烤箱温度控制系统设计
基于模糊PID的工业烤箱温度控制系统设计
ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ Ｐ Ｉ Ｄ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ． Ｔｈ ｅ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ Ｐ Ｉ Ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗａ ｓ
ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ Ｐ Ｉ Ｄ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ ｌ ｌ ｅ ｒ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ ｏ ｖ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ
、 ， ０ １ ． ３ ３ ． Ｎｏ ． ３ Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
基 于模糊 Ｐ Ｉ Ｄ 的工业 烤箱温度 控制系统设计
王 立 红 ， 关云鹤 ， 吕 丽２
（ １ ． 辽宁 工业大 学 电气 工程学 院 。辽 宁 锦 州 １ ２ １ ０ ０ １ ；２ ． 锦卅ｌ 锦 开电器 集 团有限责 任 公司 ，辽 宁 锦州 １ ２ １ ０ １ ３ ）
摘
要 ：设计 了以 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９单片机为控制核心 ，采用模糊 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法 的工业烤箱温度控制 系统 。设计
了模糊 Ｐ Ｉ Ｄ 控制器 ，详 细阐述了系统的硬件 电路 。利用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ中的 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ平台进行仿真分析 ，采用模糊 Ｐ Ｉ Ｄ 控制器不仅可 以克服温度对象 的纯滞后 ，同时减小 了系统 的超调量 ，加快 了响应速度 ，取得 良好 的控制效 果。 关键词 ：工业烤箱 ；单 片机 ；模 糊 Ｐ Ｉ Ｄ 中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文 献标识码 ：Ａ 文 章编 号：１ ６ ７ ４ ． ３ ２ ６ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ ． ０ １ ５ ３ ． ０ ３
PID烤箱温度控制（温度专用的PID自动调整功能）设计实例详解.doc
PID 烤箱温度控制（温度专用的PID 自动调整功能）设计实例详解【控制要求】使用者对烤箱的温度环境特性不了解，控制的目标温度为80℃，利用PID 指令温度环境下专用的自动调整功能，实现烤箱温度的PID 控制。
利用DVP04PT-S 温度模块将烤箱的现在值温度测得后传给PLC 主机，DVP12SA 主机先使用温度自动调整参数功能（D204=K3）做初步调整，自动计算出最佳的PID 温度控制参数，调整完毕后，自动修改动作方向为已调整过的温度控制专用功能（D204=K4），并且使用该自动计算出的参数实现对烤箱温度的PID 控制。
使用该自动调整的参数进行PID 运算，其输出结果(D0)作为GP 指令的输入，GP 指令执行后Y0 输出可变宽度的脉冲（宽度由D0 决定）控制加热器装置，从而自动实现对烤箱温度的PID 控制。
【元件说明】【控制程序】【程序说明】该指令格式：S1-->目标值(SV)S2-->现在值(PV)S3-->参数(通常需自己进行调整和设置，参数的定义请参考本例最后的PID 参数表)D-->输出值(MV)(D 最好指定为停电保持的数据寄存器)PID 指令使用的控制环境很多，因此请适当地选取动作方向，本例中温度自动调整功能只适用于温度控制环境，切勿使用在速度、压力等控制环境中，以免造成不当的现象产生。
一般来说，由于控制环境不一样，PID 的控制参数（除温度控制环境下提供自动调整功能外）需靠经验和测试来调整，一般的PID 指令参数调整方法步骤1：首先将KI及KD值设为0，接着先后分别设设置KP为5、10、20 及40，别记录其SV 及PV 状态，其结果如下图所示：步骤2：观察上图后得知KP为40 时，其反应会有过冲现象，因此不选用；而KP为20 时，其PV 反应曲线接近SV 值且不会有过冲现象，但是由于启动过快，因此输出值MV瞬间值会很大，所以考虑暂不选用；接着KP为10 时，其PV 反应曲线接近SV 值并且是比较平滑接近，因此考虑使用此值；最后KP为 5 时，其反应过慢，因此也暂不考虑使用。
烤箱温度控制系统设计
烤箱温度控制系统设计烤箱温度控制系统是一种用于控制烤箱温度的设备。
它通过精确地调节电热元件的功率来实现温度的稳定控制，从而保证食物的烹饪效果。
本文将介绍烤箱温度控制系统的设计原理及其常见组成部分。
1.设计原理烤箱温度控制系统的设计原理基于控制理论。
其核心思想是通过检测烤箱内部温度和设定目标温度之间的偏差，并根据反馈信息调整电热元件的功率，使温度能够稳定在设定值附近。
控制系统通常采用闭环控制的方式。
闭环控制系统通过传感器实时监测烤箱内部温度，并将检测值与设定目标温度进行比较。
如果存在温度偏差，控制系统将根据偏差的大小和方向来调整电热元件的功率输出，从而减少偏差并稳定温度。
2.常见组成部分烤箱温度控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：(1)传感器：用于实时监测烤箱内部温度。
常见的传感器类型包括热电偶、热敏电阻和红外线温度传感器等。
这些传感器能够将温度转化为电信号，并传送给控制器。
(2)控制器：控制器是烤箱温度控制系统的核心部分，负责处理传感器传输的信号，并根据设定目标温度进行控制。
控制器通常采用微处理器或专用控制芯片，并通过算法来计算电热元件的功率调整量。
(3)电热元件：电热元件是控制系统中的执行器，负责将控制器输出的功率调整量转化为真实的电能输出。
常见的电热元件包括电热丝和电热管等。
电热元件的功率调整量与电能的输出强度成正比。
(4)电路板：电路板是控制系统中各个部件的连接和控制中心，通常集成在烤箱的控制面板中。
电路板上包含了各个部件的连接线路和电源供应等。
3.系统设计考虑因素在设计烤箱温度控制系统时，需要考虑以下几个因素：(1)温度范围：不同的食物烹饪需要不同的温度，因此控制系统需要能够满足广泛的温度范围。
通常烤箱的温度范围为50℃到250℃。
(2)系统精度：控制系统的精度直接影响到烹饪效果。
对于一些对温度要求较高的食物，如蛋糕和面包，控制系统的精度应达到±2℃以内。
(3)反应速度：烤箱温度的调整速度对于烹饪过程的控制非常重要。
基于PID算法的电烤箱控制系统
辽宁工业大学计算机控制技术课程设计（论文）题目：基于PID算法地烤箱温度控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化093学号： 090302084学生姓名：宋进帅指导教师：（签字）起止时间：2012.12.19—2012.12.28课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要随着社会地不断发展，人们改造自然地能力也在不断地提高.机器地诞生，为我们减少了部分或者全部地脑力劳动和体力劳动.电子技术地诞生更是带来了翻天覆地地变化.机电控制系统成为机械技术与微电子技术集成地共性关键技术.人们通过它可以使机械完全按照自己地意愿来执行.本设计采用单片机控制.单片机在日常生活中地运用越来越广泛.温度控制在工业生产中经常遇到.从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制.甚至在有些产品生产过程中温度地控制直接影响到产品地质量.单片机温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用.本文介绍了以AT89C51单片机为核心地电烤箱温度控制系统.电烤箱地温度控制系统有两个部分组成：硬件部分和软件部分.其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、转换器电路、以及键盘和显示电路.软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块地程序.文章最后对本设计进行了总结.对温度控制系统地发展提出了几点建议.关键词：AT89C51；温度传感器；单片机；目录摘要第1章绪论 (1)第2章烤箱温度控制地设计方案 (2)2.1概述 (2)2.2设计地要求 (2)2.3烤箱总体设计方案 (2)第3章烤箱温度控制系统各硬件地选择 (4)3.1控制器地选择 (4)3.2温度检测器地选用 (5)3.3A/D转换电路 (6)3.4输出通道设计 (7)3.5键盘电路设计 (8)3.6三位LED显示电路设计 (9)3.7报警电路设计 (9)第4章 PID控制系统设计 (11)4.1PID控制特点 (11)4.1.1比例（P）控制 (11)4.1.2积分（I）控制 (11)4.1.3微分（D）控制 (11)4.2PID烤箱温度控制系统流程图 (12)4.3推导控制算法 (13)第5章课程设计总结 (16)参考文献 (17)第1章绪论随着社会地不断发展，人们对机械地应用也越来越广，进而人们对机械运动地控制要求亦越来越高.机电控制实现了以电气来控制机械.单片机地出现使机电控制技术突飞猛进.单片机出现地历史并不长，但发展迅猛.自1975年美国德克斯仪器公司首次推出8位单片机TMS-1000后才开始快速发展.1976年9月，美国Intel公司首次推出MCS-48系列8位单片机以后，单片机发展进入了一个新地阶段.1983年Intel 公司推出地MCS-96系列、1987年Intel公司又推出地80C96等位16位单片机.近年来各个计算机生产厂家已进入更高性能地32位单片机研制、生产阶段.单片机发展之快、品种之多.其中最常用地主要有：AT89系列单片机、A VR单片机Motorola公司地M68HC08系列单片机以及PIC单片机.