（D项）组成的。
比例项根据当前误差与设定值之间的差距来调整输出；积分项根据误差累积来调整输出；微分项根据误差变化率来调整输出。
PID控制器通过不断调整输出值与设定值之间的差距，使得系统能够快速、稳定地达到设定值。
2.2 单片机原理单片机是一种高度集成化、功能强大的微处理器芯片。
它具有处理能力强、可编程性好等特点，在工业控制领域得到广泛应用。
单片机可以通过输入输出端口与外部设备进行信息交互，通过控制算法调整输出信号，实现对恒温控制系统的精确控制。
3. 系统硬件设计3.1 传感器恒温控制系统中的传感器用于实时监测温度值，并将其转化为电信号输入给单片机。
常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻等。
本设计中选择热敏电阻作为温度传感器。
3.2 控制器本设计中选择常用的STC89C52单片机作为控制器，它具有丰富的外设接口和高性能的处理能力，能够满足恒温控制系统的需求。
3.3 作动器作动器是恒温控制系统中负责调节环境参数（如加热、冷却等）以实现恒温目标的设备。
本设计中选择继电器作为作动器，它可以根据单片机输出信号来切换加热和冷却设备。
4. 系统软件设计4.1 温度采集与处理单片机通过模拟输入端口采集到来自传感器的模拟信号，然后通过模数转换器将其转化为数字信号。
接下来，通过算法对采集到的温度值进行处理，得到误差值。
4.2 PID算法实现PID算法的实现是整个恒温控制系统的核心。
根据采集到的误差值，通过比例、积分和微分三个参数来调整输出信号。
基于单片机的室内温度控制系统设计与实现
基于单片机的室内温度控制系统设计与实现1. 本文概述随着科技的发展和人们生活水平的提高，室内环境的舒适度已成为现代生活中不可或缺的一部分。
作为室内环境的重要组成部分，室内温度的调控至关重要。
设计并实现一种高效、稳定且经济的室内温度控制系统成为了当前研究的热点。
本文旨在探讨基于单片机的室内温度控制系统的设计与实现，以满足现代家居和办公环境的温度控制需求。
本文将首先介绍室内温度控制系统的研究背景和意义，阐述其在实际应用中的重要性和必要性。
随后，将详细介绍基于单片机的室内温度控制系统的设计原理，包括硬件设计、软件编程和温度控制算法等方面。
硬件设计部分将重点介绍单片机的选型、传感器的选取、执行机构的搭配等关键环节软件编程部分将介绍系统的程序框架、主要功能模块以及温度数据的采集、处理和控制逻辑温度控制算法部分将探讨如何选择合适的控制算法以实现精准的温度调控。
在实现过程中，本文将注重理论与实践相结合，通过实际案例的分析和实验数据的验证，展示基于单片机的室内温度控制系统的实际应用效果。
同时，还将对系统的性能进行评估，包括稳定性、准确性、经济性等方面，以便为后续的改进和优化提供参考。
本文将对基于单片机的室内温度控制系统的设计与实现进行总结，分析其优缺点和适用范围，并对未来的研究方向进行展望。
本文旨在为读者提供一种简单、实用的室内温度控制系统设计方案，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
2. 单片机概述单片机，也被称为微控制器或微电脑，是一种集成电路芯片，它采用超大规模集成电路技术，将具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种IO口和中断系统、定时器计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、AD转换器等电路）集成到一块硅片上，构成一个小而完善的微型计算机系统。
单片机以其体积小、功能齐全、成本低廉、可靠性高、控制灵活、易于扩展等优点，广泛应用于各种控制系统和智能仪器中。
基于单片机的PID温度控制
间延迟的控制系统 [ 1] , 它可以通过模型设定和频率响应设定两种方法设定 PID 控制器的参数 K p 、、Ti 。Td 假设控制系统模型为：
如图.5 在时域内作系统的阶跃响应曲线,根据曲线可以得出特征参数 k , L 和 T 的值, 有了这些参数, 并假设ê = kL/ T , 则 PID 控制器的参数可以由表 1 求出来。如图.6 在频域内作系统的 Nyquist 图, 可以从图形上直接得出系统 的相位穿越频率ω g 和该点处的增益值 K g , 这样就可以得出 Tg = 2 π / ω g , 这时 PID 控制器的参数也可以由表 1 求出来。
2.1 实物展示
图.1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图.2
图.3
图.4
图.1 是用欧姆龙的温控器，已经集成于机箱中，图.2 是单片机模块，图.3 是 实验室实验平台，图.4 是系统集成模块。
3.1 PID 参数自整定思想
本系统的被控对象是某水壶里的温度, 一般温度可近似用一阶惯性纯滞后环 节来表示, 其传递函数 G s
PID 控制指的是通过调整上式的控制器参数 K p 、Ti 、Td , 使整个控制 系统性能满足工作要求。自整定 PID 控制提供了简单的调整参数的方法, 使其 能够达到较好的控制效果 。常用的自整定 PID 设定参数方法有 :Zieg ler -Nichols 方法、改进的 Zieg ler -Nichols 方法、幅值相位裕度设定方法及最 优整定方法等, 下面将分别介绍各种参数设定方法 (1)Ziegler -Nichols 方法。Zieg ler 和 Nichols 提控制策略给出的控制 结构, PID 控制器模型为出的调节 PID 控制器参数的经验公式适用于具有纯时
3.3
基于单片机PID算法的电加热炉温度控制系统设计
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。
