基于单片机的PID控制器设计正文
基于单片机的PID恒温控制系统设计
基于单片机的PID恒温控制系统设计摘要：本文设计了一种基于单片机的PID恒温控制系统。
该系统可以测量和控制温度，从而实现对温度的恒定控制。
通过分析PID控制器，建立PID控制模型，并进行系统模拟和实验验证。
实验结果表明，该系统具有良好的控制性能和稳定性，可以满足工业、医疗、生物学等领域对恒温控制的需求。
关键词：单片机，PID控制，恒温控制，温度测量Abstract:This paper presents a design of PID constant temperature control system based on single-chip microcomputer. The system can measure and control the temperature, achieving constant control of temperature. The PID control model is establishedby analyzing the PID controller, and the simulation and experimental verification of the system are carried out. The experimental results show that the system has good control performance and stability, and can meet the needs of constant temperature control in industrial, medical, and biological fields.Keywords: Single-chip microcomputer, PID control, Constant temperature control, Temperature measurement一、引言随着各种行业的发展，对温度进行精确的控制越来越重要。
基于单片机系统的PID温度控制器设计
基于单片机系统的PID温度控制器设计
杨中兴
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2013(0)22
【摘要】按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器称为PID控制器，是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。
本文基于AT89S51单片机设计一款用于炉温控制的PID控制器。
【总页数】1页(P6-6)
【作者】杨中兴
【作者单位】辽宁建筑职业学院自动控制系辽宁辽阳 111000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于ARM9Linux系统的模糊自整定PID温度控制器的设计 [J], 李岩;唐重和;刘克平
2.基于模糊PID控制的集中供热系统温度控制器的设计 [J], 王娇;苏刚;苏阳
3.一种改进的Fuzzy-PID温度控制器设计及其在供热网控制系统中的应用 [J], 张成
4.减温减压系统模糊PID温度控制器的设计 [J], 王卫兵;张惠;徐倩
5.基于模糊PID控制的集中供热系统温度控制器的设计 [J], 王娇;苏刚;苏阳;
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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PID控制器毕业设计
基于单片机的PID控制器毕业设计1 绪论1.1 概述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。
同时，控制理论的发展主要经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口这几个部分。
控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统，它们的传感器、变送器、执行机构都是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。
PID控制是最实用化的控制方式，指的是一项流行的线性控制策略，它是对偏差信号e(t)进行比例、积分、微分运算变换后形成的一种控制规律，基本思想是“利用偏差、消除偏差”。
PID控制被证明是一种非常好的控制模式。
它的产品已经在工程实际中得到了广泛的应用，很多大公司都开发了具有PID参数自整定功能的智能控制器。
PID控制器至今已有近70年历史，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。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或者当使用者得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术很难采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时用PID控制技术是最方便的。
即使当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来得到系统参数时，最适合用的也是PID控制技术。
基于单片机的PID温度控制器研究【文献综述】
毕业设计文献综述电气工程与自动化基于单片机的PID温度控制器研究摘要：在现代工业生产的许多环节中，温度是非常重要的一个指标。
随着控制理论和电子技术的发展，温度控制器的适应能力增强和高智能化正逐步成为现实。
其中以单片机为核心的数字控制器以其体积小、成本低、功能强而得到广泛应用。
本文主要研究在过程控制中得到广泛应用的PID控制在单片机温度控制系统中的作用。
该温度控制系统是一个典型的闭环反馈调节系统，采用一种新型的数字温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号处理电路和A／D转换电路就能直接与单片机完成数据采集和处理，并将所得的温度值与设定温度值相比较得到偏差。