随着社会地发展，单片机地特点体现在体积小、可靠性高、使用方便等方面.根据温度控制地特点，本次设计采用AT89C51单片机为控制核心，采用数字PID控制算法.实现对电烤箱地温度地控制.通过本次设计进一步详细说明单片机控制系统在社会生活中地应用.为以后进一步应用单片机系统提供帮助.温度控制是工业生产过程中经常遇到地控制，有些工艺过程对其温度地控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想地温度控制系统是非常有价值地.根据温度变化快慢地特点，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱地温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心地温度控制系统.温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示.该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强地通用性.第2章烤箱温度控制地设计方案2.1 概述温度控制是工业生产过程中经常遇到地控制，有些工艺过程对其温度地控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想地温度控制系统是非常有价值地.根据温度变化快慢地特点，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱地温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心地温度控制系统.温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示.该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强地通用性.2.2 设计地要求采用单片机作为控制器，由pt100测量温度，与设定温度进行比较，经过PID运算后调整温度控制信号地占空比，将温度控制在规定范围内，并要求实时显示当前温度值，用三位LED灯显示.2.3 烤箱总体设计方案产品地工艺不同，控制温度地精度也不同，因而所采用地控制算法也不同.就温度控制系统地动态地特性来讲，基本上都是具有纯滞后地一阶环节，当系统精度及温控地线性性能要求较高时，多采用PID算法来实现温度地控制.本系统是一个典型地闭环控制系统.从技术指标可以看出，系统对控制精度地要求不高，对升降温过程地线性也没有要求，因此，系统采用最简单地通断控制方式，当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温地控制.电烤箱总体设计方案结构图，如图2.1所示.图2.1电烤箱总体设计方案结构图电烤箱温度控制实现过程是：首先温度传感器将加热炉地温度传回单片机，然后单片机将给定地温度值和反馈回来地温度值进行比较并且经过运算处理后，传给温度控制系统，判断加热器材输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热.即电烤箱温度控制得到实现，其中单片机地为加热炉控制系统地核心部分起着重要作用.第3章烤箱温度控制系统各硬件地选择3.1控制器地选择随着社会发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便地特点在社会生活中达到广泛应用.根据温度控制特点，本次设计采用AT89C51.AT89C51单片机是美国Intel公司地8位高档单片机地系列.也是目前应用最为广泛地一种单片机系列.图3.1 A T89C51实物图3.2 温度检测器地选用pt100是铂热电阻，它地阻值跟温度地变化成正比.PT100地阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它地阻值为100欧姆，在100℃时它地阻值约为138.5欧姆.它地工业原理：当PT100在0摄氏度地时候他地阻值为100欧姆，它地阻值会随着温度上升而成匀速增长地.由于PT100热电阻地温度与阻值变化关系，人们便利用它地这一特性，发明并生产了PT100热电阻温度传感器.它是集温度湿度采集于一体地智能传感器.温度地采集范围可以在-200℃～+200℃，湿度采集范围是0%～100%.图3.2 温度检测器实物图3.3 A/D转换电路ADC0809是一个典型地逐次逼近型8位A/D转换器.它由8路模拟开关、8位A/D转换器、三态输出锁存器及地址锁存译码器等组成.它允许8路模拟量分时输入，转换后地数字量输出是三态地（总线型输出），可以直接与单片机数据总线连接.ADC0809采用+5V电源供电，外接工作时钟.当典型工作时钟为500KHz时，转换时间约为128us.图3.3 AD转换器接口电路3.4 输出通道设计输出通道采用过零触发器，由光耦驱动电路组成.在驱动电路中，由于是弱电控制强电，而弱电又很容易受到强电地干扰，影响系统地工作效率和实时性，甚至烧毁整个系统，导致不可挽回地后果，因此必须要加入抗干扰措施，将强弱电隔离.光耦合器是靠光传送信号，切断了各部件之间地线地联系，从根本上对强弱电进行隔离，从而可以有效地抑制掉干扰信号.此外，光耦合器提供了较好地带宽，较低地输入失调漂移和增益温度系数.因此，能够较好地满足信号传输速度地要求，且光耦合器非常容易得到触发脉冲，具有可靠、体积小、等特点.所以在本系统设计中采用了带过零检测地光电隔离器MOC3061，用来驱动双向可控硅并隔离控制回路和主回路.MOC3061是一片把过零检测和光耦双向可控硅集成在一起地芯片.其输出端地额定电压是400V，最大重复浪涌电流为1.2A，最大电压上升率dv/dt为1000v/us，输入输出隔离电压为7500V，输入控制电流为15mA.图3.4 光耦驱动电路3.5 键盘电路设计如图3.1所示，16个按键排列成4行4列，4个行地引线分别同P1口地P1.4~P1.7相联接，4个列地引线通过一个上拉电阻分别联接到P1.0~P1.3口.3.6 三位LED 显示电路设计如图所示，采用P2口输出到CD4511和74LS138两块芯片上.其中CD4511连到P2口地0~3口；74LS138连到P2口地4~6口上. 74LS138为3-8译码器，用于控制8个共阴数码管地发光与熄灭.它地作用是将P2.4~P2.6三个口地输出轮流点亮共阴数码管，频率大于24帧，因此人眼看出来地是八个共阴管同时亮. CD4511将P2.0~P2.3口地数据译成共阴管地显示数据.图3.6 三位LED 显示电路结构图3.7 报警电路设计本设计采用峰鸣音报警电路.峰鸣音报警接口电路地设计只需购买市售地压电式蜂鸣器，然后通过AT89C52地1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声.压电式蜂鸣器b c dp 74LS138VCC约需10mA地驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动.在图中，P3.0接晶体管基极输入端.当P3.0输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P3.0输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声.图3.7 报警电路第4章 PID控制系统设计4.1 PID控制特点PID控制，实际中也有PI和PD控制.PID控制器就是根据系统地误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制地.4.1.1 比例（P）控制比例控制是一种最简单地控制方式.其控制器地输出与输入误差信号成比例关系.当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）.4.1.2 积分（I）控制在积分控制中，控制器地输出与输入误差信号地积分成正比关系.对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差地或简称有差系统（System with Steady-state Error）.为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”.积分项对误差取决于时间地积分，随着时间地增加，积分项会增大.这样，即便误差很小，积分项也会随着时间地增加而加大，它推动控制器地输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零.因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差.4.1.3 微分（D）控制在微分控制中，控制器地输出与输入误差信号地微分（即误差地变化率）成正比关系.自动控制系统在克服误差地调节过程中可能会出现振荡甚至失稳.其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差地作用，其变化总是落后于误差地变化.解决地办法是使抑制误差地作用地变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差地作用就应该是零.这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够地，比例项地作用仅是放大误差地幅值，而目前需要增加地是“微分项”，它能预测误差变化地趋势.4.2 PID烤箱温度控制系统流程图图4.1烤箱温度控制程序流程图4.3 推导控制算法图4.2 模拟PID 控制图1、PID 控制规律地离散化PID 控制器是一种线性调节器，这种调节器是将系统地给定值r 与实际输出值y 构成地控制偏差y r c -=地比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），通过线性组合构成控制量，所以简称PID 控制器. 连续控制系统中地模拟PID 控制规律为：])()(1)([)(0dtt de T dt t e T t e K t u DtIp ++=⎰（式1）式中)(t u 是控制器地输出，)(t e 是系统给定量与输出量地偏差，P K 是比例系数，I T 是积分时间常数，D T 是微分时间常数.