基于单片机的pid温度控制系统设计
一、概述单片机PID温度控制系统是一种利用单片机对温度进行控制的智能系统。
在工业和日常生活中，温度控制是非常重要的，可以用来控制加热、冷却等过程。
PID控制器是一种利用比例、积分、微分三个调节参数来控制系统的控制器，它具有稳定性好、调节快等优点。
本文将介绍基于单片机的PID温度控制系统设计的相关原理、硬件设计、软件设计等内容。
二、基本原理1. PID控制器原理PID控制器是一种以比例、积分、微分三个控制参数为基础的控制系统。
比例项负责根据误差大小来控制输出；积分项用来修正系统长期稳态误差；微分项主要用来抑制系统的瞬时波动。
PID控制器将这三个项进行线性组合，通过调节比例、积分、微分这三个参数来实现对系统的控制。
2. 温度传感器原理温度传感器是将温度变化转化为电信号输出的器件。
常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻、半导体温度传感器等。
在温度控制系统中，温度传感器负责将环境温度转化为电信号，以便控制系统进行监测和调节。
三、硬件设计1. 单片机选择单片机是整个温度控制系统的核心部件。
在设计单片机PID温度控制系统时，需要选择合适的单片机。
常见的单片机有STC89C52、AT89S52等，选型时需要考虑单片机的性能、价格、外设接口等因素。
2. 温度传感器接口设计温度传感器与单片机之间需要进行接口设计。
常见的温度传感器接口有模拟接口和数字接口两种。
模拟接口需要通过模数转换器将模拟信号转化为数字信号，而数字接口则可以直接将数字信号输入到单片机中。
3. 输出控制接口设计温度控制系统通常需要通过继电器、半导体元件等控制输出。
在硬件设计中，需要考虑输出接口的类型、电流、电压等参数，以及单片机与输出接口的连接方式。
四、软件设计1. PID算法实现在单片机中，需要通过程序实现PID控制算法。
常见的PID算法包括位置式PID和增量式PID。
在设计时需要考虑控制周期、控制精度等因素。
2. 温度采集和显示单片机需要通过程序对温度传感器进行数据采集，然后进行数据处理和显示。
基于单片机的温度控制系统设计原理
基于单片机的温度控制系统设计原理基于单片机的温度控制系统设计概述•温度控制系统是在现代生活中广泛应用的一种自动控制系统。
它通过测量环境温度并对温度进行调节，以维持设定的温度范围内的稳定状态。
本文将介绍基于单片机的温度控制系统的设计原理。
单片机简介•单片机是一种集成电路芯片，具有强大的计算能力和丰富的输入输出接口。
它可以作为温度控制系统的核心控制器，通过编程实现温度的测量和调节功能。
温度传感器•温度传感器是温度控制系统中重要的部件，用于测量环境温度。
常见的温度传感器有热敏电阻、热电偶和数字温度传感器等。
在设计中，需要选择适合的温度传感器，并通过单片机的模拟输入接口对其进行连接。
温度测量与显示•单片机可以通过模拟输入接口读取温度传感器的信号，并进行数字化处理。
通过数值转换算法，可以将传感器输出的模拟信号转换为温度数值，并在显示器上进行显示。
常见的温度显示方式有数码管和LCD等。
温度控制算法•温度控制系统通常采用PID（比例-积分-微分）控制算法。
这种算法通过比较实际温度和设定温度，计算出调节量，并通过输出接口控制执行机构，实现温度的调节。
在单片机程序中，需要编写PID控制算法，并根据具体系统进行参数调优。
执行机构•执行机构是温度控制系统中的关键部件，用于实际调节环境温度。
常见的执行机构有加热器和制冷器。
通过单片机的输出接口，可以控制执行机构的开关状态，从而实现温度的调节。
界面与交互•温度控制系统还可以配备界面与交互功能，用于设定目标温度、显示当前温度和执行机构状态等信息。
在单片机程序中，可以通过按键、液晶显示屏和蜂鸣器等外设实现界面与交互功能的设计。
总结•基于单片机的温度控制系统设计涉及到温度传感器、温度测量与显示、温度控制算法、执行机构以及界面与交互等多个方面。
通过合理的设计和编程实现，可以实现对环境温度的自动调节，提高生活和工作的舒适性和效率。
以上是对基于单片机的温度控制系统设计原理的简要介绍。
基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现共3篇
基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现共3篇基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现1基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现随着人们对生活质量的需求越来越高，温度控制变得愈发重要。
在家庭、医院、实验室、生产车间等场合，温度控制都是必不可少的。
本文将介绍一种基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现。
设计思路本文所设计的温度智能控制系统主要由单片机、温度传感器、继电器和液晶屏幕等部件组成。
其中，温度传感器负责采集温度数据，单片机负责处理温度数据，并实现温度智能控制功能。
继电器用于控制加热设备的开关，液晶屏幕用于显示当前温度和系统状态等信息。
在实现温度智能控制功能时，本设计采用了PID控制算法。
PID控制算法是一种经典的控制算法，它基于目标值和当前值之间的误差来调节控制量，从而实现对温度的精确控制。
具体来说，PID控制器包含三个部分：比例控制器（P）用于对误差进行比例调节，积分控制器（I）用于消除误差的积累，微分控制器（D）用于抑制误差的未来变化趋势。
这三个控制器的输出信号加权叠加后，作为继电器的控制信号，实现对加热设备的控制。
