基于PID算法的智能水温控制器的设计
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 (7)3.2 PID算法的流程实现方法与具体程序 (10)4 系统的软件设计 (14)4.1 统软件设计概述 (14)4.2 系统软件程序流程及程序流程图 (15)4.3 温度数据显示模块分析 (16)4.4 测试分析 (18)5 模拟仿真结果 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
基于PID的温度控制系统设计
基于PID的温度控制系统设计PID（比例-积分-微分）控制系统是一种常见的温度控制方法。
它通过测量实际温度和设定温度之间的差异，并相应调整加热器或冷却器的输出来控制温度。
在本文中，将介绍PID控制系统的基本原理、设计步骤和实施细节，以实现一个基于PID的温度控制系统。
一、基本原理PID控制系统是一种反馈控制系统，其核心思想是将实际温度值与设定温度值进行比较，并根据差异进行调整。
PID控制器由三个部分组成：比例控制器（P），积分控制器（I）和微分控制器（D）。
比例控制器（P）：根据实际温度与设定温度之间的差异，产生一个与该差异成正比的输出量。
比例控制器的作用是与误差成正比，以减小温度偏差。
积分控制器（I）：积分控制器是一个与误差积分成比例的系统。
它通过将误差累加起来来减小持续存在的静态误差。
积分控制器的作用是消除稳态误差，对于不稳定的温度系统非常有效。
微分控制器（D）：微分控制器根据温度变化速率对输出进行调整。
它通过计算误差的变化率来预测未来的误差，并相应地调整控制器的输出。
微分控制器的作用是使温度系统更加稳定，减小温度变化速率。
二、设计步骤1.系统建模：根据实际温度控制系统的特点建立数学模型。
这可以通过使用控制理论或系统辨识技术来完成。
将得到的模型表示为一个差分方程，包含输入（控制输入）和输出（测量温度）。
2.参数调整：PID控制器有三个参数：比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。
通过试验和调整，找到最佳的参数组合，以使系统能够快速稳定地响应温度变化。
3.控制算法：根据系统模型和参数，计算控制器的输出。
控制器的输出应是一个与实际温度偏差有关的控制信号，通过改变加热器或冷却器的输入来调整温度。
4.硬件实施：将控制算法实施到硬件平台上。
这可以通过使用微控制器或其他可编程控制器来实现。
将传感器（用于测量实际温度）和执行器（用于控制加热器或冷却器）与控制器连接起来。
5.调试和测试：在实际应用中，进行系统调试和测试。
基于PID算法的水温控制系统设计
基于PID算法的水温控制系统设计
PID（比例-积分-微分）是一种常用的控制算法，可用于实现对水温的控制。
恒温控制系统的工作原理是：将传感器测量到的温度值与目标温度值进行比较，然后计算出一个控制信号，通过执行器控制加热器的输出功率，使水温维持在目标温度值附近。
以下是使用PID算法的水温控制系统的设计流程：
1. 确定系统参数：首先需要确定控制周期、传感器类型、执行器类型等参数。
2. 指定控制目标：设定所需的目标温度值，例如35℃。
3. 设计控制算法：使用PID算法来计算控制信号，其基本公式为：控制信号 = KP × (错误值) + KI × (错误值累积) + KD ×(误差变化)，其中KP、KI和KD分别为比例、积分和微分系数。
4. 实现控制循环：实现一个控制循环，周期性读取传感器测量值、计算控制信号，并根据控制信号与执行器的特性来调整温度。
5. 调整参数并测试：将PID算法中的KP、KI和KD参数调整到最优值，并进行多次测试，以确认控制系统的性能稳定可靠。
基于PID算法的温度控制系统设计
基于PID算法的温度控制系统设计随着科技的不断发展，温度控制系统得到了广泛的应用。
无论是工业制造还是家庭生活，都会用到温度控制系统。
在这个系统中，PID算法是最常用的控制算法之一。
本文将介绍基于PID算法的温度控制系统的设计。
一、系统概述温度控制系统可以用于控制温度控制在一定范围内。
该系统包括一个温度传感器、一个控制器、一个执行器和一个热源。
其中，温度传感器用于将温度信号转换成电信号，控制器用于处理电信号，执行器用于控制热源加热或停止加热。
在温度控制系统中，PID算法是控制器中使用的一种算法。
二、PID算法原理PID控制算法分别根据偏差、积分错误和微分错误来控制系统。
PID算法控制器包括控制模块、时间模块、输出模块、PID模块和作用模块。
该算法可以通过增大或减少控制器的输出来控制系统的状态，以便实现温度控制。
模型中包含比例项、积分项和微分项。
控制器采用增益因子对其中的每一个部分进行调整，以便更好地控制系统。
三、系统设计在设计基于PID算法的温度控制系统时，需要首先将传感器连接到控制器。
控制器可以收集从温度传感器中收集的温度信号并将其转换成电信号。
然后，该信号将被发送到PID算法控制器，该控制器可以使用PID算法来计算输出信号。