其相应传递函数为：)11()(s T s T K s G D I p ++= （式2）比例调节器、积分调节器和微分调节器地作用：（1）比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应地，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差地方向变化，控制作用地强弱取决于比例系数P K .比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值地控制对象存在静差.加大比例系数P K 可以减小静差，但是，P K 过大时，会使系统地动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定.（2）比例积分调节器：为了消除在比例调节中地残余静差，可在比例调节地基础上加入积分调节.积分调节具有累积成分，只要偏差e 不为零，它将通过累积作用影响控制量u ，从而减小偏差，直到偏差为零.如果积分时间常数I T 大，积分作用弱，反之为强.增大I T 将减慢消除静差地过程，但可减小超调，提高稳定性.引入积分词节地代价是降低系统地快速性.（3）比例积分微分调节器：为了加快控制过程，有必要在偏差出现或变化地瞬间，按偏差变化地趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节地原理.微分作用地加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定. 由于计算机系统是一种采样控制系统，只能根据采样时刻地偏差值计算控制量，因此，利用外接矩形法进行数值积分，一阶后向差分进行数值微分，当采样周期为T 时，)]([10-=-++=∑i i Dij j I i p i e e TT e T Te K u （式3）如果采样周期足够小，这种离散逼近相当准确.上式中i u 为全量输出，它对应于被控对象地执行机构第i 次采样时刻应达到地位置，因此，上式称为PID 位置型控制算式. 可以看出，按上式计算i u 时，输出值与过去所有状态有关.当执行机构需要地不是控制量地绝对数值，而是其增量时，可导出下面地公式：)]2([2111----+-++-=-=∆i i i D i I i i p i i i e e e TT e T Te e K u u u （式4）或)]2([2111----+-++-+=i i i D i I i i p i i e e e TT e T Te e K u u （式5）式4称为增量型PID 控制算式；式5称为递推型PID 控制算式； 增量型控制算式具有以下优点：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置地变化部分，因而误动作影响小；(2)在i 时刻地输出i u ，只需用到此时刻地偏差，以及前一时刻，前两时刻地偏差1-i e 、2-i e ，和前一次地输出值1-i u ，这大大节约了内存和计算时间； (3)在进行手动—自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡； 控制过程地计算机要求有很强地实时性，用微型计算机作为数字控制器时，由于字长和运算速度地限制，必须采用必要地方法来加快计算速度.下面介绍简化算式地方法.按照式5表示地递推型PID 算式，计算机每输出一次i u ，要作四次加法，两次减法，四次乘法和两次除法.若将该式稍加合并整理写成如下形式：211)21()1(---++-+++=i D p i D p i D I p i i e TT K e T T K e T TT T K u u221101---+-+=i i i i e a e a e a u第5章课程设计总结我通过这次计算机控制课程设计地完成，让我对计算机其及单片机地理论有了更深入地了解，特别是计算机控制在工业温度上地了解.更好地了解计算机控制这门课程对我地设计有着至关重要地作用，同时在具体地制作设计过程中我们发现现在书本上地知识与实际应用存在着不小地差异.本论文设可以控制加热炉地温度，能够在一定条件下显示温度，并且稳定.此设计具有硬件少，结构简单，性能稳定可靠，成本低等特点.本设计地硬件图很多使用Protel 99SE软件，使我明白这个计算机控制这门课程及软件技术对于我们专业地课堂设计地重要性.好好地学习并利用我们所学地知识，综合运用各科知识，在这次地设计中扮演重要地角色.总之这次课程设计让我把理论设计和实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合地方面全面地培养学生地全面素质.这些在我今后地学习和工作当中都会有所帮助.参考文献[1] 微型计算机控制技术，于海生主编，（全国普通高校优秀教材）北京，清华大学出版社，2009年；[2] 计算机控制技术，张波主编，(21世纪高等学校规划教材) 北京，中国电力出版社 2010年；[3] 计算机控制技术（第二版），薛弘晔主编，西安电子科技大学出版社；[4] 计算机控制技术，范立南主编，北京，机械工业出版社 2004；[5] MTALAB原理与应用[M] 胡乾斌，李光斌，李玲主编，华中科技大学出版社，2002；[6] 过程控制潘立登主编，北京机械工业出版社, 2008；[7] MTALAB设计实例[M] 楼然苗，李光飞主编，北京航空航天大学出版社，2003．[8]单片微机原理与应用[M]．朱定华，戴汝平主编，清华大学出版社，2003；[9] 计算机控制技术，汤楠、穆向阳主编，西安电子科技大学出版社，2003；[10] 计算机控制技术，李明学主编，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，2008；。
烤箱自动控制论文
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于PLC的温度控制系统设计学生姓名：孟凡强学号：0605106317专业：自动化班级：自06-3班指导教师：贾玉瑛基于PLC的温度控制系统设计摘要温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。
加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。
一般来说,单片机在数据采集、数据处理等方面占据优势,其通用性和适应性较强。
然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂, 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处, 而PLC在这方面却是公认的最佳选择。
加热炉温度是一个大惯性系统，一般采用PID 调节进行控制。
随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能, 因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。
本设计是用电烤箱来模拟加热炉，利用西门子S7-200 PLC控制电烤箱温度的控制系统。
首先介绍了温度控制系统的工作原理和系统的组成，然后介绍了西门子S7-200 PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。
关键词：西门子S7-200 PLC、EM235、PID、温度传感器、固态继电器PLC-based temperature control system designAbstractTemperature control system has been widely used in the industry controlled field, as the temperature control system of boilers and welding machines in steel works、chemical plant、heat-engine plant etc. Heating-stove temperature control has also been applied wildly in all kinds of fields. In general, the MCU takes advantage of their strong versatility and adaptability in data collection, data processing and so on. Yet the hardware and software design of DDC system controlled by MCU is somewhat complicated, it’s not an advantage especially related to logic control, however it is accepted as the best choice when mentioned to PLC.The furnace temperature of heating-stove is a large inertia system, so generally using PID adjusting to control. With the expanding of PLC function, the control function in many PLC controllers has been expanded. Therefore it is more reasonable to apply PLC controlling in the applicable fields where logical control and PID control blend together. The design is to come to simulate Heating-stove, using Siemens S7-200 PLC to control the electric oven temperature control system. In the first place this paper presents the working principles of the temperature control system and the elements of this system. Then it introduces Siemens S7-200 PLC and the specific design procedures of the hardware and the software.Key