系统实现系统硬件设计在本设计中，我们选择了常见的AT89S52单片机作为核心控制器。
该单片机运行速度快、稳定性好，易于编程，并具有较强的扩展性。
为了方便用户调节温度参数和查看当前温度，我们还选用了4 * 20的液晶屏。
温度传感器采用LM35型温度传感器，具有高精度、线性输出特性，非常适用于本设计。
系统电路图如下所示：系统软件设计在单片机的程序设计中，我们主要涉及到以下几个部分：1. 温度采集模块为了实现温度智能控制功能，我们首先需要获取当前的温度数据。
在本设计中，我们使用了AT89S52单片机的A/D转换功能，通过读取温度传感器输出的模拟电压值，实现对温度的采集。
采集到的温度数据存储在单片机的内部存储器中，以供后续处理使用。
2. PID控制模块PID控制模块是本设计的核心模块，它实现了对温度的精确控制。
基于单片机的温度控制系统设计及仿真
三、结论
本次演示设计并仿真了一个基于单片机的温度控制系统。该系统通过AT89C51 单片机实现温度的精确控制，并采用PID算法对加热和散热装置进行实时调节。 仿真结果表明，该系统具有良好的控制性能和稳定性。在实际应用中，
可以根据具体场景选择合适的硬件设备和参数调整策略，以满足不同的温度控 制需求。
本次演示将探讨如何设计一个基于单片机的温度控制系统，并对其进行仿真。
一、系统设计
1、1系统架构
基于单片机的温度控制系统主要由温度传感器、单片机控制器、加热装置和散 热装置四部分组成。温度传感器负责实时监测环境温度，并将模拟信号转换为 数字信号传递给单片机。单片机接收到这个数字信号后，根据预设的控制算法，
时及时停机并报警，保证系统的安全运行。未来研究方向可以包括进一步优化 控制算法、加入更多的智能化功能以及拓展应用领域等。
谢谢观看
通过深入研究以上方面，有望进一步提高基于单片机的温度控制系统的性能和 可靠性。
参考内容
摘要本次演示旨在设计一种基于单片机的温度控制系统，以提高温度控制的精 度和稳定性。首先，本次演示将介绍温度控制系统的重要性及其在工业生产和 日常生活中的应用。接着，通过对现有技术的分析，指出其存在的不足和缺陷。
二、系统仿真
为了验证系统的有效性，我们使用MATLAB对系统进行仿真。通过设定不同的 温度控制目标，我们可以观察系统的响应时间、稳定性和控制精度。在 MATLAB中，我们可以用S函数来描述控制系统的动态行为。通过调整PID参数， 我们可以观察系统在不同控制策略下的表现。
仿真结果表明，该基于单片机的温度控制系统在PID算法的控制下，能够快速、 准确地达到设定温度，并保持良好的稳定性。
软件设计软件部分采用C语言编写，主要包括数据采集、数据处理和控制输出 三个模块。数据采集模块负责读取温度传感器的数据，并进行初步处理；数据 处理模块根据预设的控制算法对采集到的温度数据进行计算，得到控制输出信 号；
一个实用的单片机PID方式控温实例
一个实用的单片机PID方式控温实例一个实用的单片机PID方式控温实例§1：基本情况本例中控制对象是一款小型专用工业烘箱要求恒温范围：室温--300℃恒温精度：±1℃（其它指标略）§2：控制器硬件（参考原理图）①.单片机采用(C51系列)TI公司的MCS1210Y4（内部有8通道24位AD转换器）串行口在线编程②.前向通道温度信号（来自烘箱的Pt100电阻信号）经INA118放大送入AD通道CH0③.后向通道 I/O口驱动光耦MOC-3061，再驱动大功率双向可控硅输出④.键盘 up 递增按钮和down 递减按钮，设置目标温度⑤.LED（3位）显示温度值（软件切换显示目标温度或采样温度）⑥.电源 +5V单电源§3：软件介绍（由C语言编写）①.流程采样当前温度--PID运算--PWM（占空比式）输出②.温度采样采样周期是一个很重要的参数其确定取决于烘箱的固有响应特性参数（比如纯滞后时间θ以及响应时间常数τ）一般值在4--20秒之间（例中取16秒）③.PID运算每采样一次之后进行一次PID运算，得到一个输出量，供输出函数调用.为了下面叙述方便先定义几个变量定义: T_target 表示目标温度T_real 表示当前温度T_diff 表示当前温差并且T_diff=T_target-T_realPID运算表达式如下PWM_OUT=P_OUT+I_OUT+D_OUT+P_H;（求代数和）其中 P_OUT=KP*(T_diff)称为比例项，KP是比例系数,比例项的作用是纠正偏差.比例项输出等于比例系数乘当前温差(原理图)I_OUT=KI*∑(diff)称为积分项，KI是积分系数,积分项用于消除系统稳态误差∑(dif f)含义是由当前算起前面N次采样温差的和(例中N取20）D-_OUT=KD*Δdiff称为微分项，KD是微分系数,微分项用于减小系统超调量，增加系统稳定性.(Δdiff=当前温差-上次温差）void pid(void){static float diff[20]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}; static float sum_diff=0; //∑(diff)static int curr_=0;float p_out,i_out,d_out,temp;float pwm_0;temp=diff[curr_];if(curr_+1>=20)curr_=0;else curr_+=1;sum_diff-=diff[curr_];diff[curr_]=T_target-T_real;sum_diff+=diff[curr_];p_out=KP*diff[curr_]; //比例项输出i_out=KI*sum_diff; //积分项输出d_out=KD*(diff[curr_]-temp); //微分项输出pwm_0=KC*T_target; //维持功率项if(i_out>100)i_out=100; //积分分离if(i_out<-100)i_out=-100;PWM=p_out+i_out+d_out+pwm_0; //总输出量if(PWM<0)PWM=0;else