输出信号可以通过执行器来控制加热或停止加热的热源，从而实现温度控制。
四、系统的优点基于PID算法的温度控制系统可以实现更准确和更稳定的温度控制。
相对于其他控制算法来说，该算法具有更优秀的响应特性和更敏感的响应速度。
此外，该算法可以进行现场校准，更容易进行二次开发。
五、系统的应用基于PID算法的温度控制系统广泛应用于各个领域。
在工业制造领域，该系统可以用于控制各种设备和工具的温度，以保证生产质量。
在医疗领域，该系统可以用于监控体温，并确保患者在治疗过程中保持稳定的体温。
此外，在家庭生活中，基于PID算法的温度控制系统可以帮助人们更好地控制室内温度，从而提高生活舒适度。
总之，基于PID算法的温度控制系统可以广泛应用于各种领域。
基于PID算法的水温控制系统的设计
（ 天 津 大学 电气电子 实验 中心 ，天津
摘
３ ０ ０ ０ ７ ２ ）
要 ：为 了实 现 水 温 控制 系统 的设 计 要 求 ，通 过对 各 个 模 块 电路 方 案 的 比较 和 论 证 ，最后 确 定 了 以
Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２单 片机为核心 的硬件 电路 ，选用 Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０温度传感器 测量水温 。系统可 以实 时地显示 温度 ，并 能通 过温度设 置来 对水的温度进行调节 ，同时具有报 警功能 。另外 ，串 口通讯 程序 的设计使 得可 以 同步 地在 电脑
ｈ ａ ｓ ａ ｌ ａ ｒ ｍ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ，ａ ｓ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ｐ ｉ ｒ ｎ ｔ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｏ ｆ
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基于PID的温度控制系统设计
基于PID的温度控制系统设计PID（Proportional-Integral-Derivative）是一种常见的控制算法，被广泛应用于各种工业自动化系统中，其中包括温度控制系统。
本文将基于PID算法设计一个温度控制系统。
1.温度控制系统概述温度控制系统是一种典型的反馈控制系统，用于维持系统的温度在预定范围内。
温度传感器将感测到的温度信号反馈给控制器，控制器根据反馈信号与设定的温度进行比较，并根据PID算法计算出控制信号，通过执行器（例如加热器或冷却器）改变环境温度，以使温度保持在设定值附近。
2.PID控制算法原理2.1 比例控制（Proportional Control）比例控制根据设定值与反馈值之间的偏差大小来调整控制信号。
偏差越大，控制信号的改变越大。
比例控制能够快速减小偏差，但无法消除稳态误差。
2.2 积分控制（Integral Control）积分控制通过累积偏差来调整控制信号。
积分控制可以消除稳态误差，但过大的积分参数会引起控制系统的不稳定。
2.3 微分控制（Derivative Control）微分控制根据偏差的变化率来调整控制信号。
微分控制可以快速响应温度的变化，但不适用于快速变化的温度。
3.PID控制器设计PID控制器的输出可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出，Kp、Ki、Kd为比例、积分和微分增益，e(t)为温度的偏差，即设定值与反馈值之差，de(t)/dt为温度偏差的变化率。
3.1比例增益的选择比例增益决定了系统对偏差的响应速度。
如果比例增益太大，系统会产生超调现象；如果比例增益太小，系统的响应速度会变慢。
因此，在实际应用中需要通过试验来选择合适的比例增益。
3.2积分时间的选择积分时间决定了系统对稳态误差的补偿能力。
如果积分时间太大，系统对稳态误差的补偿能力会增强，但会导致系统的响应速度变慢，甚至产生振荡现象；如果积分时间太小，系统对稳态误差的补偿能力会减弱。
基于PID算法的温度控制系统软件设计
基于PID算法的温度控制系统软件设计引言电加热炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。
而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。
且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。
模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。
将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应在线修改PID参数，构成模糊自整定：PID控制系统，借此提高其控制效果。