通过对偏差信号的处理获得控制信号，采用PWM调节加热器的通断，从而实现对电热壶水温度的显示和控制。
本文主要介绍了电热壶水温控制系统的工作原理和设计方法，论文主要由三部分构成。
①系统整体方案设计。
②硬件设计，主要包括温度检测电路、显示电路、键盘输入电路和控制电路等。
③系统软件设计，软件的设计采用模块化设计，主要包括温度采集模块、显示模块、键盘模块、控制模块和报警模块。
关键词：单片机；温度传感器；PID控制1.课题研究的目的及意义在现代工业生产中，电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。
温度作为一个基本物理量，与人们的生产生活密切相关。
在工业生产过程中，温度作为一种常用的被控参数，在许多生产过程中都需要我们对温度参数进行检测控制。
例如：在化工生产、电力工程、冶金工业、造纸行业、食品加工和机械制造等领域中，人们都需要对各类加热炉、反应炉、热处理炉和锅炉中的温度进行检测控制。
通常的温度控制都采用偏差控制法。
偏差控制的原理是求出实测值对所需值的偏差量，然后通过对偏差量处理获得控制信号去调节加热器的功率，以实现对温度的控制。
通常，对偏差进行比例、积分和微分控制称为PID控制，是一种应用较为广泛的控制形式。
本课题是结合生产实际的科研工作，以单片机为核心，运用PID算法对温度进行控制，以达到较好的控制效果。
基于单片机得PID控制器设计
基于单片机的PID控制器设计摘要工业控制器作为过程控制系统的核心，在现代工业过程控制中起着至关重要的作用。
PID控制是迄今为止最为通用的控制方法，是经典控制理论在实际控制系统中的典型应用。
作为最早发展起来的控制策略之一，PID控制算法简单、鲁棒性好、可靠性高……已经被广泛应用于工业过程控制。
本文叙述了现在几种成熟的PID控制算法，对PID控制器的设计进行了研究，包括对控制器的硬件选型和软件设计，对合适的硬件给予详细的介绍，对程序的运行给出详细的程序流程图。
PID控制器的核心选用了ATMEL公司的AT89C51单片机，通过合适的外接硬件来完成模拟数据量的采集处理，数据的模数数模转换，液晶显示，按键输入等功能。
关键字：单片机，PID算法，控制器The design of SCM PID controllerAbstractIndustrial controller as the core of process control system in modern industrial process control plays a vital role. PID control is by far the most common diabolic method, is classical control theory in practical control system of a typical application. As the earliest one of the control strategy developed, PID control algorithm is simple and good robustness and high reliability... it was been widely used in industrial process control.This paper describes the now several mature PID control algorithm, the design of PID controller is studied. Including controller hardware selection and software design of suitable hardware, to the detailed introduction of program running give detailed flow chart.The core of the PID controller choosing the AT89C51 of ATMEL company, through the appropriate external hardware to complete simulation amount of data acquisition and processing, data module analog-to-digital conversion, LED display, keystroke function etc..Key words: Microcomputer, PID algorithm, controller目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 本课题的研究背景和意义 (1)1.2 PID控制器的研究现状 (2)1.2.1国内研究动态 (3)1.2.2 国外研究动态 (3)1.3 本论文的主要研究内容 (4)1.4 本章小结 (4)第2章PID控制器原理及简介 (5)2.1 PID控制器的简单介绍 (5)2.2完整的基于单片机的PID控制器的基本构成 (6)2.3 本章小结 (7)第3章给予单片机的PID控制器的硬件设计 (8)3.1 键盘输入电路 (8)3.2 LED显示器 (9)3.2.1LED数码管显示器结构和原理 (9)3.2.2 LED数码显示器的接入 (10)3.3 多路选择器 (12)3．4 AT89C51单片机 (15)3.4.1 AT89C51单片机的基本组成 (15)3.4.2 89C51单片机的引脚 (15)3.4.389C51单片机中的CPU结构 (19)3.4.489C51单片机的存储器 (19)3.5A/D、D/A转换器 (21)3.5.1A/D转换器MAX187 (21)3.5.2D/A转换器MAX531 (23)3.6本章小结 (26)第4章基于单片机的PID控制器的软件设计 (27)4.1 主程序流程图 (27)4.2PID控制算法 (32)4.2.1常规PID控制 (32)4.2.2数字式PID控制 (34)4.3PID控制器的参数整定 (37)4.4本章小结 (39)第5章结束语 (40)参考文献 (41)谢辞................................................................................................. 错误！未定义书签。