if(PWM>=100)PWM=100;}// 输出函数void PWM_OUT(float PWM){static unsigned char t=1; //t=(1--100)周期为4秒unsigned char limit; //pid_value输出百分比limit=(unsigned char)PWM;if(t<=limit)pid_port=0; //加热else pid_port=1; //停止加热t++;if(t>100)t=1;}/**************************************************///T0中断服务程序void Timer0_ISR() interrupt 1 using 1{static unsigned int x=0;TH0=(28672)>>8; // 11.0592MHz,interval 40mSTL0=(28672+20)&0xff; // +20 compensateTF0=0;if((x++)>(T_c*25)){x=0;read_AD_enable=1;}PWM_OUT(PWM); //可控硅输出}/****************************************************主程序----------------------------------------------------*/void main (void){//-------程序初始化（略）while (1){if(read_AD_enable==1){read_AD_enable=0;read_AD();pid();}}}§5.参数的整定(这大概是最困难而且费时的事)①T_c（采样周期）单从控制精度上考虑，T_c当然是越小越好，但过小占用处理器的运算时间会加长，从而导致系统成本增加，例中主要考虑被控对象的时间常数τ和纯滞后时间θ，下面用扩充响应曲线法求取τ及θ.a. 使系统处于开环，手动直接在被控对象输入端加一个阶跃信号描绘出响应曲线(如图)b. 在响应曲线的最大斜率处作切线即可得到θ和τc. 选择T_c,当θ占主导地位时，应尽量使θ为T_c的整倍数如θ=2T_c 或θ=T_c ，当θ比T_c小得多时，可取T_c= τ/10②KP( 比例系数)先定为1，做一个简单的只有比例调节的函数，使系统工作于闭环，T_target 定在150℃(恒温范围的中间值)纪录响应曲线，如果曲线没有出现振铃则可能是KP偏小，调整KP，使曲线出现轻微振铃.反之振铃幅度过大，则可能是KP偏大.③KC(维持功率系数)借用§5.②中的曲线（如下图）根据图中所示由KC*150=PWM_H 导出KC④KI(积分系数)KI 的选取与T_c和积分时长有关,回过头看源程序PID运算函数中有一个静态数组，记录过去t时刻到当前的各个温度采样值.每一次采样之后都要更新（淘汰掉最早的采样值，加入当前采样值）.积分时长=T_c*采样个数（即数组大小[SIZE]）积分时长的选择一般使它大于纯滞后时间θ即可，反过来通过T_c和θ可以确定数组的大小[SIZE],接着套用下式就可以大致确定KI了.KI*SIZE=10%*满功率值⑤KD(微分系数）KD取值大致为纯滞后时间θ（比如θ=200秒，KD先取200，后根据实验在调整）以上的步骤可能要反复进行多次，各个系数也要作相应的调整.这里我介绍一个站长编写的并已成功应用的调试软件HUANENG.EXE专用于串行口数据分析绘图，可同时描绘8条曲线，（VC编写）使用非常简单，只需在上面源程序中pid()函数末尾加上几行数据打印输出的语句比如：printf("CH0=%x\nCH1=%x",T_real,PWM);通过串行口接到计算机,打开该软件即可.界面如下图统调中记住:增大KP，会加快系统响应，减小静差，但超调量增大，稳定性变差.减小KI，削弱积分作用，系统超调量变小，但消除静差的时间长.增大KD,可减小超调量，稳定性好，但系统响应速度变慢.。
(完整版)基于单片机的PID温度控制毕业设计论文
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STM32单片机PID温控学习系统设计
• 155•本设计采用STM32F103单片机为主控芯片，采用数字型温度传感器DS18B20为温度检测器，采用3.5寸触摸液晶屏显示温度变化曲线以及PID相关参数设置，采用半导体制冷片对散热片加热，散热风扇对散热片散热，系统会根据所设参数控制半导体制冷片和散热风扇的运作。
前言：在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。
它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
温度控制在生活以及工业制造中都发挥着必不可少的作用，工业需要温度测控系统来监控温度，生活中也离不开温度测控系统为我们及时提供温度信息。
虽然只是一个简单的温度控制，却包含了许多知识的运用。
PID 实指“比例proportional ”、“积分integral ”、“微分derivative ”，这三项构成PID 基本要素。
P 代表控制系统的响应速度，越大，响应越快；I 用来积累过去时间内的误差，修正P 无法达到的期望姿态值（静差）；D 加强对机体变化的快速响应。
对P 有抑制作用。
PID 各参数的整定需要综合考虑控制系统的各个方面，才能达到最佳效果。