基于PID控制算法，以ADuC845单片机为主体，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统。
该控制器控制精度高，具有较高的灵活性和可靠性。
2温度控制系统硬件设计该系统设计的硬件设计主要由单片机主控、前向通道、后向通道、人机接口和接口扩展等模块组成，如图l所示。
由图1可见，以内含C52兼容单片机的ADuC845为控制核心．配有640KB的非易失RAM数据存储器、外扩键盘输人、320x240点阵的图形液晶显示器进行汉字、图形、曲线和数据显示，超温报警装置等外围电路;预留微型打印机接口，可以现场打印输出结果;预留RS232接口，能和PC机联机，将现场检测的数据传输至PC机来进一步处理、显示、打印和存档。
电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部A／D转换器将其转换成数字量。
此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后。
一方面将炉窑温度经人机面板上的LCD显示：另一方面将该温度值与被控制值（由键盘输入的设定温度值）比较，根据其偏差值的大小，提供给控制算法进行运算，最后输出移相控制脉冲，放大后触发可控硅导通（即控制电阻炉平均功率）。
【2019年整理】基于PID算法的智能温控系统设计
设计存在的问题及对策 ❖ 本设计存在的不足是当电加热用的电炉功率不大，
加热容量很小，环境温度接近于预设定温度的情 况下，系统误差较大。 ❖ 未来本设计的主要改进方向为，选择精度更高的 数字式温度传感器和吸合频率更高性能更好的固 态继电器以及硬件制作工艺方面的改进。
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程序初始化时 en1 en2 0 ，通过采样并根据参数 K p 、K i 、K d 以 及 e n 、en1 、en2 计算 u 。
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研究的方法与过程
❖根据输出控制增量计算u ，可求出本
次控制为：
un un1 un un1 P p Pi Pd
❖ a=shi*1000+ge*100+shifen*10+beifen; ❖ b=shi0*1000+ge0*100+shifen0*10+beifen
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研究综述
采用PID算法控制加热前后的温度曲线图
由温度曲线可知该方案有一定的应用价值！
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研究的方法与过程
t
PID算法把公式3中的微分de dt 换成 (en en1) T；把积分 e(t )dt换成 ekT ；
u K e T T (e e 最后得到以下公式：
❖ 模糊PID算法 是一种传统PID算法与模糊控制算法结合所产生的一种新的控制算法，它具 有两者的所有优点。
❖ PWM技术 在控制脉冲的高电平期间，固态继电器接通电加热炉电源，电炉加热；在控 制脉冲低电平期间，固态继电器断开加热炉电源，电炉不加热。通过调节脉 冲高低电平的占空比，即调节高低电平所持续的时间，即调节脉冲周期在电 加热炉上交流电压周波的个数，从而调节电加热炉在一个加热周期内的电压 平均值，达到平稳的目的。
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 (8)3.2 PID算法的流程实现方法与具体程序 (11)4 系统的软件设计 (15)4.1 统软件设计概述 (15)4.2 系统软件程序流程及程序流程图 (16)4.3 温度数据显示模块分析 (17)4.4 测试分析 (19)5 模拟仿真结果 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
基于PID控制算法的温度控制系统设计与优化
基于PID控制算法的温度控制系统设计与优化随着科技的发展和人们生活水平的提高，温度控制系统在各个领域得到了广泛应用。
PID控制算法是一种常用的控制算法，具有简单、稳定和可靠的特点。
本文将以基于PID控制算法的温度控制系统设计与优化为主题，详细介绍如何设计和优化一个基于PID控制算法的温度控制系统。
首先，我们需要了解PID控制算法的基本原理和结构。
PID控制算法是根据当前误差、误差的变化率和误差的积分来计算控制器的输出值。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分根据当前误差来计算输出值，积分部分根据误差累计值来计算输出值，微分部分根据误差变化率来计算输出值。
PID控制算法通过不断调节这三个部分的权重来实现温度的精确控制。