(完整word版)基于单片机的PID温度控制毕业设计
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]。
基于单片机的软件实现PID温度控制系统
姓名：专业：学号：学科：基于单片机的软件实现PID温度控制系统引言随着控制理论和电子技术的发展，工业控制器的高精度性要求越来越高，其中以单片机为核心实现的数字控制器因其体积小，成本低，功能强，简便易行而得到广泛应用。
温度控制器作为一种重要的控制设备，在化工，食品等诸多工业生产过程和家用电器中得到了广泛的应用，本文主要讨论在家用电器电冰箱中得到广泛应用的数字PID控制，在单片机温度控制系统中的应用。
通过对实验数据的分析表明单片机的温度控制系统设计的合理性和有效性。
1硬件系统设计本文所研究的温度控制系统硬件部分按功能大致可以分为以下几个部分：单片机主控模块，输入通道输出通道等。
硬件总体结构框图如图所示。
图1中，温度控制系统以单片机为核心，并扩展外部存储器，构成主控模块零度保鲜箱的温度由铂Pt100电阻温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，再通过位的转换器转换成数字量，此数字量经过数字滤波之后，一方面将零度保鲜箱的温度通过控制面板上的液晶显示器显示出来，另一方面将该温度值与设定的温度值进行比较，根据其偏差值的大小，采用控制算法进行运算，最后通过控制双向可控硅控制周期内的通断占空比，即控制零度保鲜箱制冷平均功率的大小，进而达到对零度保鲜箱温度进行控制的目的。
控制系统电路的核心器件是Atmel公司生产的单片机,图2所示.它是一种低功耗低电压高性能的位单片机片，内带有一个的可编程可擦除只读存储器，它采用的工艺是Atmel公司的高密度非易失存储器技术。
其输出引脚和指令系统都与MCS51兼容且价格低廉,性能可靠,抗干扰能力强,因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。
为了节省成本和体积采用多路选择开关和AD7705模数转换器协同工作，组成多路数据采集系统.AT24C02是Atmel公司生产的EEPROM器件,存储容量256字节可擦写次数达100万次,主要用来存储设定温度。
2软件实现PID控制PID控制是最早发展起来的控制策略之一,在微机测控系统中,软件与硬件同样重要.硬件是系统的躯体,软件则是灵魂,当系统的硬件电路设计好之后,系统的主要功能还是要靠软件来实现,而且软件的设计在很大程度上决定了测控系统的性能,很多的单片机软件系统都是采用如图2所示的前后台系统也称超循环系统。
基于单片机的pid控制器设计论文毕设论文
中国矿业大学徐海学院本科生毕业论文学院：徐海学院专业：自动化论文题目：基于单片机的PID控制器设计中国矿业大学徐海学院毕业论文任务书任务下达日期：2011年12月14日毕业论文日期: 2011年12月20日至2012年6月5日毕业论文题目：基于单片机的PID控制器设计毕业论文专题题目：毕业论文主要内容和要求：1、基于单片机的PID控制器整体方案设计2、硬件电路设计，包括电源、显示、按键、A/D、D/A转换等外围电路设计3、软件设计，包括参数设置程序、显示程序、按键程序、PID算法程序等4、应用PROTEUS、Keil C51软件进行设计及仿真指导教师签字：郑重声明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。
所有数据、图片资料真实可靠。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
本论文属于原创。
本毕业论文的知识产权归属于培养单位。
本人签名：日期：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学徐海学院毕业论文答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要现代工业生产中，随着生产规模的不断壮大，人们对产品质量的要求日益提高，以及现代环境的复杂化，使工业过程控制系统已成为生产中必不可少的设备。
基于单片机模糊PID控制算法实验设计
基于单片机模糊PID控制算法实验设计基于单片机的模糊PID控制算法是一种将模糊逻辑和PID控制相结合的控制方法。
模糊PID控制算法在许多工程和科学领域中具有广泛的应用，用于控制各种物理系统，例如机械系统、电子系统和化学系统等。
本文将介绍基于单片机的模糊PID控制算法的实验设计。
一、实验目的本实验旨在通过使用单片机实现模糊PID控制算法，控制一个虚拟物理系统的运动。
通过这个实验，我们可以了解模糊PID控制算法的原理和实现过程，并通过实验结果对其性能进行评估。
二、实验原理模糊PID控制算法是将模糊逻辑和传统的PID控制算法相结合而得到的一种控制方法。
PID控制算法是一种反馈控制方法，它通过测量和计算系统的误差，调整输出控制量，使得系统的运行状态能够接近期望状态。
模糊PID控制算法的原理是，在PID控制算法的基础上，使用模糊逻辑来处理模糊因素，使得控制系统能够对模糊因素有更好的适应性和鲁棒性。
模糊逻辑是对不确定性和模糊性进行建模和处理的一种方法，它能够通过模糊集合和模糊规则来描述和处理模糊因素。
在模糊PID控制算法中，首先使用一组模糊集合来表示误差和变化率的程度，然后建立一组模糊规则，通过模糊推理得到模糊控制量，最后将模糊控制量经过模糊解模糊化得到实际控制量。
这样，通过模糊逻辑的处理，能够使得控制系统对于模糊因素有更好的适应性和鲁棒性。
三、实验步骤1.设计一个虚拟物理系统，可以使用一个电机控制器和一个电机模拟器来模拟物理系统的运动。
2.根据虚拟物理系统的特性，确定控制系统的输入和输出变量，例如位置和速度。
3.设计一组模糊集合来表示位置和速度的程度，例如“远”、“近”、“大”、“小”等。