1.总体方案设计图1 系统总体功能框图系统主要功能：（1）触摸液晶屏一方面用于温度恒定值、散热系数、PID 相关参数、温度曲线显示精度的输入；另一方面用于显示所设置的参数、被加热元件散热片的温度随时间变化曲线、当前时间等。
（2）单片机根据设置的参数通过12V 驱动模块控制半导体制冷片实际功率，达到控制半导体制冷片散热片的加热快慢。
（3）单片机根据设置的散热系数通过12V 驱动模块控制散热风扇转速，从而模拟不同情形的降温速度。
（4）单片机通过串口实时发送温度、半导体制冷片加热系数、散热风扇转速。
便于上位机对数据保存和处理。
2.硬件部分2.1 主控芯片单片机作为整个系统的核心部件，决定整个系统的性能。
单片机需要完成的主要功能有：（1）读取温度传感器所采集的温度值。
基于PID算法的水温控制系统
基于PID算法的水温控制系统作者：王博曾方程一哲来源：《电脑知识与技术》2018年第27期摘要：为得到稳定的水温控制功能，本文设计了一个基于STC89C52单片机的PID自动水温控制系统。
该系统具有实时显示温度、修改设定温度，PID自动控制温度和温度上下限报警等功能。
该系统通过单片机进行温度实时测量，并基于PID算法达到温度恒定控制的功能。
系统由单片机STC89C52将温度传感器DS18B20 所采集的温度在LED显示屏上实时显示，并通过PID控制算法令水温保持为指定的温度值。
关键词：单片机；STC89C52；DS18B20；PID算法；LED显示中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）27-0242-021 系统概述本文采用PID 控制算法实现保持水温恒定的系统功能。
该温控系统采用螺旋加热管加热——将螺旋加热管固定到容器的内部，给加热管通电时，会使容器中的水产生对流，令水温快速上升，加热效率高。
温控系统的制冷元件使用半导体制冷片，能够达到快速制冷的目的。
测量水温的温度传感器选择DS18B20，该温度传感器使用單总线与主机进行通信，信号传输速度快，灵敏度高，能大大减少系统的响应时间。
系统的显示部分放置在容器外壁上，采用4位七段LED数码管实时显示温度和预设温度。
电源采用PWM方式调节加热或制冷的输出功率，从而改变加热与制冷的功效，达到可变输出功效的效果。
该系统主要特点为：1）通过DS18B20温度传感器减少了A/D转换电路，简化了电路结构。
2）采用SSR固态继电器，简化了功率控制电路，提高了系统的稳定性。
3）基于PID算法和PWM调制的系统设计，能够充分保证系统的可靠性和安全性，并使系统的动态性能也达到较好的效果。
2 硬件电路系统采用方形玻璃鱼缸作为装水容器。
系统硬件电路主要包含四个部分：温度采集电路，加热控制电路，制冷电路以及显示电路。
硬件电路的系统框图如图1所示：2.1 温度采集电路本系统使用DS18B20温度传感器来测量水温。
基于PID算法的水温控制系统设计报告
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 (10)3.2 PID算法的流程实现方法与具体程序 (12)4 系统的软件设计 (17)4.1 统软件设计概述 (17)4.2 系统软件程序流程及程序流程图 (18)4.3 温度数据显示模块分析 (19)4.4 测试分析 (22)5 模拟仿真结果 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。
基于单片机的温度控制系统设计
基于单片机的温度控制系统设计引言：随着技术的不断发展，人们对于生活质量的要求也越来越高。
在许多领域中，温度控制是一项非常重要的任务。
例如，室内温度控制、工业过程中的温度控制等等。
基于单片机的温度控制系统能够实现智能控制，提高控制精度，降低能耗，提高生产效率。
一、系统设计原理系统设计的原理是通过传感器检测环境温度，并将温度值传递给单片机。
单片机根据设定的温度值和当前的温度值进行比较，然后根据比较结果控制执行器实现温度控制。
二、硬件设计1.传感器：常见的温度传感器有NTC热敏电阻和DS18B20数字温度传感器。
可以根据具体需求选择适合的传感器。
2. 单片机：常见的单片机有ATmega、PIC等。
选择单片机时需要考虑性能和接口的需求。
3.执行器：执行器可以是继电器、电机、气动元件等。
根据具体需求选择合适的执行器。
三、软件设计1.初始化：设置单片机的工作频率、引脚输入输出等。
2.温度读取：通过传感器读取环境温度，并将温度值存储到变量中。
3.设定温度：在系统中设置一个目标温度值，可以通过按键输入或者通过串口通信等方式进行设置。
4.温度控制：将设定温度和实际温度进行比较，根据比较结果控制执行器的开关状态。
如果实际温度高于设定温度，执行器关闭，反之打开。
5.显示：将实时温度和设定温度通过LCD或者LED等显示出来，方便用户直观判断当前状态。
四、系统优化1.控制算法优化：可以采用PID控制算法对温度进行控制，通过调节KP、KI、KD等参数来提高控制精度和稳定性。
2.能耗优化：根据实际需求，通过设置合理的控制策略来降低能耗。
例如，在温度达到目标设定值之后，可以将执行器关闭，避免过多能量的消耗。
3.系统可靠性：在系统设计中可以考虑加入故障检测和自动切换等功能，以提高系统的可靠性。
总结：基于单片机的温度控制系统设计可以实现智能温度控制，提高生活质量和工作效率。
设计过程中需要考虑硬件和软件的设计，通过合理的算法和控制策略来优化系统性能，提高控制精度和稳定性。
基于51单片机的PID调温(热得快)资料