在设计温度控制系统时，首先需要选择合适的传感器来感知环境温度。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和红外线温度传感器等。
选择合适的传感器可以提高温度测量的精度和可靠性。
接下来，需要选择合适的执行机构来控制温度。
常见的执行机构有加热器和制冷器。
加热器可以增加温度，制冷器可以降低温度。
根据实际需求选择合适的执行机构，并采用PID控制算法控制执行机构的输出。
在温度控制系统的设计中，需要根据实际需求设定温度控制的目标值和控制范围。
目标值是系统希望达到的温度值，控制范围是允许的温度波动范围。
设置合适的目标值和控制范围可以使系统运行稳定，并且在控制过程中不会出现过大的温度波动。
在设计温度控制系统时，还需要根据系统的特征进行参数调节。
PID控制算法的参数包括比例增益、积分时间和微分时间。
比例增益决定了控制器对误差的敏感程度，积分时间决定了控制器对误差积累的敏感程度，微分时间决定了控制器对误差变化率的敏感程度。
通过合理调节PID控制算法的参数，可以提高系统的响应速度和稳定性。
在实际应用中，温度控制系统可能受到外部环境的影响。
例如，温度控制系统可能受到气温变化、风速变化和湿度变化等因素的影响。
基于PID控制的智能水温调节系统设计
１ ｌ ～
●
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９ ；ＤＳ １ ８ Ｂ ２ ０； Ｐ Ｉ Ｄ ｌｇ ａ ｏ ｒ ｉ ｈ ｍ ； Ｃｏ ｔ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ
１ ． 引言
温 度 是 日常 生 活 、 工 业 、 医 学 、环 境 保 护、化工等领域会经常遇到的一个物理量。在 工业生产过程中为了高效地进行生产，必须对 生 产工 艺 过 程 中 的主 要 参 数 ，如 温度 ，压 力 ， 流量 ，速度等进 行有效 的控 制 。其 中温 度控 制 在 生产 过 程 中 占据 了相 当大 的 比例 “ 。 采 用
若采 用红外对管 ，利用液面变化 水和空 气对 红外线 的反 射效果不 同来产生一 个不 同 的 电压，通过 电压变化来判 断液位变化 。但 通过 实验该方案 受外界影 响较大 ，可 靠性不 好 。本 系 统 采 用 发 光 二 极 管 加 光 敏 二 极 管 组 成 液 面 检 测 装 置 。 效 果 明 显 且 电路 简 单 ，故
【 摘要】在 生产 生活 中，经常 需要对温度进行有效 的控制。该设计采 用ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９ 单 片机 和ＤＳ １ ８ Ｂ ２ ０ 水温采集模块 ，运用Ｐ Ｉ Ｄ算法 ，实现对水温的精确控制 ，并通 过 液 面 检 测 装 置 实 现 恒 压 供 水 的 目的 。 整 个 系 统 具 有 结 构 简 单 、 运 行 可 靠 、 成 本 低 廉 等 优 点 ，有 着 广 泛 的 应 用 前 景 。 【 关键词 】ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９ ；ＤＳ １ ８ Ｂ ２ ０ ；Ｐ Ｉ Ｄ算法；恒压供 水
选择此方案 。 ３ ． 理ห้องสมุดไป่ตู้论 分析 ３ ． １ Ｐ Ｉ Ｄ 控制方式 设 输 出 量 ｙ（ ｔ ） 与 给 定 量 ｒ（ ｔ ） 的 差 值 为
基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真
基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真一、介绍温度控制是很多工业自动化系统中常见的任务之一、PID控制算法是目前最常用的控制算法之一，具有简单、稳定和高效的特点。
本文将以基于PID控制算法的温度控制系统为例，介绍其设计与仿真。
二、PID控制算法简介PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，它根据当前系统的误差，计算出最佳的控制输出，以使系统的输出稳定在期望值附近。
PID控制算法由三个部分组成：比例（P）、积分（I）和微分（D）。
比例部分根据当前误差的大小调整输出控制量，积分部分通过累积误差来调整输出控制量，微分部分根据误差变化率调整输出控制量。
PID控制算法的输出控制量是由三个部分叠加而成。
1.系统模型的建立在设计温度控制系统之前，首先需要建立系统的数学模型。
以一个加热器控制系统为例，假设该系统的输入为加热功率，输出为温度。
2.控制器的设计根据系统模型，设计PID控制器。
首先调试比例参数P，使得系统的温度能够在误差范围内稳定下来；然后调试积分参数I，以减小系统的稳态误差；最后调试微分参数D，以提高系统的响应速度。
3.仿真实验在仿真软件中进行温度控制系统的仿真实验。
首先输入一个初始温度值，观察系统的响应；然后根据设定的期望温度，实时调整控制器的输出，观察系统的稳定状态。