4.建立一组模糊规则，通过模糊推理得到模糊控制量。
5.设计一个PID控制算法，用于计算系统的误差和调整输出控制量。
6.将模糊控制量和PID控制量相结合，得到最终的实际控制量。
7.使用单片机编程语言，例如C语言，实现上述的模糊PID控制算法。
基于单片机的pid温度控制系统设计 -回复
基于单片机的pid温度控制系统设计-回复基于单片机的PID温度控制系统设计摘要：本文将介绍一种基于单片机的PID温度控制系统的设计方法。
该系统利用单片机的强大计算处理能力和易编程特性，通过PID控制算法实现对温度的精确调节和稳定控制。
文章将从系统的硬件设计和软件编程两个方面逐步讲解具体设计步骤和实施方法，旨在帮助读者理解和掌握该技术。
第一节：引言温度控制是很多工程领域中常用的一项自动化控制技术。
在一些需要保持稳定温度或者按设定温度进行自动控制的应用中，如温室、恒温箱、冷藏室等，PID控制算法广泛应用。
而采用基于单片机的PID温度控制系统，无论是从成本、体积还是功能扩展等方面都具有一定优势。
第二节：系统硬件设计PID温度控制系统的硬件设计主要包括传感器模块、智能温控器模块和执行器模块。
1. 传感器模块：选择适合应用场景的温度传感器，如热敏电阻、热电偶等。
将传感器与单片机相连，通过模拟输入口将传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号。
2. 智能温控器模块：使用单片机作为智能温控器的核心，通过LCD显示屏和按键，实现温度的设定和显示。
单片机利用PID控制算法对设定温度和实际温度进行比较，并输出控制信号。
3. 执行器模块：执行器模块用于控制温度。
根据具体系统要求，可以选择继电器、加热器、风扇等。
执行器根据控制信号的输入来执行相应的操作，从而实现温度的调节控制。
第三节：软件编程PID温度控制系统的软件编程主要包括单片机的初始化设置和PID控制算法的实现。
1. 单片机的初始化设置：包括系统时钟设置、IO引脚设置、模拟输入口配置、LCD显示配置、按键操作配置等。
这些设置可以利用单片机提供的开发工具或者编程软件完成。
2. PID控制算法的实现：PID控制算法是PID温度控制系统的核心部分。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
通过不断调节三个参数的大小以及权衡不同参数的影响，实现对温度的稳定控制。
基于单片机的PID温度控制器的设计
毕业设计（论文）课题基于单片机的PID温度控制器的设计学院电子信息工程学院专业（方向）应用电子技术（通信电子）班级电子104学号姓名完成日期2012年11月30号指导教师基于单片机的PID温度控制器的设计摘要本文从软硬件两方面设计了一个温度自动控制器系统。
本设计系统以单片机（STC89C51RC）为控制核心，主要包括按键部分、DS18B20温度采集部分、温度报警部分、1602显示部分、温度控制部分及MAX232通信接口部分等硬件部分，从而实现智能温度控制。
本系统通过按键预设加热的最终保持水温的温度并进行实时显示预设温度和当前温度，并采用PID 算法的控制输出宽度可调的PWM 波来控制双向可控硅的导通和关断用以调整输出加热功率，使之切断或接通加热器，从而控制水温稳定在预设值上。
文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：LCD1602显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、温度控制程序、超温报警程序。
本系统的主要设计思想是以硬件为基础，软件和硬件相结合，最终实现各个模块的功能。
关键词：单片机；DS18B20；PID算法；PWM波；双向可控硅；Project nameThe Design of PID Temperature Control System Basedon SCMAbstractThis article from two aspects of hardware and software design of a temperature automatic controller.This design system with single chip microcomputer (STC89C51RC) as the control core, including the key part, DS18B20 temperature acquisition part, temperature alarm part, 1602 portion of the display, temperature control part and MAX232 communication interface and other hardware components, thereby realizing the intelligent temperature control.This system through the keys to the preset heating ultimately keep water temperature and real-time display preset temperature and the temperature, and PID algorithm is used to control the output with adjustable width PWM to control thyristor turn-on and turn-off is used to adjust the output of the heating power, to cut off or switch on the heater, thereby controlling the temperature stability at a preset value.The article also emphatically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main modules: LCD1602 display program, the