《自动控制原理》课程设计指导老师：邹恩年级专业：13 自动化 4 班姓名学号(分工) 韩锦澎 201330280107（电路设计） 韦伊玲 201330280219 （程序编写） 徐敏芳 201330280723 （焊接调试） 王可欣 201330280102 （论文）2015年1月7 日1目录1. 系统设计方案......................................................3 1.1 方案一........................................................3 1.2 方案二 .......................................................3 1.3 方案三........................................................3 1.4 方案的比较和确定..............................................3 2.系统硬件部分设计...................................................3 2.1 系统硬件电路图 ...............................................3 2.1.1 单片机 AT89C52 ..........................................4 2.1.2 单片机与 LCD 通信连接 ....................................4 2.1.3 其他电路模块及总电路 .......................................5 3 系统软件部分 .......................................................5 3.1 系统的主流程图如下............................................5 4.温度控制系统 PID 调节...............................................6 4.1 PID 控制传递函数..............................................6 4.2 PID 参数调节方法..............................................6 4.3 PID 参数设定..................................................6 5.实验与调试.........................................................7 6.总论...............................................................8 附 录.............................................................8参 考 文 献.........................................................2421. 系统设计方案1.1 方案一 选用铂电阻温度传感器。
基于51单片机的温控系统设计
基于51单片机的温控系统设计1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括以下几个方面：温控系统是一种广泛应用于各个领域的实时温度控制系统。
随着科技的发展和人们对生活质量的要求提高，温控系统在工业、家居、医疗、农业等领域得到了广泛应用。
温度作为一个重要的物理量，对于许多过程和设备的稳定运行至关重要。
因此，设计一种高效可靠的温控系统对于提高工作效率和产品质量具有重要意义。
本文将基于51单片机设计一个温控系统，通过对系统的整体结构和工作原理的介绍，可以深入了解温控系统在实际应用中的工作机制。
以及本文重点研究的51单片机在温控系统中的应用。
首先，本文将介绍温控系统的原理。
温控系统的核心是温度传感器、控制器和执行器三部分组成。
温度传感器用于实时检测环境温度，通过控制器对温度数据进行处理，并通过执行器对环境温度进行调节。
本文将详细介绍这三个组成部分的工作原理及其在温控系统中的作用。
其次，本文将重点介绍51单片机在温控系统中的应用。
51单片机作为一种经典的微控制器，具有体积小、功耗低、性能稳定等优点，广泛应用于各种嵌入式应用中。
本文将分析51单片机的特点，并介绍其在温控系统中的具体应用，包括温度传感器的数据采集、控制器的数据处理以及执行器的控制等方面。
最后，本文将对设计的可行性进行分析，并总结本文的研究结果。
通过对温控系统的设计和实现，将验证51单片机在温控系统中的应用效果，并对未来的研究方向和发展趋势进行展望。
通过本文的研究，可以为温控系统的设计与应用提供一定的参考和指导，同时也为利用51单片机进行嵌入式系统设计的工程师和研究人员提供一定的技术支持。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包含以下内容：文章结构部分旨在介绍整篇文章的组织结构和各个部分的内容。
本篇文章基于51单片机的温控系统设计，总共分为引言、正文和结论三部分。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个小节。
首先，概述部分介绍了本文的主题，即基于51单片机的温控系统设计。
基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真
摘要本设计是一种温度控制系统，温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等具有重要的现实意义。