4.结果分析根据仿真实验的结果，分析系统的稳态误差和响应速度。
根据实际需求和性能要求，调整控制器的参数，使得系统能够更好地满足要求。
四、结论本文以基于PID控制算法的温度控制系统为例，介绍了温度控制系统的设计与仿真过程。
通过调试PID控制器的参数，可以使系统的温度稳定在期望值附近，并且具有较好的稳态误差和响应速度。
PID控制算法在温度控制系统中有广泛的应用前景，但是需要根据具体的系统要求和性能要求进行参数调整和优化。
未来可以进一步研究温度控制系统的自适应PID控制算法，以提高控制系统的性能和鲁棒性。
基于PID算法的水温控制系统的设计
图 4 加热装置结构图
李昌禄，等：基于 PID 算法的水温控制系统的设计
43
2． 4 按键控制和显示模块 系统上电后，数码管全部显示为当前所测温度
值，根据按 KEY1 次数，若按键一次，进入温度设定 状态，通过连按“+”、“－ ”控制键来设定温度，数码 管显示设定的温度值；若连按两次，进入温度测量状 态，数码管显示当前水温。系统选用两个数码管显 示温度以满足温度范围要求。数码管采用共阳极， 经过 1KΩ 的电阻限流后与单片机连接，由单片机 I / O 口 P3 对数码管进行位选。电路图及说明见图 5 和图 6。
IIC 通信，是同步串口通信，在数据传输时需要 数据线和时钟线，且时钟和数据是严格对齐的，在接 收和发送数据时要严格按照时钟来。
UAＲT 通信，是异步串口通信，在通信时只需要 数据线，只需要知道发送数据的波特率，编程时设置 好位长度即可。串口通讯速度快，连接简单，可以直 接通过串口线与计算机通讯，且编程简单。所以，本 实验中采用 UAＲT 通信将数据传输给电脑。 1． 6 软件算法的选择
Abstract： In order to realize WTCS （ water temperature control system） design requirements，with comparison and demonstration of the various module circuit schemes，finally determine the hardware circuit with the core of the STC89C52 single chip microcomputer． And select DS18B20 to measure temperature． The system can display with time and set temperature to adjust water temperature． It also has alarm function． In addition，a serial communication program is designed to print out the curve of the water temperature on the computer real － time． The core of the control algorithm based on PID control． The design example applies to single chip microcomputer and related courses teaching practice． Key words： STC89C52； DS18B20； PID algorithm
基于PID的简单水温控制系统设计
基于PID的简单水温控制系统设计摘要：本文提出了一种基于PID控制器的简单水温控制系统，在此系统中通过使用PID控制算法来控制水温。
该系统由传感器、PID控制器和执行机构组成。
传感器用于实时监测水温，PID控制器接收传感器反馈的水温信息，并输出相应的控制信号给执行机构，从而调整水温。
实验结果表明，该控制系统能够实现快速而稳定的水温调节。
1.引言水温控制是许多工业和生活中常见的控制问题。
例如，温水供应系统、加热器和制冷系统等都需要对水温进行准确控制。
PID控制器是一种常用的控制算法，它通过不断调整输出信号来维持被控对象的温度在设定值附近。
2.PID控制器原理PID控制器由比例项(P)、积分项(I)和微分项(D)组成。
其中，比例项根据偏差的大小来产生控制信号，积分项根据偏差的累积来产生控制信号，微分项根据偏差的变化率来产生控制信号。
PID控制器通过组合这三个项的控制信号，来实现对被控对象的温度调节。
3.系统设计本系统采用了传感器、PID控制器和执行机构的结构。
传感器负责实时监测水温，并将获取的数据传输给PID控制器。
PID控制器接收传感器反馈的水温数据，并计算出相应的控制信号。
最后，执行机构根据PID控制器输出的信号，来调整水温。
4.实验设置在实验中，我们使用了一台水温调节装置作为被控对象，通过加热和冷却控制来调整水温。
传感器通过测量水温来获取反馈数据，PID控制器计算出相应的控制信号，控制执行机构的动作。
5.实验步骤(1)首先，设定一个目标水温。
(2)然后，将传感器固定在被控对象中，用于监测水温。