words：Siemens S7-200 PLC、EM235、PID、temperature pickup、solid state relay目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 系统设计背景 (1)1.2 系统工作原理 (1)1.3 技术综述 (2)第二章系统设计 (3)2.1 闭环控制系统特点 (3)2.2 PID控制原理 (3)2.2.1 PID控制器基本概念 (3)2.2.2 PID控制器的参数整定 (4)2.3 S7-200 PLC在PID闭环控制系统中的应用 (6)2.3.1 PLC实现PID控制的方式 (7)2.3.2 PLC的PID控制器的实现 (7)2.3.3 PID指令及其回路表 (10)2.4 系统组成 (11)第三章硬件设计 (12)3.1 PLC基本概述 (12)3.2 PLC的组成及功能 (13)3.3 PLC的工作方式与运行框图 (16)3.4 PLC的工作过程 (18)3.5 S7-200 PLC简介 (19)3.5.1 S7-200 PLC组成原理及技术指标 (19)3.5.2 CPU224及EM235 (20)3.5.3 S7-200网络 (21)3.6 固态继电器 (22)3.7 温度传感器 (27)第四章软件设计 (29)4.1 S7-200 CPU的PID控制 (29)4.1.1 PID算法在S7-200中的实现 (29)4.1.2 PID控制器的调试 (30)4.2 PID Wizard - PID 向导 (31)4.3 系统程序流程图 (40)4.4 变量分配表 (41)4.5 温控曲线 (41)结束语 (44)参考文献 (45)附录 (46)致谢 (49)第一章绪论1.1系统设计背景近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。
烤箱控制器的烤箱温度
烤箱控制器的烤箱温度烤箱作为现代家庭必备的厨房电器之一，广泛应用于烘焙、烤制食物等各种烹饪过程中。
在烤箱的正常运行过程中，烤箱温度的控制是非常关键的一环。
而烤箱控制器作为管理和调节烤箱温度的核心组件，起着至关重要的作用。
一、烤箱控制器的基本原理烤箱控制器通常由温度传感器、控制芯片和触摸屏/按钮等组成。
温度传感器负责测量烤箱内部的温度情况，将数据传输给控制芯片。
控制芯片根据设定的温度值与实际测得的温度值进行比对，并根据差异来调节烤箱的加热功率，以维持温度在所设定的范围内。
二、烤箱温度的控制方法常见的烤箱控制方法主要包括PID控制和开关控制两种。
1. PID控制PID控制（比例、积分、微分控制）是一种通过调节比例、积分和微分三个参数来实现温度控制的方法。
比例参数用于调节温度的误差大小，积分参数用于消除温度误差的持续性，微分参数用于快速调节温度变化的幅度。
通过不断调整PID控制器的三个参数，可以使烤箱温度更加精准地达到设定值，从而提高烤制过程的稳定性和一致性。
2. 开关控制开关控制是一种通过控制加热源的开关状态来实现温度控制的方法。
当温度低于设定值时，控制器会将加热源打开；当温度达到设定值时，控制器会将加热源关闭。
通过不断地开关加热源，可以使烤箱温度在设定值上下波动，以实现温度的控制。
三、烤箱控制器的温度调节范围烤箱控制器的温度调节范围通常根据烤箱的设计和使用需求而定。
一般来说，烤箱控制器可以调节的温度范围在50℃至250℃之间，但也有些高端产品可以达到更广泛的温度范围，如0℃至300℃。
四、烤箱控制器的温度精度烤箱控制器的温度精度对于烤箱的使用效果和食品烤制的质量都有着重要影响。
一般来说，烤箱控制器的温度精度在±5℃左右，但一些高端产品可以达到更高的精度，如±1℃。
五、烤箱控制器的故障排查与维修烤箱控制器在长时间使用过程中可能会出现一些故障，如温度传感器的异常、控制芯片的损坏等。
烤箱温度控制系统的模糊PID控制
和 ＤＥ的论域范围均为［６ ６ ， － ， 】Ｕ的论域范围为［３ ３ 。每个语 一 ，】
言 变 量 都 取 ５个 语 言 值 ：正 大 （ Ｂ） 、正 小 （ Ｓ） 、零 （ Ｒ） 、 “ Ｐ ”“ Ｐ ” “ Ｚ ”
“ 负小 （ Ｓ ” “ 大 （ Ｂ）。 Ｎ ） 、负 Ｎ ” 由计 算 机实 现 模 糊 控 制 算 法 ，每 次 采 样 得 到 的被 控 量 经 计 算 机 计 算 ， 到 模 糊 控 制 器 的输 入 变 量 误 差 及 误 差 变化 。 整个 得 对
ｎ ｍ／ ｅ ｕ ｄ ｎ＝ １（ ０ ＋１： ／３ ｓ ）
由 于 本 设 计 中 假 设 的 条 件 时 烤 箱 外 的温 度 ０ 为 定 值 ， 实 。 而 际 生产 过 程 中这 个 温 度 往 往 是 一 不 定 值 ，因 此 必 须 借 助 于 程 序 来 控制 。 么 当外 界 温 度 变 化 时 就 很 容易 求 出这 两 个 传 递 函 数 。 那
２ 模 糊 控 制 器 的 设 计 取 系统 输 出 误 差 ｅ和误 差 变 化 量 ｄ ｅ作 为 模 糊 控 制 器 的 输 入， 模糊 控制 器 的输 出 ｕ作 为 被 控 对 象 的 控 制输 入 。 可 根 据 系 则 统 输 出 的误 差 和 误 差 变化 设 计 出模 糊 控 制 器 Ｆ 并 根 据 一 系 列 Ｃ， 的模 糊 推 理 过 程 导 出最 终 的输 出控 制 量 ｕ 其 中 ， 差 ｅ和 误 差 。 误 变化量 ｄ ｅ以 及输 出所 对 应 的模 糊 语 言 变 量分 别 为 Ｅ ＤＥ Ｕ。Ｅ 、 、
ｋ ＝１ ０；２＝０．： ｌ ０ ｋ １ ｒ ａ＝００１ ｒ ＝ ｒ＝０． ；ｍ ３； ｆ １： ｃ ５０ ０；ｍ ＝１ ： ａ＝ ０ ｃ Ｏ
恒温控制系统设计任务书
课程设计任务书
专业年级班
一、设计题目
恒温控制系统设计
二、主要内容
设计基于DS18B20的数字式烤箱温度控制系统，控制电路主要包括，led显示电路、按键电路、温度检测电路及控制电路。
控制程序主要包括主程序、读出温度子程序、按键子程序、显示子程序、PID控制子程序等。
要求能检测、显示烤箱温度，并控制烤箱温度为一恒定值。
三、具体要求
1．对烤箱温度进行检测及控制。
温度显示范围：0゜C~+99゜C，精度误差在1゜C以内。
2．控制系统稳态误差控制在5％以内。
3．恒温值可设置，并可随时修改。
4．LED数码管直读显示实测温度，设置温度（用键控制设定温度）。
5．温度超出上、下限值（设定值的正负50％）时，报警。
6．启/停键用以启动和停止加热，上电复位后，不论启动还是停止状态，人机界面显示烤箱内温度值，同时也要求显示界面区分停止和运行状态。
四、进度安排
五、完成后应上交的材料
1．课程设计报告。
2．程序清单（电子版）
六、总评成绩
指导教师签名日期年月日
系主任审核日期年月日。
烤箱温控方法的应用
烤箱温控方法的应用烤箱温控是指通过控制烤箱内的温度，实现对烘烤、烤制食品的精确控制。
在现代厨房中，烤箱温控方法的应用越来越广泛，不仅可以用于烤制各种蛋糕、面包等糕点类食品，还可以用于煎炸、烧烤、烤肉等各种烹饪方式。
本文将重点介绍几种常见的烤箱温控方法及其应用。
一、烤箱内置温控系统烤箱内置温控系统是一种基于传感器探测烤箱内温度，并通过控制烤箱加热元件实现温度调节的方法。
这种温控方法常见于家庭使用的电烤箱中。
该系统一般由温度传感器、温度控制器和加热元件组成。
温度传感器通常采用热敏电阻或热电偶，它能够感知烤箱内的温度，并将所得温度数据传输给温度控制器。
温度控制器根据传感器获取的温度数据与设定的目标温度进行比较，然后控制加热元件的工作状态，以使烤箱内的温度保持在设定的范围内。
这种温控方法可以非常精确地控制烤箱的温度，使得烘烤食品更加均匀、口感更好。
在烤制蛋糕、面包等糕点类食品时，烤箱内置温控系统可以保证食品的成熟度和色泽。
在烤肉、烧烤等烹饪方式中，可以根据不同食材的特点和口感要求，精确调控烤箱的温度，达到所需的熟度。
二、烤箱外置温控系统烤箱外置温控系统是一种将温度传感器和控制器分离安装于烤箱内外的方法。
它通过温度传感器探测烤箱内的温度，并将所得温度数据传输给控制器，由控制器进行温度调节。
这种温控方法相对于烤箱内置温控系统有一定的优势。
首先，烤箱外置温控系统可以避免温度传感器直接暴露在高温环境下，从而提高传感器的稳定性和寿命。
其次，由于温度控制器位于烤箱外侧，方便用户实时监测和调节烤箱的温度，提高了控制的灵活性和便利性。
烤箱外置温控系统在商业厨房中得到了广泛应用。
例如，在烘烤面包、蛋糕等糕点类食品时，面包师傅可以根据所需的成熟度和色泽，实时监测和调节烤箱的温度，以确保食品品质的稳定性和可控性。
三、PID控制技术PID控制技术是一种常见的烤箱温控方法，适用于各类烤箱，无论是家用电烤箱还是商业烤炉。
PID控制技术是一种经典的比例、积分、微分控制方法，通过对温度误差进行比例、积分、微分计算，得出控制输出，并根据控制输出调节加热元件的工作状态，以实现烤箱温度的精确控制。
烤箱温控原理
烤箱温控原理烤箱温控原理是指烤箱在使用过程中如何通过温度控制系统来实现对烤箱内部温度的精确控制。
烤箱温控原理的核心是温度传感器、控制器和加热元件的协调工作，通过不断监测和调节烤箱内部温度，确保食物能够在合适的温度下均匀受热，达到理想的烹饪效果。
首先，温度传感器是烤箱温控的关键组成部分。
温度传感器通常安装在烤箱内部，可以实时感知烤箱内部的温度变化。
当烤箱温度达到设定值时，温度传感器会向控制器发送信号，控制器根据接收到的信号来判断烤箱内部的温度是否达到设定值，如果温度过高或者过低，控制器会通过调节加热元件的工作状态来实现温度的调节。
其次，控制器是烤箱温控的智能核心。
控制器可以根据温度传感器的反馈信号，精确地控制加热元件的工作状态，从而实现对烤箱内部温度的精准调节。
控制器通常采用微处理器或者单片机来实现温度控制算法，通过对加热元件的工作状态进行精细调节，确保烤箱内部温度能够稳定在设定值附近，从而保证食物能够得到均匀的加热。
最后，加热元件是烤箱温控的执行部分。
加热元件通常采用电热丝或者发热管来实现对烤箱内部空气的加热，通过加热元件的工作状态来调节烤箱内部温度。
当控制器判断烤箱内部温度过低时，会通过控制加热元件的通电时间和功率来增加烤箱内部温度；当控制器判断烤箱内部温度过高时，会通过控制加热元件的通电时间和功率来减少烤箱内部温度。
通过不断调节加热元件的工作状态，烤箱温控系统能够实现对烤箱内部温度的精确控制。
总的来说，烤箱温控原理是通过温度传感器、控制器和加热元件的协调工作，实现对烤箱内部温度的精确控制。
温度传感器负责感知烤箱内部的温度变化，控制器负责根据温度传感器的反馈信号来调节加热元件的工作状态，而加热元件则负责实际的温度调节。
