基于PID算法的智能水温控制器的设计
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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
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公司的 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
与接口技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，
１９９９．
［３］徐峰，张嫣华．数字控制系统的ＰＩＤ算法研究［Ｊ］．机 床电器，２００８，（６）：８—１０．
［４］ 戈素贞．热水器水温自调整因子优化模糊控制［Ｊ］．自 动化技术与应用，２００５，（７）：ｌＯ—１３．
［５］ 刘金琨．先进ＰＩＤ控制及其ＭＡＴＬＡＢ仿真［Ｍ］．北京： 电子工业出版社，２００３．
（Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，５４５００７）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｃｅｎｔｒａｌ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ—ＡＴ８９Ｓ５２
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—
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．
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
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
相似文献(10条)
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
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
ｃ．系统保护电路：①低水位保护电路：当水位低于 加热管２ ｃｍ时，水位检测传感器检测到高电平信号送 给单片机，单片机发出相应控制信号（停止加热），同 时报警提示用户检查水位。②超温保护电路：当水温 超出最高设定温度５℃５分钟时，系统会无条件切断 加热电路，并发了报警信号； ．ｄ．键盘输入及显示电路：键盘输入电路，采用ｓ。、 Ｓ：、Ｓ，、Ｓ。四个独立按键，外接上拉电阻，分别作为功能 键（Ｆ）、增加键（＋）、减少键（一）、确定键（ＯＫ）使用。 显示器采用１６０２液晶显示器，具体电路原理如图２ 所示。
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。
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。
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。
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
基于以上考虑，本文从可靠性及控制效果方面综 合考虑，在硬件电路上采用性价比高的ＡＴ８９Ｓ５２单片 机作为控制器核心，配合集成温度传感器、键盘输入电 路、驱动输出电路和显示电路来构成智能水温控制器； 软件上，采用数字ＰＩＤ控制算法来实现对水温的控制。 此外，该控制器功能扩展空间大，可以扩展时钟、日历、 闹钟等常用功能，具有较好的实用价值。
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；
（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：
收稿日期：２０ｌｏ—ｏｌ一１２ 作者简介：雷声勇（１９７７一），男，硕士研究生，讲师。研究方 向工业自动化控制及嵌入式系统设计。
万方数据
基于PID算法的智能水温控制器的设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
雷声勇， LEI Sheng-yong 柳州铁道职业技术学院,545007
Ａｕ（ｋ）＝“（Ｊｊ｝）一ｚ‘（ｋ—１）＝Ｋ。Ａｅ（七）＋
Ｋ；ｅ（ｋ）＋瓦［Ａｅ（ｋ）一Ａｅ（ｋ一１）］＝
Leabharlann Baidu
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。
３ 结论
本文以时钟温度控制系统为例，简单介绍了Ｐｒｏ—
ｔｅｕｓ在单片机的软件开发与仿真中的应用，其功能强 大，集调试、制板、仿真于一体，提供了一种虚拟的直观 的硬件和软件设计环境，有利于节省系统设计时间和 设计成本。本文的创新点是在时钟温度控制系统的设 计中，利用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件极大地提高了工作效率，这对 于单片机应用系统、电子电路的开发和教学等都有较 大的实用价值。
热元件为１ ｋＷ电热管，设定温度在４０一６０℃范围内， 控制精度可达１℃以内，并且能准确的实现低水位保 护和超温保护，具有较好的实用价值。
参考文献： ［１］ 李华，孙晓民．ＭＣＳ一５１系列单片机接口技术［Ｍ］．
北京：北京航空航天大学出版社，１９９７． ［２］ 何立民．ＭＣＳ一５１系统单片机应用系统设计系统配置
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，
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
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
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公司的 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
与接口技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，
１９９９．
［３］徐峰，张嫣华．数字控制系统的ＰＩＤ算法研究［Ｊ］．机 床电器，２００８，（６）：８—１０．
［４］ 戈素贞．热水器水温自调整因子优化模糊控制［Ｊ］．自 动化技术与应用，２００５，（７）：ｌＯ—１３．
［５］ 刘金琨．先进ＰＩＤ控制及其ＭＡＴＬＡＢ仿真［Ｍ］．北京： 电子工业出版社，２００３．
（Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，５４５００７）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｃｅｎｔｒａｌ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ—ＡＴ８９Ｓ５２
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—
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．
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
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
相似文献(10条)
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
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
ｃ．系统保护电路：①低水位保护电路：当水位低于 加热管２ ｃｍ时，水位检测传感器检测到高电平信号送 给单片机，单片机发出相应控制信号（停止加热），同 时报警提示用户检查水位。②超温保护电路：当水温 超出最高设定温度５℃５分钟时，系统会无条件切断 加热电路，并发了报警信号； ．ｄ．键盘输入及显示电路：键盘输入电路，采用ｓ。、 Ｓ：、Ｓ，、Ｓ。四个独立按键，外接上拉电阻，分别作为功能 键（Ｆ）、增加键（＋）、减少键（一）、确定键（ＯＫ）使用。 显示器采用１６０２液晶显示器，具体电路原理如图２ 所示。
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。
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。
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。
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
基于以上考虑，本文从可靠性及控制效果方面综 合考虑，在硬件电路上采用性价比高的ＡＴ８９Ｓ５２单片 机作为控制器核心，配合集成温度传感器、键盘输入电 路、驱动输出电路和显示电路来构成智能水温控制器； 软件上，采用数字ＰＩＤ控制算法来实现对水温的控制。 此外，该控制器功能扩展空间大，可以扩展时钟、日历、 闹钟等常用功能，具有较好的实用价值。
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；
（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：
收稿日期：２０ｌｏ—ｏｌ一１２ 作者简介：雷声勇（１９７７一），男，硕士研究生，讲师。研究方 向工业自动化控制及嵌入式系统设计。
万方数据
基于PID算法的智能水温控制器的设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
雷声勇， LEI Sheng-yong 柳州铁道职业技术学院,545007
Ａｕ（ｋ）＝“（Ｊｊ｝）一ｚ‘（ｋ—１）＝Ｋ。Ａｅ（七）＋
Ｋ；ｅ（ｋ）＋瓦［Ａｅ（ｋ）一Ａｅ（ｋ一１）］＝
Leabharlann Baidu
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。
３ 结论
本文以时钟温度控制系统为例，简单介绍了Ｐｒｏ—
ｔｅｕｓ在单片机的软件开发与仿真中的应用，其功能强 大，集调试、制板、仿真于一体，提供了一种虚拟的直观 的硬件和软件设计环境，有利于节省系统设计时间和 设计成本。本文的创新点是在时钟温度控制系统的设 计中，利用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件极大地提高了工作效率，这对 于单片机应用系统、电子电路的开发和教学等都有较 大的实用价值。
热元件为１ ｋＷ电热管，设定温度在４０一６０℃范围内， 控制精度可达１℃以内，并且能准确的实现低水位保 护和超温保护，具有较好的实用价值。
参考文献： ［１］ 李华，孙晓民．ＭＣＳ一５１系列单片机接口技术［Ｍ］．
北京：北京航空航天大学出版社，１９９７． ［２］ 何立民．ＭＣＳ一５１系统单片机应用系统设计系统配置
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，
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