(3)将PID控制器与传感器连接，以获取水温反馈数据。
(4)设置PID控制器的参数，根据实际需求进行调整。
(5)最后，将执行机构与PID控制器连接，用于根据控制信号调整水温。
6.实验结果与讨论实验结果表明，通过调整PID控制器的参数，可以实现快速而稳定的水温调节。
在设定目标水温后，PID控制器能够迅速响应，并快速调节执行机构以达到目标水温。
基于PID控制的智能水温调节系统设计
基于PID控制的智能水温调节系统设计【摘要】在生产生活中，经常需要对温度进行有效的控制。
该设计采用MSP430F149单片机和DS18B20水温采集模块，运用PID算法，实现对水温的精确控制，并通过液面检测装置实现恒压供水的目的。
整个系统具有结构简单、运行可靠、成本低廉等优点，有着广泛的应用前景。
【关键词】MSP430F149;DS18B20;PID算法;恒压供水Abstract：In the production and living，we often need to control the temperature effectively.This design used MSP430F149 microcontroller and DS18B20 temperature acquisition module，by PID algorithm to achieve precise control of temperature and constant pressure water supply purposes by liquid level detection device.The whole system has a simple structure，reliable operation，low cost and so on.So it has a wide range of applications in the future.Keywords：MSP430F149;DS18B20;PID algorithm;Constant pressure water supply1.引言温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工等领域会经常遇到的一个物理量。
在工业生产过程中为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度，压力，流量，速度等进行有效的控制。
其中温度控制在生产过程中占据了相当大的比例[1]。
流程图----基于PID算法的智能水温控制器的设计
收稿日期：２００９—１ｌ—ｌＯ 作者简介：章彩涛（１９８１一），男，助理讲师，从事实训教学和 电子产品开发以及电子设计大赛、机电一体化设备安装调试 大赛的指导工作。
（上接４９页）
Ⅱ（后）＝ｕ（ｋ一１）＋Ａｕ（ｋ）
（４）
其中，Ａ＝Ｋｐ（１．＋詈＋≥），Ｂ＝Ｋｐ（１＋等）＇ｃ＝
Ｋ丁死。
式（３），（４）是增量ＰＩＤ算法的计算公式，系统的
机床电器 THE MAGAZINE FOR CONTROL APPARATUS AND APPLIED TECHNIQUE 2010，37(2) 0次
参考文献(5条)
1.李华.孙晓民 MCS-51系列单片机接口技术 1997 2.何立民 MCS-51系统单片机应用系统设计系统配置与接口技术 1999
（常常是设定值与被控量之差，即ｅ（ｔ）＝ｒ（ｔ）一ｃ（ｔ））；
Ｋ、正、死分别为控制器的比例放大系数、积分时间常 数、微分时间常数。
设“（ｋ）为第ｋ次采样时刻控制器的输出值（采样
周期为丁），可得离散的ＰＩＤ计算公式：
个ｋ
Ｔ
ｕ（．｜｝）＝Ｋｐｅ（ｋ）＋寺磊ｅ（，）＋等［ｅ（矗）一ｅ（｜ｊ｝一１）］
＝Ｋｐｅ（ｋ）＋Ｋ；三ｅ（．『）＋Ｋｄ［ｅ（ｋ）一ｅ（ｋ一１）］（２） 式（２）为位置式ＰＩＤ控制算法，其当前采样时刻的 输出与过去的状态有关，计算时要对ｅ（ｋ）进行累加，运 算量大，因此实际应用中一般采用增量ＰＩＤ控制算法。 由式（２）可得：
设计 -科学技术与工程2007,7(15)
温度的控制有着十分广泛的应用,尝试设计一个具有普遍适用意义的中档单片机温度控制系统.该系统采用模糊PID方法进行温度控制,采用 C8051F020单片机作为控制核心.该系统能克服普通的单片机PID温度控制系统的一些不足之处,达到较为理想的控制效果.阐述了该系统的模糊PID控制原 理,介绍了该系统的硬件结构,给出了该系统的程序框图.
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Ａｕ（ｋ）＝“（Ｊｊ｝）一ｚ‘（ｋ—１）＝Ｋ。Ａｅ（七）＋
Ｋ；ｅ（ｋ）＋瓦［Ａｅ（ｋ）一Ａｅ（ｋ一１）］＝
Ａｅ（．｜｝）一Ｂｅ（ｋ一１）＋Ｃｅ（ｋ一２）
（３）
（下转５２页）
一４９一
万方数据
机床电器２０１０．２
ＰＬＣ·变频器·计算机——基于ＰＲＯＴＥＵＳ的时温控制系统仿真设计