通过这样的工作原理，烤箱能够在烹饪过程中保持稳定的温度，确保食物能够得到均匀的加热，从而达到理想的烹饪效果。
烤箱连续温度控制系统
目录烤箱连续温度控制系统 (1)1设计概述 (1)1.1任务分析 (1)1.2整体方案 (2)2.1系统硬件设计 (3)2.1.1 8155接口电路 (3)2.1.2 A/D转换电路 (4)2.1.3温度检测 (5)2.1.4电阻炉 (5)2.1.5电力电子装置 (6)2.2系统软件设计 (7)2.2.1 主程序 (8)2.2.2 T0中断服务程序 (8)3控制过程说明 (9)3.1环节分析 (9)3.2调节规律 (9)3.3干扰分析 (11)3.4 PID控制MATLAB仿真及参数整定 (11)参考文献 (14)烤箱连续温度控制系统摘要自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着电力电子和单片机技术的飞速发展，通过芯片对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
随着国民经济的发展，人们需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。
采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。
传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。
温度是工业对象中的一个重要的被控参数。
然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。
因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。
传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求。
近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。
这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。
本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在400～1000℃。
静态控制精度可以达到2.43℃。
本设计主要有四部分组成：（1）单片机控制器设计；（2）电力电子控制装置；（3）温度检测变送部分1设计概述1.1任务分析电烤箱是一种应用广泛的食品加工设备.电烤箱本身是个热容系统,具有大纯滞后和大惯性;由于家用烤箱的外壳很薄,封闭性不好,与环境温差越大散热越快,具有非线性;同时对象的参数还受箱内食品种类和数量的影响。
(毕业论文)基于单片机的电烤箱温度控制设计
本科毕业论文开题报告
拟定论文题目: 基于单片机的电烤箱温度控制设计
学院：物理与电子工程学院
专业：物理学
班级：
学号：
学生姓名：
凯里学院教务处制
2013年9月9 日填写
填表须知
一、本表从凯里学院教务处下载专区下载，不得随意改变表格结构。
二、开题人应逐项认真填写，各部分如不够填写，可自行加页。
三、文字输入部分，一律五号字、宋体、单倍行间距编排。
四、本表以A4纸单面打印，于左侧装订成册。
五、本表一式三份，学生自存一份，教学单位存档一份，教务处存档一份。
凯里学院本科毕业论文开题报告表
1说明： 1.论文题目类型：A—理论研究；B—应用研究；C—设计等；
2.论文题目来源：指来源于科研项目、生产/社会实际、教师选题或其他（学生自拟）等；
3.各项栏目空格不够，可自行扩大。
电烤箱温度控制计算机控制系统设计
计算机控制系统课程设计说明书电烤箱温度控制系统设计DESIGN OF ELECTRIC OVEN TEMPERATURE CONTROL SYSTEM 学生姓名周泽民学院名称信电工程学院学号20120501153班级12 电气 1专业名称电气工程及其自动化指导教师曹言敬2015 年7 月10 日摘要本次温度控制系统设计整体而言完全可以实现对电烤箱温度闭环恒定控制。
但是不当之处在所难免。
当热电阻检测出当前电烤箱所处温度时，不能和预置温度一起以数字形式很直观的对比显示出来。
及操作者无法同时看到电烤箱当前所处温度和预置温度。
鉴于此种情况，应再外接一个数码显示器以软件程序来实现，将电烤箱当前所处温度和预置温度同时显示出来；在实际使用过程中，由于电烤箱加热时有一定得温度缓冲，即当电烤箱断电时，加热并不是立即停止，而是过一段时间后温度才慢慢停下来以致开始下降。
这样就使得我们控制很不准确，会出现严重超温或者低温现象。
鉴于此种情况，我们应在电烤箱温度接近我们要求的温度时，由连续加热或连续降温改为断续加热或断续降温。
关键词单片机；温度；电烤箱；控制目录1 绪论 .................................................................... (1)1.1 技术指标 ............................................................. (1)1.2 控制方案 .................................................................... (1)1.2.1 控制系统的建模 ...................................................... (1)1.2.2 PLC 系统 ....................................................... (2)1.2.3 单片机系统 ....................................................... (3)1.2.4 选择最优方案 ....................................................... (4)2 硬件部分设计 .................................................................... (5)2.1 C51 单片机简介 .................................................................... (5)2.1.1 中央处理器CPU ...................................................... (5)2.1.3 AT89C51 单片机引脚功能 ...................................................... (6)2.1.4AT89C51单片机时钟电路及时序 (8)2.1.5 AT89C51单片机复位电路 ....................................................... (9)2.2 温度检测电路设计 ............................................................ (10)2.2.1 温度传感器 ...................................................... (10)2.2.2 变送器 ....................................................... (10)2.2.3 A/D 转换 ....................................................... (10)温度控制电路设计 ............................................................2.5 数码管显示电路设计 ............................................................ (16)3 控制程序设计 .................................................................... (19)3.1 工作流程 ............................................................. (19)3.2 功能模块 ............................................................. (19)3.3 资源分配模块 ............................................................. (19)3.4 软件功能设计 ............................................................. (19)3.4.1 键盘管理 ....................................................... (19)3.4.2 显示管理 ....................................................... (20)3.4.3 温度检测模块 .................................................................... (22)3.4.4 温度控制模块 ....................................................... (23)3.4.6 主程序模块 ....................................................... (23)3.5基于 SIMULINK 的 PID 仿真 (24)结论................................................................ (26)II徐州工程学院课程设计说明书致谢 (27)参考文献 (28)附录 (29)附录 1 (29)附录 2 (30)徐州工程学院课程设计说明书1绪论1.1 技术指标温度控制是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
烤箱温度控制原理
烤箱温度控制原理
烤箱温度控制是通过感知和调节烤箱内部温度来实现的。
以下是烤箱温度控制的基本原理：
1. 温度感知：烤箱内部安装有温度传感器，通常是热电阻或热敏电阻。