PID控制法最为常见，控制输出采用PWM波触发可控硅来控制加热通断。
使系统具有较高的测量精度和控制精度。
单片机控制部分采用AT89S51单片机为核心，采用Keil 软件进行编程，同时采用分块的模式，对整个系统的硬件设计进行分析，分别给出了系统的总体框图、温度检测调理电路、A/D转换接口电路，按键输入电路以及显示电路，并对相应电路进行相关的阐述软件采用PID算法进行了建模和编程，在Proteus环境中进行了仿真。
关键词：PID;单片机；温度控制；Keil；ProteusAbstractThis design is a kind of temperature control system,The temperature control in industrial production and scientific research is of great significance.Belongs to pure first-order lag link, the control system has the characteristics of big inertia, pure lag and nonlinear, the traditional control overshoot and adjustment time is long, low control precision.By single chip microcomputer temperature control, has simple circuit design, high accuracy and good control effect, to improve the production efficiency, promote the progress of science and technology has important practical significance.PID control is the most common, the control output PWM wave triggering thyristor is used to control the heating on and off.Make the system has high accuracy of measurement and control precision.Single-chip microcomputer control part adopts single chip microcomputer A T89S51 as the core,Using Keil software programming,Using block pattern at the same time, analyzes the hardware design of the whole system, respectively, of the overall system block diagram is given, the temperature detection circuit, A/D conversion interface circuit, key input circuit and display circuit, and the corresponding circuit are related in this paper, the software, the PID algorithm is used for modeling and programming in the Proteus simulation environment.Key words:PID；Single chip microcomputer；The temperature control；Keil；Proteus目录1绪论 (1)2设计方案 (2)3系统硬件仿真电路 (3)3.1 温度测量调理电路 (3)3.2 A/D转换电路 (4)3.3 按键输入电路 (5)3.4 数码管显示电路 (6)3.5 温度控制电路 (7)4程序设计 (9)4.1 程序整体设计 (9)4.2 子程序设计 (1111)4.3源程序设计 (119)5软件调试与运行结果 (41)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)1绪论现代工业生产过程中，用于热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶大惯性环节。
基于单片机的温度控制系统设计毕业论文
分类号：TP212单位代码：科技大学本科专业职业生涯设计基于单片机的温度控制系统设计2012 年 4 月10日摘要近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
本文从硬件和软件两方面来讲述对烘干箱温度的自动控制过程,在控制过程中主要应用AT89C51、ADC0809、LED显示器、LM324比较器，而主要是通过DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过四位数码管显示实时温度的一种数字温度计。
软件方面采用汇编语言来进行程序设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。
为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了，使硬件在软件的控制下协调运作。