keyboard scan and key process, temperature signal processing procedure, temperature control procedures, over-temperature alarm program.This system main design idea is on the base of hardware, software and hardware integration, and ultimately to achieve the functions of each module.Key words：SCM DS18B20 PID Algorithm PWM Waveform Bidirectional controllable silicon目录摘要Abstract1 引言 (1)2 系统设计的内容及要求 (2)2.1 系统设计的内容 (2)2.2 系统设计的要求 (2)3 系统总体设计方案选择与论证 (2)3.1 控制芯片选择 (2)3.2 传感器的选择 (3)3.3 显示方式的选择 (3)3.4 键盘的选择 (4)3.5 温度加热控制的选择 (4)3.6 方案选择 (4)3.7 方案比较 (5)四．系统硬件设计 (5)4.1 系统的组成及框图 (5)4.2 系统功能及工作原理 (6)4.3 单片机最小系统控制部分 (6)4.4 温度采集部分 (7)4.4.1 DS18B20工作原理 (7)4.4.2 温度采集电路 (8)4.6 通信部分 (9)4.6.1 MAX232资料简介 (9)4.6.2 串口通信电路 (9)4.7 加热控制部分 (10)4.8 超温报警部分 (10)4.9 液晶显示部分 (10)4.9.1 液晶的介绍 (11)4.9.2液晶显示电路 (12)4.10 电源部分 (12)五．系统的软件设计 (13)5.1软件设计思路 (13)5.2 系统变量定义及I/O口分配 ......................................................................... 错误!未定义书签。
基于单片机的pid电机调速控制系统的硬件电路设计
下面是一个基于单片机的PID电机调速控制系统的硬件电路设计示例：
电路中使用了一个STM32F103C8T6微控制器，该MCU内置了PWM输出、ADC输入、定时器计数等功能，非常适合用于电机调速控制。
电机驱动采用了L298N模块，可以
控制两个直流电机的转速和方向。
另外，根据需要，可以加入光电编码器或霍尔传感
器等来获取电机的转速反馈信号。
电路中还使用了一个LCD1602液晶屏来显示电机转速、目标速度、PWM输出等信息，方便用户进行调试和监控。
此外，还可以使用按键开关来控制电机的启停和目标速度
的调节。
在硬件电路设计完成后，需要编写单片机程序来实现PID控制算法、PWM输出、
ADC采样等功能。
通常可以使用Keil、IAR等集成开发环境来编写和调试程序，也可
以使用Arduino IDE等编程环境进行开发。
这只是一个简单的PID电机调速控制系统的硬件电路设计示例，具体的实现方式和细
节可能会因应用场景和需求的不同而有所不同。
基于单片机PID温度控制的设计与仿真
摘要本文是关于温度控制的单片机PID控制技术，加热电阻丝作为执行元件。
随着人类生产力的发展，在各行各业中对温度的要求日益提高，如啤酒的发酵、医用药品生产、以及食品加工等等；良好的温度控制技术不仅能提高产品品质而且能够有效节约能源。
而PID技术具有良好的控制能力，可以实现无误差调节，被广泛用于各个行业中。
本设计是以STC89C52RC单片机为核心，结合DS18B20温度传感器，1602LCD显示电路及键盘组成的系统。
采用PID控制技术对温度进行控制，以实现对温度准确控制。
该系统易于操作，灵活性强，方便携带等优点，有较好的发展前景。
关键词单片机，PID ，温度AbstractThis paper is about the temperature control of the single chip microcomputer PID control technology, heat resistance wire as executive components. Along with the de- velopment of the human productivity,In all walks of life to the requirements of the te -mperature is increasing day by day, such as beer fermentation, medical pharmaceu- tical production, and food processing, etc. Good temperature control technology can not only improve the quality of the product and can effectively save energy. And PID technology has good control ability, can achieve without error adjustment, is widely used in various industries. This design is based on STC89C52RC microcontroller as the core, combining the temperature sensor DS18B20, 1602 LCD display and keyboard circuit of the system.PID control technology for temperature control, in order to accurate temperature control. The system is easy to operate, flexibility, easy to carry and other advantages, have good growth