该传感器会感知烤箱内部的温度，并将信号传输到控制系统中。
2. 控制系统：烤箱内部设有一个控制系统，通常是一个微处理器。
该控制系统接收传感器传来的信号，并与设定温度进行比较。
3. 温度设定：用户可以通过烤箱上的按钮或旋钮来设定所需的烤箱温度。
控制系统将该设定温度与传感器感知到的温度进行比较。
4. 温度调节：如果传感器感知到的温度低于设定温度，控制系统会启动加热元件以升高烤箱温度。
如果传感器感知到的温度高于设定温度，控制系统会停止加热元件或启动冷却元件以降低烤箱温度。
5. 反馈控制：控制系统会不断监测烤箱内部温度，并根据感知到的温度与设定温度之间的差异来调整加热或冷却。
6. 温度稳定：通过不断的反馈控制，控制系统可以维持烤箱内部温度接近设定温度。
一旦达到设定温度，控制系统会自动停止加热或冷却，以保持温度稳定。
总结起来，烤箱温度控制通过感知烤箱内部温度并与设定温度进行比较，然后根据差异来调节加热或冷却元件，以实现烤箱温度稳定控制。
电烤箱温度控制系统
电烤箱温度控制系统引言电烤箱温度控制系统是一个重要的家用电器设备，用于控制电烤箱内部温度的稳定性，确保食物能够得到适当的烹饪。
本文将介绍电烤箱温度控制系统的工作原理、组成部分以及优势。
工作原理电烤箱温度控制系统的工作原理是通过感知烤箱内部的温度，并根据设定的目标温度进行控制。
当温度达到设定的目标温度时，系统将自动调整加热元件的功率，以保持温度的稳定性。
系统利用控制算法和传感器来实现温度的控制，并通过显示屏等界面提供给用户相关的信息。
组成部分1. 温度传感器温度传感器是电烤箱温度控制系统中的重要组成部分。
它能够感知烤箱内部的温度并将其转化为电信号。
常见的温度传感器包括热电阻和热敏电阻等。
2. 控制算法控制算法是电烤箱温度控制系统的核心部分。
它根据温度传感器获取到的温度信号和用户设置的目标温度，计算出控制系统应该调整加热元件的功率。
常见的控制算法包括PID控制算法等。
3. 加热元件加热元件是电烤箱温度控制系统中用来增加烤箱内部温度的部件。
常见的加热元件包括发热丝和发热管等。
控制系统通过调整加热元件的功率来控制烤箱内部的温度。
4. 显示屏显示屏是电烤箱温度控制系统中用来显示当前温度和设定目标温度的部件。
它为用户提供了直观的界面，方便用户对温度进行监控和调整。
优势电烤箱温度控制系统具有以下优势：1. 温度稳定性电烤箱温度控制系统能够实时感知温度并根据需要进行调整，确保烤箱内部的温度保持稳定。
这样可以保证食物在烹饪过程中得到均匀的加热，避免出现过熟或生熟不一致的情况。
2. 节能环保通过精确的温度控制，电烤箱温度控制系统能够在烹饪过程中最大限度地减少能量的浪费。
这有助于节能减排，降低用户的能源消耗。
3. 使用便捷电烤箱温度控制系统通常配备有直观的界面和操作按钮，用户可以轻松地设置目标温度和监控当前温度。
这样简化了操作步骤，提高了用户的使用便捷性。
4. 多功能性电烤箱温度控制系统通常还具备一些其他的功能，例如预设烹饪模式、计时器功能和自动关机功能等。
烤箱温度控制系统设计
目录1 概述 .............................................................................................................................................. 22 设计任务与要求 .......................................................................................................................... 32.1 主要内容 .......................................................................................................................... 32.2 学生应完成任务............................................................................................................... 33 设计方案 ...................................................................................................................................... 43.1 系统整体框图................................................................................................................... 43.2按键模块........................................................................................................................... 53.3 温度检测模块................................................................................................................... 53.4 LED显示模块 ................................................................................................................... 63.5 声光报警模块................................................................................................................... 63.6 时钟电路模块................................................................................................................... 73.7 AD574模数转换模块 ....................................................................................................... 84 程序流程图 .................................................................................................................................. 94.1 烤箱温度控制系统主程序及初始化流程图................................................................... 94.2控制算法流程图............................................................................................................. 104.3警报判断子程序及标度变换子程序流程图................................................................. 114.4 中断行成PWM波流程图................................................................................................. 124.5 按键延时去抖动子程序流程图..................................................................................... 134.6 按键功能处理子程序流程图......................................................................................... 144.7 设定目标温度子程序..................................................................................................... 154.8 设定上限值子程序流程图............................................................................................. 164.9 设定下限值子程序流程图............................................................................................. 174.10 显示处理程序流程图................................................................................................... 184.11 均值滤波子程序流程图及A/D转化流程图............................................................... 19 5系统硬件电路的连接与调试..................................................................................................... 205.1 电路连接 ........................................................................................................................ 205.2 程序调试 ........................................................................................................................ 