关键词：单片机系统；传感器；数据采集；模数转换器；温度AbstractIn recent years along with computer penetration in the social sphere, SCM applications are constantly deepening, led the traditional control test at the same time ever updated..In this paper, from two aspects of hardware and software about automatic temperature control process, the control process is mainly used AT89C51, ADC0809, LED display, LM324 comparator, but mainly through the DS18B20 digital temperature sensor to collect the environmental temperature, the single-chip microcomputer as the core control component, and through four digital tube display real-time temperature of a digital thermometer. Software using assembly language to program design, so that the instruction execution speed, save the memory space. In order to facilitate the expansion and the change, the software design uses the modular structure, make the logic relation of designing program more concise, making hardware tocoordinatetheoperation under the software control.Keywords: SCM system; sensor; data acquisition; a / D converter temperature;目录1 绪论 (3)1.1课题的背景及其意义 (3)1.2课题研究的容及要求 (4)1．2.1 课题的主要研究的容 (4)2 AT89C51系列单片机介绍及硬件设计 (6)2.1 AT89C51系列单片机介绍 (6)2.1.1 AT89C51系列基本组成及特性 (6)2.1.2 AT89C51系列引脚功能 (7)2.1.3 AT89C51系列单片机的功能单元 (9)2．2 硬件设计 (12)2.2.1 温度采样部分 (12)2.2．2 控制温度 (14)2.2.3 模数转换部分 (15)2.2.4 模数转换技术 (15)2.2.5 积分型模数转换器 (15)2.2.6 显示部分 (16)3 软件设计 (18)3.1主程序流程图 (18)3.2 读温度子程序 (19)3.3 计算温度子程序 (19)3.4按键流程图 (20)3.5 显示流程图 (22)结论 (24)参考文献 (25)辞 (26)1 绪论1.1课题的背景及其意义现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。
基于单片机的温度控制系统设计
基于单片机的温度控制系统设计温度控制系统是现代生活中不可或缺的一部分，常见于家庭的的空调、电饭煲、烤箱等家用电器，以及工业生产中的各种自动化设备。
本文基于单片机设计针对室内温度控制系统的实现方法进行说明，包括温度采集、温度控制器的实现和人机交互等方面。
一、温度采集温度采集是温度控制系统的核心部分。
目前比较常见的温度采集器主要有热电偶、热敏电阻和半导体温度传感器。
在本文中我们以半导体温度传感器为例进行说明。
常见的半导体温度传感器有DS18B20、LM35等，本次实验中采用DS18B20进行温度采集。
DS18B20是一种数字温度传感器，可以直接与单片机通信，通常使用仅三根导线连接。
其中VCC为控制器的电源正极，GND为电源负极，DATA为数据传输引脚。
DS18B20通过快速菲涅耳射线（FSR）读取芯片内部的温度数据并将其转换为数字信号。
传感器能够感知的温度范围通常为-55℃至125℃，精度通常为±0.5℃。
为了方便使用，DS18B20可以通过单片机内部的1-Wire总线进行控制和数据传输。
具体实现方法如下：1.首先需要引入相关库文件，如：#include <OneWire.h> //引用1-Wire库#include <DallasTemperature.h> //引用温度传感器库2.创建实例对象，其中参数10代表连接传感器的数字I/O引脚：OneWire oneWire(10); //实例化一个1-Wire示例DallasTemperature sensors(&oneWire); //实例化一个显示温度传感器示例3.在setup中初始化模块：sensors.begin(); // 初始化DS18B204.在主循环中，读取传感器数据并将温度值输出到串口监视器：sensors.requestTemperatures(); //请求温度值float tempC = sensors.getTempCByIndex(0); // 读取温度值Serial.println(tempC); //输出温度值二、温度控制器的实现温度控制器是本次实验的关键部件，主要实现对温度的控制和调节，其基本原理是根据温度变化情况来控制输出电压或模拟脚电平，驱动继电器控制电器设备工作。