prospects.Keywords：Single-chip microcomputer ，PID ，temperature目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (1)1、PID控制系统历史现状及发展趋势 (1)2、本设计的主要工作与任务 (1)（1）主要任务内容 (1)（2）任务的具体要求 (1)第二章系统总体设计 (3)1、系统总体结构设计框图 (3)2、PID控制理论介绍 (3)第三章系统硬件设计 (7)2、单片及其外围电路 (7)2、键盘部分设计 (10)3、显示部分电路设计 (10)4、温度检测部分设计 (12)（1）特性 (13)（2）DS18B20工作时序 (13)（3）初始化时序 (14)5、加热执行部分设计 (15)6、上位机联机模块 (16)第四章系统软件设计 (18)1、程序结构确定 (18)2、程序框图 (18)3、源代码程序 (25)4、Keil C51 集成开发环境以及STC-ISP简介 (25)第五章系统调试与运行 (31)1、实物电路介绍 (31)2、系统PID调试结果与分析 (34)第六章总结 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录1 (40)附录2 (41)第一章绪论1、PID控制系统历史现状及发展趋势温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。
基于单片机PID
PID系统整定工程实践12009-10-18 21:27参加比赛或是做项目也好，PID的应用非常的广，不但可以用在运动控制的电机调速，更可以用在温度控制、电流控制、电压控制等等动态变量的控制。
PID其实没有多么神秘，还是那句话：被控量比我们的预期量（输入量）大，CPU 就控制其小点；被控量比我们的预期量小，CPU就控制其大些。
在这其中在引入被控量信号的变化率和误差累积，就成了真正的PID，可以达到非常好的控制效果。
其中，控制器--CPU/MCU功率放大--MOSFET/MCS33886/各种电机驱动芯片反馈传感器--角度传感器（位置伺服系统）/旋转编码器（速度伺服系统）/温度传感器（温度伺服系统）/电流传感器（电流伺服系统）为了便于讨论，我编写了一个上位机软件，实时对伺服系统的工作状态进行采集，而且还可以绘制出伺服系统的工作曲线。
第3章直流伺服系统参数及其整定3.1 数字PID的参数根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行控制（简称PID控制），是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。
实际运行的经验和理论分析都表明，这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的效果。
不过，用计算机实现PID控制，不是简单的将模拟PID控制数字化，而是进一步与计算机的逻辑判断功能结合，使PID控制更加灵活，更能满足生产过程提出的要求。
3.1.1 采样频率的选择（1）采样周期应远小于过程的扰动信号的周期。
根据香农采样定理：采样频率应该大于或是等于信号最高频率成分的两倍。
这个定理给出了采样频率选择的最底线。
（2）执行机构的类型。
在执行器的响应速度比较慢时，过小的采样周期将失去意义，因此可适当选大一点。
在计算机运算速度允许的条件下，采样周期短，则控制品质好。
当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期为纯滞后时间的1/4～1/8。
（3）给定值的变化频率。
加到被控对象上的给定值变化频率越高，采样频率也应该越高，这样给定值的改变可以迅速得到反应。
基于单片机的PID控制器设计正文
第1章绪论第1.1节概述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。
PID控制器的特点是结构简单，适应性强，特别是不依赖对象的精确模型，对系统参数的变化具有较好的鲁棒性，可以解决在工业过程中精确建模的困难。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。
在很多生产过程中，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。
PID温度控制器作为一种重要的控制设备，在化工、食品等诸多工业生产过程中得到了广泛的应用。
下面就简要介绍一下温度测控技术。
第1.2节温度测控技术的发展与现状温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。
在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是：简单、可靠、低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度；但由于检测元件热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温，不能用于超高温测量，难于测量运动物体的温度。
另外的非接触式测温方法是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法，其优点是：不破坏被测温场，可以测量热容量小的物体，适于测量运动物体的温度，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。
但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表观温度，测温装置结构复杂，价格昂贵等缺点。
因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象选择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。
温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。