205.3 电路调试 ........................................................................................................................ 205.4 重复调试程序................................................................................................................. 206 性能检测及分析 ........................................................................................................................ 21 7小组分工 .................................................................................................................................... 22 8总结与体会 ................................................................................................................................ 228.1小组小结......................................................................................................................... 228.2组员心得体会................................................................................................................. 229程序附表 .................................................................................................................................... 22 10参考文献 .................................................................................................................................. 421 概述二十一世纪是科技高速发展的信息时代，二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测需要对各种参数进行温度测量。
电烤箱温度控制系统
电烤箱的炉温控制系统设计作者姓名：作者学号：指导教师：学院名称：专业名称：摘要PID控制用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可。
在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。
由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。
PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。
现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准单回路温度控制系统主要由计算机，采样板卡，控制箱，加热炉体组成。
是由计算机完成温度采样，控制算法，输出控制，监控画面等主要功能。
控制箱装有温度显示与变送仪表，控制执行机构，控制量显示，手控电路等。
加热炉体由烤箱改装，较为美观适合实验室应用。
计算机控制系统一般由控制计算机、A/D与D/A接口、执行机构、被控对象、检测元件和变送器组成。
本实验控制系统主要由计算机、电烤箱、智能控制仪表、固态继电器、通讯模块、电压数显表等构成，其中智能控制仪表、固态继电器、通讯模块、电压数显表安装于控制箱上。
本设计通过调节PID参数来实现炉温系统的控制。
关键词：单回路温度控制系统，PID控制，加热炉体，智能控制仪表，温度变送器，热电阻，可控硅目录摘要........................................................................................................ 错误!未定义书签。
第1章课程设计目的与任务.................................................................. 错误!未定义书签。
课程设计目的...................................................................................... 错误!未定义书签。
烘烤箱温度测控系统设计-开题报告
第一阶段：经典控制技术阶段。时间为 20 世纪 40-60 年代，称之为“经典控制理 论”时期。经典控制理论现在已经是一门比较成熟的控制理论，主要采用传递函数、 频率特性、根轨迹为基础的频率分析方法解决单输入单输出问题。经典控制技术能够 较好地解决生产过程中的单输入单输出问题，主要用于线性定常系统，是目前工业过 程控制领域中占统治地位的一种控制理论。
自 18 世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。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有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温
度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件，如冶金工业的加热炉、电力工业的锅炉、
传统的加热炉，加热时间长，温度在上升的过程中容易出现超调。但是在实际加 工中，一些工艺流程往往不容许出现温度超调。同时，传统加热炉没有采用温度控制 算法，只是通过对温度上下限的检测，对电热丝的通断电进行控制，不能做到对温度 的精确控制，对于较为精细的加工过程无能为力。另一方面，控制界面多采用 DOS 操 作系统，缺乏良好的人机界面，给温度的检测和控制带来了不便。
第三阶段：智能控制技术阶段。时间为 20 世纪 70 年代末至今，为“智能控制理 论”阶段。70 年代末，控制理论向着“大系统理论”和“智能控制”方向发展，前者 是控制理论在广度上的开拓，用控制和信息的观点，研究各大系统的结构方案、总体 设计中的分解方法和协调等问题的技术基础理论。后者是控制理论在深度上的挖掘， 研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律研制具有某些仿人智能的工 程控制与信息处理系统。
基于单片机的电烤箱温度控制设计
基于单片机的电烤箱温度控制设计摘要：近年来，因为人们使用电烤火箱不当发生火灾的事例经常发生，本设计为了减少使用电烤火箱时火灾的发生，利用片机的控制功能来设计一种智能的烤火箱系统，保证使用安全又达到节能的作用。
本文以AT80C51单片机为控制芯片，利用DS18B20传感器采集温度。
利用按钮调节温度。
这种温度控制系统能过通过显示屏直观的来观察电烤箱温度，通过按钮也很方便的来调节温度的高低。
另外，单片机廉价，可以在保障安全的同时又节约成本。
关键词：自动控温；LCD屏幕显示；DS18B20传感器；单片机引言随着科技的发展，人们的物质生活水平不断提高，同时也对社会提出了更高的要求。
冬天来临的时候，人们的取暖方式已经从仅使用煤炭烤火的形式逐渐转变到用电取暖，由于空调耗电量太大，很多家庭经济条件不允许。
烤火箱的作用也渐渐在生活中占据重要地位。
但是，由于使用电烤火箱使用不当发生火灾的事例经常发生，触目惊心。
随着计算机的发展，自动化和智能化的工具已经融入人们的生活中，单片机的出现使这些领域的发展更上一个台阶。
如果能把单片机的制动控制功能作用到电烤火的安全防护上，将使得电烤火箱的安全性有很大的提高，能够使得电烤火箱的使用更加普及。
基于对社会上电烤火箱的研究，很少使用单片机控制电烤火箱的方法，本人就利用单片机专业领域的知识，设计一种能制动控制的电烤火箱系统，使用者在使用的过程中如果要离开，可以使用定时功能控制电烤火箱工作一定时间之后关闭。
当出现离开时忘记关闭，一定的时间以后由于电烤火箱的温度过高，电烤火箱能自动断电，防止火灾的发生。
一、方案设计1.1方案论证：采用AT80C51单片机控制整个系统，温度采集由DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20采集。
DS18B20测温范围为-55°C～+125°C，测温分辨率可达0.0625°C，被测温度用符号扩展的16位补码形式串行输出。
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苏州市职业大学2014─2015学年第1学期试卷《MATLAB 工程应用》（分散 A 卷 开卷 设计）出卷人 宋秦中 出卷人所在学院 电子信息工程学院 使用班级 12电子1,12电子2班级 12 应用电子技术1 学号 127303110 姓名 施晓蓉第1页，共21页一、设计题（满分100分）请在以下题目中任选一项完成设计1. 汽车运动控制系统设计；2. 电烤箱温度控制系统设计3. 汽车减震系统建模仿真；4. 汽车自动巡航控制系统的PID 控制；5. 汽车怠速系统的模糊PID 控制；6. 双闭环直流调速系统的设计与仿真7. 自选测控项目（给出你自选的题目）8. 本份试题选取项目为： 电烤箱温度控制系统设计 附评分细则：《MATLAB工程应用》期末考试设计报告第一章概述本次课题的主要内容是通过对理论知识的学习和理解的基础上，自行设计一个基于MA TLAB 技术的PID控制器设计，并能最终将其应用于一项具体的控制过程中。
以下为此次课题的主要内容：(1) 完成PID控制系统及PID调节部分的设计其中包含系统辨识、系统特性图、系统辨识方法的设计和选择。