ＧｏｔｏＸＹ（２ｌ，Ｏ）； Ｐｒｉｎｔ（ＣｕｒｒｅｎｔＴｉｍｅ．ＷｅｅｋＳｔｒｉｎｇ）； ＧｏｔｏＸＹ（５，１）； Ｐｒｉｎｔ（ＣｕｒｒｅｎｔＴｉｍｅ．ＴｉｍｅＳｔｒｉｎｇ）； ＧｏｔｏＸＹ（２３，１）； Ｐｒｉｎｔ（ｄｉｓｐ）； Ｄｅｌａｙｌｍｓ（３００）；／／延时一段时间 ｝ ｌ 程序调试没问题后，生成目标代码文件（宰．ｈｅｘ）， 在Ｐｒｏｔｅｕｓ平台上将目标代码文件加载到单片机系统 中，并实现单片机系统的实时交互、协同仿真，点击实 时仿真按钮，仿真运行片段如图４所示。可以看到不 仅能显示准确的时钟信息还能显示温度，而且如果 ＤＳｌ８８２０温度变化的话，显示温度也会实时变化。 经过上述仿真正确后的程序，若下载到实际单片 机中运行、调试，基本上程序都没问题，大大提高了开 发产品的效率。
参考文献： ［１］ＤＳｌ３０２和ＤＳｌ８８２０数据资料［ＤＢ／ＯＬ］．ｗ＇ｗｗ．ｍａｘｉｍ—
ｉｃ．ｃｏｒｎ．ｃｎ．
［２］ 张靖武，周灵彬．单片机系统的ＰＲＯＴＥＵＳ设计与仿真 ［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００７．
［３］ 周润景，张丽娜．基于ＰＲＯＴＥＵＳ的电路及单片机系统 设计与仿真［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，
关键词：ＰＩＤ；单片机；水温控制器；ＤＳｌ８８２０
中图分类号：ＴＰ３６８．１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００４－０４２０（２０１０）０２—００４８—０２
Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ＬＥＩ Ｓｈｅｎｇ—ｙｏｎｇ
万方数据
ＰＬＣ·变频器·计算机——基于ＰＩＤ算法的智能水温控制器的设计
机床电器２０１０．２
暴藤垂篙 纛霉累
图２智能水温控制器电路原理图
值（设定值）比较，获得误差信号，再经ＰＩＤ算法计算 控制量，根据控制量的大小来驱动执行机构加热时间 长短来改变水的温度，以便得到期望的温度值。执行 机构采用直流输入一交流输出型固态继电器（ＳＳＲ， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙｓ），它是一种无触点电子开关，控制端 加入ＴＴＬ高低电平（由单片机发出）就可以改变ＳＳＲ 的输出状态；
机床电器 THE MAGAZINE FOR CONTROL APPARATUS AND APPLIED TECHNIQUE 2010，37(2) 0次
参考文献(5条)
1.李华.孙晓民 MCS-51系列单片机接口技术 1997 2.何立民 MCS-51系统单片机应用系统设计系统配置与接口技术 1999
设计 -科学技术与工程2007,7(15)
温度的控制有着十分广泛的应用,尝试设计一个具有普遍适用意义的中档单片机温度控制系统.该系统采用模糊PID方法进行温度控制,采用 C8051F020单片机作为控制核心.该系统能克服普通的单片机PID温度控制系统的一些不足之处,达到较为理想的控制效果.阐述了该系统的模糊PID控制原 理,介绍了该系统的硬件结构,给出了该系统的程序框图.
采样周期ｒ选定后，一旦确定了Ｋ。瓦、瓦，只要使用前 后３次测量的温度偏差值即可由式（３）、（４）求出控 制量。
匿酐掣圃盟匿磷 水温控制器的控制原理如图５所示： “幻ｌ隔． ｌ（ＤＳｌ８８２０）Ｉ
图５智能水温控制器ＰＩＤ控制原理图
３ 结束语
经过多次试验和运行，本控制器具有较好的控制 性能。控制对象为２０ ｃｍ×２０ ｃｍ×１０ ｃｍ的水箱，发 一５２—
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＩＤ；ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＤＳｌ８８２０
０ 引言
水温的控制技术渗透到多个领域。目前许多温控 系统，温度检测采用热敏电阻作为检测元件，信号处理 采用Ａ／Ｄ转换电路，电路复杂且成本较高，计算精度 受到限制。在温度控制方面采用简单的闭合回路驱动 普通继电器来控制电热管通电与否来达到控制水温的 目的，水温超调较大，带触点的继电器会频繁接通与断 开加热元件回路，电路谐波干扰较大。
机床电器２０１０．２
ＰＬＣ·变频器·计算机——基于ＰＩＤ算法的智能水温控制器的设计
基于ＰＩＤ算法的智能水温控制器的设计
雷声勇 （柳州铁道职业技术学院，５４５００７）
摘要：设计了以ＡＴ８９Ｓ５２单片机为控制核心，以ＤＳｌ８８２０温度传感器为温度检测元件，以固态继电器（ＳＳＲ）为温
度控制执行机构的智能水温控制器，在软件实现上采用ＰＩＤ算法，以获得良好的控制效果。
3.徐锋.张嫣华 数字控制系统的PID算法研究[期刊论文]-机床电器 2008(6) 4.戈素贞 热水器水温自调整因子优化模糊控制[期刊论文]-自动化技术与应用 2005(7)
5.刘金琨 先进PID控制及其MATLAB仿真 2003