动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。
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第1章绪论第1.1节概述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。
PID控制器的特点是结构简单，适应性强，特别是不依赖对象的精确模型，对系统参数的变化具有较好的鲁棒性，可以解决在工业过程中精确建模的困难。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。
在很多生产过程中，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。
PID温度控制器作为一种重要的控制设备，在化工、食品等诸多工业生产过程中得到了广泛的应用。
下面就简要介绍一下温度测控技术。
第1.2节温度测控技术的发展与现状温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。
在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是：简单、可靠、低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度；但由于检测元件热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温，不能用于超高温测量，难于测量运动物体的温度。
另外的非接触式测温方法是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法，其优点是：不破坏被测温场，可以测量热容量小的物体，适于测量运动物体的温度，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。
但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表观温度，测温装置结构复杂，价格昂贵等缺点。
因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象选择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。
温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。
动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。
在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标；恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上，且要求其波动幅度(即稳态误差)不能超过某允许值。
本文所讨论的基于单片机的温度控制系统就是要实现对温控箱的恒值温度控制要求，故以下仅对恒值温度控制进行讨论。
从工业控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种：1.2.1 定值开关控温法所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热装置(或冷却装置)进行通断控制。
这种开关控温方法比较简单，在没有计算机参与的情况下，用很简单的模拟电路就能够实现。
由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使被控对象温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。
1.2.2 PID线性控温法这种控温方法是基于经典控制理论中的PID调节器控制原理，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点被广泛应用工业过程控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。
由于PID调节器模型中考虑了系统的误差、误差变化及误差积累三个因素，因此，其控制性能大大地优越于定值开关控温。
其具体控制电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。
前者称为模拟PID控制器，后者称为数字PID控制器。
其中数字PID控制器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。
采用这种方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要取决于三个PID参数(比例值、积分值、微分值)。
只要PID参数选取的正确，对于一个确定的受控系统来说，其控制精度是比较令人满意的。
但是，它的不足也恰恰在于此，当对象特性一旦发生改变，三个控制参数也必须相应地跟着改变，否则其控制品质就难以得到保证。
1.2.3 智能温度控制法为了克服PID线性控温法的弱点，人们相继提出了一系列自动调整PID参数的方法，如PID参数的自学习，自整定等等。
并通过将智能控制与PID控制相结合，从而实现温度的智能控制。
智能控温法以神经网络和模糊数学为理论基础，并适当加以专家系统来实现智能化。
其中应用较多的有模糊控制、神经网络控制以及专家系统等。
尤其是模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广泛的应用。
所谓第三代智能温控仪表，就是指基于智能控温技术而研制的具有自适应PID算法的温度控制仪表。
目前国内温控仪表的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪在全量程范围内温度控制精度比较低，自适应性较差。
第1.3节系统总体设计方案本论文所讨论的基于单片机的温度控制系统是某型号气相色谱仪的温度控制子系统，其目的是对两个温控箱[1]的温度进行恒值温度控制。
温控箱的温度控制范围在室温到摄氏600度之间，温度控制的精度要求为 0.1℃。