(2) PID最佳调整法与系统仿真其中包含PID参数整过程，需要用到的相关方法有：b.针对有转移函数的PID调整方法主要有系统辨识法以及波德图法及根轨迹法。
(3) 将此次设计过程中完成的PID控制器应用的相关的实例中，体现其控制功能（初步计划为温度控制器）第2页，共21页第二章调试测试2.1进度安排和采取的主要措施：前期：1、对于MA TLAB的使用方法进行系统的学习和并熟练运用MA TLAB的运行环境，争取能够熟练运用MA TLAB。
2、查找关于PID控制器的相关资料，了解其感念及组成结构，深入进行理论分析，并同步学习有关PID控制器设计的相关论文，对其使用的设计方法进行学习和研究。
3、查找相关PID控制器的应用实例，尤其是温度控制器的实例，以便完成最终的实际应用环节。
中期：1、开始对PID控制器进行实际的设计和开发，实现在MATLAB的环境下设计PID控制器的任务。
2、通过仿真实验后，在剩余的时间内完成其与实际工程应用问题的结合，将其应用到实际应用中（初步计划为温度控制器）。
后期：1、完成设计定稿。
2、打印以及答辩工作地准备。
2.2被控对象及控制策略2.2.1被控对象本文的被控对象为某公司生产的型号为CK-8的电烤箱，其工作频率为50HZ，总功率为600W，工作范围为室温20℃-250℃。
设计目的是要对它的温度进行控制，达到调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1℃内的技术要求。
在工业生产过程中，控制对象各种各样。
理论分析和实验结果表明:电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节来描述。
然而，对于二阶不振荡系统，通过参数辨识可以降为一阶模型。
因而一般可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。
所以，电烤箱模型的传递函数为：第3页，共21页第4页，共21页1)(+∙=-TS e K S G sτ（2-1）式（2-1）中 K-对象的静态增益T-对象的时间常数 τ-对象的纯滞后时间目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号，测取过程对象的阶跃响 应，然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。
具体用科恩-库恩（Cohn-Coon ）公式确定近似传递函数[8-9]。
给定输入阶跃信号 250℃，用温度计测量电烤箱的温度，每半分钟采一次点，实验数据如下表 2-1：表 2-1 烤箱模型的温度数据实验测得的烤箱温度数据 Cohn-Coon 公式如下：M C K ∆∆=/)(5.128.0632.0t t T -=)31(5.1632.028.0t t -=τ (2-2)△M-系统阶跃输入；△C-系统的输出响应 t0.28-对象飞升曲线为0.28△C 时的时间（分） t0.632-对象飞升曲线为 0.632△C 时的时间（分） 从而求得K=0.92, T=144s ,τ =30s 所以电烤箱模型为：第5页，共21页114492.0)(30+=-s e S G s2.2.2 控制策略将感测与转换输出的讯号与设定值做比较，用输出信号源（2-10V 或4-20mA ）去控制最终控制组件。
在过程实践中，应用最为广泛的是比例积分微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。
PID 的问世已有60多年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，而成为工业控制主要和可靠的技术工具[10]。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其他设计技术难以使用，系统得到控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 最为方便。
即当我们不完全了解系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，便最适合用PID 控制技术。
比例、积分、微分 1.比例V02-1 比例电路120)()(R R Vi V t t -=)()(120t t Vi R R V ⨯-= （2-3）2 积分器第6页，共21页V01/SC2-2 积分电路SCR SCR R SC Vi V t t 11110111)()(⨯-=-=-=Vi S CR V t 1101)(⨯-=⎰-=Vidt CR V t 1)(10 （2-4）3 微分器V0V12-3 微分控制电路S CR SCR Vi V t t 22)()(10-=-=)(2)(0t t SVi CR V -=第7页，共21页dtdViCR V t 2)(0-= （2-5）实际中也有PI 和PD 控制器。
PID 控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，控制器输出和输入（误差）之间的关系在时域中如公式（2-6）和（2-7）：⎰++=dt t e Tidt t de Td t e Kp t u )(1)()(()( （2-6） )()(s E S K SK K s U d i p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++= （2-7） 公式中U(s)和E （s ）分别是u （t ）和e （t ）的拉氏变换，p dd K K T =，ip K K Ti =，其中p K 、i K 、d K 分别控制器的比例、积分、微分系数。
P 、I 、D 控制 1.比例（P ）控制比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器输出与输入误差讯号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
2.积分（I ）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差讯号成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取关于时间的积分，随时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，知道等于零。
因此，比例加积分（PI ）控制器，可以使系统进入稳态后无稳态误差。
3.微分（D ）控制在微分控制中，控制器的输出和输入误差讯号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差调节过程中可能会出现震荡甚至失稳。
其原因是由于存在较大惯性组件（环节）和有滞后的组件，使力图克服误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使克服误差的作用的变化有些“超前”，即在误差接近零时，克服误差的作用就应该是零。
这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例加微分的控制器，就能够提前使克服误差的控制作用等于零，甚至为负数，从而避免了被控制量的严重的冲过头。
所以对于有较大惯性和滞后的被控对象，比例加微分（PD）的控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
由于PID 控制器具有原理简单、易于实现、适用范围广等优点，在本设计中对于电烤箱的温控系统我们选择PID进行控制。
第8页，共21页第三章PID最佳调整法与系统仿真PID作为经典控制理论，其关键问题在于PID参数的设定。
在实际应用中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点。
在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间和工作环境的变化而变化。
故要求在PID控制中不仅PID参数的整定不依赖与对象数学模型，并且PID参数能够在线调整，以满足实时控制要求。
3.1 PID参数整定法概述3.1.1 PID参数整定方法1. Relay feedback ：利用Relay 的on-off 控制方式，让系统产生一定的周期震荡，再用Ziegler-Nichols调整法则去把PID值求出来。
2. 在线调整：实际系统中在PID控制器输出电流信号装设电流表，调P值观察电流表是否有一定的周期在动作，利用Ziegler-Nichols把PID求出来，PID值求法与Relay feedback一样[9]。
3. 波德图&跟轨迹：在MATLAB里的Simulink绘出反馈方块图。
转移函数在用系统辨识方法辨识出来，之后输入指令算出PID值。
第9页，共21页3.1.2 PID调整方式图3-1 PID调整方式如图3-2所示PID调整方式分为有转函数和无转移函数，一般系统因为不知转移函数，所以调PID值都会从Relay feedback和在线调整去着手。
波德图及根轨迹则相反，一定要有转移函数才能去求PID值，那这技巧就在于要用系统辨识方法，辨识出转移函数出来，再用MATLAB里的Simulink画出反馈方块图，调出PID值。
所以整理出来，调PID值的方法有在线调整法、Relay feedback、波德图法、根轨迹法[11]。
前提是要由系统辨识出转移函数才可以使用波德图法和根轨迹法，如下图3-2所示。
图3-2 由系统辨识法辨识出转移函数第10页，共21页3.2针对无转移函数的PID调整法在一般实际系统中，往往因为过程系统转移函数要找出，之后再利用系统仿真找出PID值，但是也有不需要找出转移函数也可调出PID值的方法，以下一一介绍。
3.2.1Relay feedback调整法图3-3 Relay feedback调整法如上图3-3所示，将PID控制器改成Relay，利用Relay的On-Off控制，将系统扰动，可得到该系统于稳定状态时的震荡周期及临界增益（Tu及Ｋu），在用下表3-1的Ziegler-Nichols第一个调整法则建议PID调整值，即可算出该系统之Ｋp、T i、T v之值。
表3-1 Ziegler-Nichols第一个调整法则建议PID调整值3.2.2Relay feedback 在计算机做仿真Step 1:以MATL AB里的Simulink绘出反馈方块，如下图3-4示。