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1.期刊论文 刘军.李建伟.李慧琴.LIU Jun.LI Jian-wei.LI Hui-qin 基于模糊PID的通用中档单片机温度控制系统
ｌ 智能水温控制器硬件电路设计
智能水温控制器以ＡＴ８９Ｓ５２单片机为控制核心， 主要由温度检测、信号处理、键盘输入、显示输出、超温 保护、和缺水保护等几个部分构成，如图ｌ所示。
温度检测部分采样水温信息后送入信号处理电 路，将温度信号变换为模拟电压信号放大后，送入Ａ／Ｄ 转换电路，得到数字信号后送入单片机处理。单片机 一４８一
（Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，５４５００７）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｃｅｎｔｒａｌ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ—ＡＴ８９Ｓ５２
根据系统结构框图各组成部分的工作原理，可以 设计出其电路原理图，如图２所示。
图２中的几个关键技术： ａ．温度检测部分：温度的检测直接影响整个系统 的控制效果，许多文献采用温度采样一电压（或电流） 放大＿÷Ａ／Ｄ转换的方法来获得实际温度的数字信息， 这种方法在增加电路的复杂程度的同时，使得可靠性、 准确性受到限制。因此，本电路采用ＤＡＬＬＡＳ公司Байду номын сангаас 集成温度传感器ＤＳｌ８８２０来实现温度的检测，测量温 度范围为：一５５℃～＋１２５℃，内部带有１２位Ａ／Ｄ 转换电路，测量精度为０．０６２ ５℃。而且，它具有“单 总线”结构，易实现多点温度检测； ｂ．温度控制部分：单片机将水温的实际值与期望
水位检测Ｉ ｌ键盘输
温雨—度——检广测伍Ｆ一厕一１信爵ｌ号单处叫理片（ＨＡ机Ｔ８９控Ｓ５制２）器ＨＬ显 厂ｌ一示 丽
图１ 智能水温控制器结构框图
将检测到的温度信息与设定值进行比较得到误差值， 单片机根据误差值的大小配合ＰＩＤ控制算法计算控制 量，进而控制执行单元改变温度值。如果检测值高于 设定值，则停止加热（必要时可考虑启动制冷系统）。 如果检测值低于设定值，则启动加热系统，提高温度， 达到控制温度的目的。
２ 智能水温控制器软件设计
２．１ 软件结构及工作流程 系统的软件结构主要由１个主程序和５个子程序
（水位检测子程序、键盘扫描及处理子程序、读温度子 程序、ＬＣＤ显示子程序、ＰＩＤ计算及控制子程序）组成。 流程图如图３所示。
图３ 主程序工作流程图 图４ ＰＩＤ算法工作流程图
工作流程：系统上电后，主程序先作系统初始化， 接着分别调用水位检测子程序、键盘扫描及处理子程 序、读温度子程序、ＰＩＤ计算（图４）及控制子程序和 ＬＣＤ显示子程序等操作，如此周而复始地循环工作。 ２．２数字ＰＩＤ控制算法
ＰＩＤ控制本质上是一个二阶线性控制器，通过调 整比例（Ｐ）、积分（Ｉ）和微分（Ｄ）三个参数，使得大多 数工业控制系统获得良好的闭环控制性能。其技术成 熟、易熟悉和掌握、不需要建立数学模型、控制效果好、 鲁棒性好等优点使其得到广泛应用。
ＰＩＤ控制器的理想计算公式为：
如）＝Ｋｐｅ㈤＋寺几㈤¨死警（１）
式中：ｕ（ｔ）为控制器的输出，ｅ（ｔ）为控制器的输入
ａｎｄ ＵＳｅＳ ＤＳｌ８８２０ ａｓ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ§ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｒｅｌａｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂ－ ｒａｉｎ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｔ｝ｌｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．
２００６．
收稿日期：２００９—１ｌ—ｌＯ 作者简介：章彩涛（１９８１一），男，助理讲师，从事实训教学和 电子产品开发以及电子设计大赛、机电一体化设备安装调试 大赛的指导工作。
（上接４９页）
Ⅱ（后）＝ｕ（ｋ一１）＋Ａｕ（ｋ）
（４）
其中，Ａ＝Ｋｐ（１．＋詈＋≥），Ｂ＝Ｋｐ（１＋等）＇ｃ＝
Ｋ丁死。
式（３），（４）是增量ＰＩＤ算法的计算公式，系统的
（常常是设定值与被控量之差，即ｅ（ｔ）＝ｒ（ｔ）一ｃ（ｔ））；
Ｋ、正、死分别为控制器的比例放大系数、积分时间常 数、微分时间常数。
设“（ｋ）为第ｋ次采样时刻控制器的输出值（采样
周期为丁），可得离散的ＰＩＤ计算公式：
个ｋ
Ｔ
ｕ（．｜｝）＝Ｋｐｅ（ｋ）＋寺磊ｅ（，）＋等［ｅ（矗）一ｅ（｜ｊ｝一１）］
＝Ｋｐｅ（ｋ）＋Ｋ；三ｅ（．『）＋Ｋｄ［ｅ（ｋ）一ｅ（ｋ一１）］（２） 式（２）为位置式ＰＩＤ控制算法，其当前采样时刻的 输出与过去的状态有关，计算时要对ｅ（ｋ）进行累加，运 算量大，因此实际应用中一般采用增量ＰＩＤ控制算法。 由式（２）可得：