下面讨论系统的总体设计方案，包括：系统的性能要求及特点以及系统的软、硬件方案分析。
1.3.1 系统性能要求及特点(l)系统性能要求：○1可以人为方便地通过控制面板或PC机设定控制期望的温度值，系统应能自动将温控箱加热至此设定温度值并能保持，直至重新设定为另一温度值，即能实现温度的自动控制；○2能够实现对温控箱温度的测量并且通过控制面板上的液晶显示实时的显示出来；○3具有加热保护功能的安全性要求；○4模块化设计，安装拆卸简单，维修方便；○5系统可靠性高，不易出故障；(2)系统特点：鉴于上述系统功能要求以及智能仪表应具有的体积小、成本低、功能强、抗干扰并尽可能达到更高精度的要求。
本系统在硬件设计方面具有如下特点：控制主板采用AT89C52作为核心芯片。
根据温控箱测温范围的要求，本系统适合采用Pt100铂电阻作为温度传感器，而Pt100铂电阻在大温度范围内测温时表现出的不可忽视的非线性不容忽视，因此在温度测量的过程中必须对铂电阻温度传感器的非线性进行优化，从而提高系统温度测量的精确度。
本文采用最小二乘法[2]拟合的方法对铂电阻的非线性进行优化。
为了简化系统硬件，控制量采用双向可控硅输出，这样就省去了D/A 转换环节。
1.3.2 系统硬件方案分析目前，温度控制仪的硬件电路一般采用模拟电路和单片机两种形式。
模拟控制电路的各控制环节一般由运算放大器、电压比较器、模拟集成电路以及电容、电阻等外围元器件组成。
它的最大优点是系统响应速度快，能实现对系统的实时控制。
在本系统中，由于温度的变化是一个相对缓慢的过程，对温控系统的实时性要求不是很高，所以模拟电路的优势得不到体现。
单片机是大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机。
它是把中央处理单元CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器以及I/O输入输出接口电路等主要计算机部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，它的特点是：功能强大、运算速度快、体积小巧、价格低廉、稳定可靠、应用广泛。
由此可见，采用单片机设计控制系统，不仅可以降低开发成本，精简系统结构，而且控制算法由软件实现，还可以提高系统的兼容性和可移植性。
目前，市面上的单片机不仅种类繁多，而且在性能方面也各有所长。
AT89C52单片机[8]是ATMEL公司出品的与MCS-51系列兼容的低电压、高性能CMOS 8位单片机。
本系统选择AT89C52为核心器件组成的控制系统。
1.3.3 系统软件方案分析目前，MCS51单片机的开发主要用到两种语言:汇编语言和C语言。
与汇编语言相比，C语言具有以下的特点：(1)具有结构化控制语句；(2)适用范围大和可移植性好；由于整个系统软件比较复杂，为了便于编写、调试、修改和增删，系统程序的编制适合采用模块化的程序结构，故要求整个控制系统软件由许多独立的小模块组成，它们之间通过软件接口连接，遵循模块内数据关系紧凑，模块间数据关系松散的原则，将各功能模块组织成模块化的软件结构。
温度控制算法方面，结合本温控系统的要求采用了经典的PID控制算法，这主要是由于PID控制相对来说算法简单、鲁棒性好和可靠性高。
第1.4节本文主要工作及章节安排1.4.1 本文主要工作(l)在对温度控制发展现状、系统控制要求进行研究的基础上，选择了整个控制系统的控制方案；(2)完成系统的硬件设计，包括采样电路、A/D转换电路、主控制电路、保护电路等等的设计；(3)完成该系统的软件设计，包括主程序模块、控制运算模块、数据输入输出及处理模块等一些子功能模块的设计；(4)研究了该系统的控制策略，建立了PID控制算法；(5)完成了系统的软、硬件调试工作。
1.4.2 章节安排本论文由以下几部分组成：第1章绪论主要介绍本文的背景知识及系统的总体设计方案，以及本文所完成的主要工作；第2章硬件设计主要介绍系统各部分的硬件组成和特点，包括信号输入输出电路、单片机系统等等；第3章软件设计介绍了系统软件各主要功能模块的设计；第4章控制方案确立PID算法；第5章系统调试介绍了TKS仿真器和集成开发环境KEIL IDE Vision2，以及使用TKS仿真器在KEIL环境中对系统的调试；第6章结论全文工作的总结和展望。
第2章硬件电路第2.1节系统硬件总体结构本文所研究的温度控制系统硬件部分按功能大致可以分为以下几个部分：单片机主控模块、输入通道、输出通道、保护电路等。
硬件总体结构框图如图2．1所示。
由结构框图可见，温度控制系统以AT89C52单片机为核心，并扩展外部存储器构成主控模块。
温控箱的温度由Pt100铂电阻[13]温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，再通过16位的A/D转换器AD7705转换成数字量。
此数字量经过数字滤波之后，一方面将温控箱的温度通过控制面板上的液晶显示器显示出来；另一方面将该温度值与设定的温度值进行比较，根据其偏差值的大小，采用PID控制算法进行运算，最后通过控制双向可控硅控制周期内的通断占空比(即控制温控箱加热平均功率的大小)，进而达到对温控箱温度进行控制的目的。
如果实际测得的温度值超过了系统给定的极限安全温度，保护电路会做出反应，从而保护温控箱。
温度传感器温控箱加热部件A/D转换时钟电路可控硅设定温度值温度显示串行通信保护电路MCU图2．1 硬件总体结构框图第2.2节主控模块器件选型及设计2.2.1 单片机的选用对于明确的应用对象，选择功能过少的单片机，无法完成控制任务；选择功能过强的单片机，则会造成资源浪费，使产品的性能价格比下降。
目前，市面上的单片机不仅种类繁多，而且在性能方面也各有不同。
在实际应用中，针对不同的需求要选择合适的单片机，选择单片机时要注意下几点：(1)单片机的基本性能参数；(2)单片机的增强功能；(3)单片机的存储介质；(4)芯片的封装形式；(5)芯片工作温度范围符合工业级、军品级还是商业级；(6)单片机的工作电压范围；(7)单片机的抗干扰性能好；(8)编程器以及仿真器的价格，单片机开发是否支持高级语言以及编程环境要好用易学；(9)供货渠道是否畅通，价格是否低廉，是否具有良好的技术服务支持。