单回路温度控制例子
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移相控制方式
周波控制方式
周波控制的 输出电路
单片机的 I/0 脚输出低电平时，控制 SSR 使加热元件接通 220V 交流电源，加热元件获得电能，温度升高； I/0 脚输出 高电平时，SSR开路，加热元件两端无电压，停止加热，对象 的温度开始下降。
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控制的具体方法
模式6：设置和显示PID算法中的积分系数（0.00～50.00）；
模式7：设置和显示PID算法中的微分系数（0.00～50.00）； 模式8：设置和显示手动输出值（0～100）
模式9：手动/自动切换（1：手动；0：自动）
模式10：标定和显示实时温度的零点
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二、温度测控电路设计
温度检 测电路
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10种工作模式
模式 0 ：温度设定值和温度实时值显示（前 4 位数码管显示温 度设定值，后4位显示实时温度值）； 模式1：设置和显示温度上限报警值（0～1200）； 模式2：设置和显示温度下限报警值（0～1200）； 模式3：设置和显示温度设定值（0～1200）； 模式4：设置实时温度采集放大电路的放大倍数； 模式5：设置和显示PID算法中的比例系数（0.00～50.00）；
简易单回路温度控制器设计
一、功能需求和总体思路
1)设定温度显示、实时温度显示； 2)温度上、下限报警；
功能需求
3)温度上、下限报警值设定；
4)目标温度值设定； 5)放大电路放大倍数设定； 6)P、I、D控制参数的设定；
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一、功能需求和总体思路
7)手动加热设定值； 8)手动/自动设定；
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本系统采用镍铬-镍硅（K分度）热电偶作为 温度传感器。冷端处于室温，热端为加热炉温度， 单片机的A/D通道可以直接采集热电偶信号，经 冷端温度补偿后，再查表K分度则可以得到热端 温度值。 室温的测量可以通过AD590将室温变化为电 压信号，经放大后直接送给单片机的A/D通道， 单片机程序自动完成热电偶信号的采集和冷端信 号的采集，计算出实际的温度测量值。
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主控制模 块流程
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源自文库
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五、输出通道的自检
间接参数判断法 指根据模拟量输入通道 的采样值的变化情况来判断 模拟量输出通道或开关量输 出通道是否正常。
例如
一个输出数字量控制泵的启停，管路已安装流量 检测，在流量检测回路没有故障情况下(上述直接参数 判断法自检可以保障)，不仅可依据流量有无变化情况 来判断该开关、驱动电路、继电器、交流接触器、热 继电器、电机、泵以及现场连线是否正常，而且可以 根据泵的流量特性在线判断泵的性能优劣。
①设定一个标准的加温周期 T，以T为周期对温度进行采样，获 得温度测量值； ②根据设定值和测量值的偏差，进行PID运算； ③将 PID 的输出转换为 SSR 的通断时间。 PID 的输出为 0 ％，则 SSR 接通时间为 0 ，即本周期无输出；如果 PID 输出为 100% ，则 SSR 接通时间为 T ，即本周期为全输出；如果 PID 的输出为 MV （百分数表示），则SSR的接通时间为 T×MV/100，断开时间为 T－T×MV/100。 例如：T=120秒，PID计算结果为1分30秒，则本次2分钟内 就应加温90秒，停30秒；又如T=120秒，PID的计算结果为1 分25秒，则本周期就应加温85秒，停35秒。
PC → 控制 器 PC ← 控制 器
返回数据
3
0xaa
dataL
dataH
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5、温度控制器软件流程及参考程序
控制器的软件由主控制模块、显示按键处理 模块和头文件三大模块组成。 主控制模块主要包括PID计算、控制以及温 度采集等部分。 显示按键处理模块主要包括按键扫描、按 键处理、显示刷新等部分 头文件模块主要用于全局变量声明，在其他模 块可以直接调用此模块内声明的变量。
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温度采集 程序流程
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PID算法流程
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串口中断服 务程序流程
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发送数据子 程序流程
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9)温度零点标定；
功能需求
10)参数保存； 11)上位机目标温度值设定；
12)上位机实时温度波形曲线图显 示；
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总体设计思路
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操作模式
本系统可用3个按键实现模式切换和参数修 改操作，这3个键分别定义为模式键、数值增加 键和数值减少键。
用8个数码管显示模式和对应的参数，左边 4个数码管显示模式值，右边4个数码管显示相应 模式对应的参数值。
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温度控制电路
控制方式
对于加热炉的温度控制可以采用移相 控制或周波控制方式。 通过改变可控硅的导通角来控制输出电 压，从控制加热对象的温度，控制电路 相对复杂，但控制精度比较高。 通过调节一定时间周期内的供电时间比例 （即交流周波数）来控制加热对象在本周期 内获得的电能，从而控制其温度。由于控制 加温的时间比例实现起来相对简单，因此周 波控制方式在温度控制系统获得了比较广泛 的应用，本系统确定采用周波控制方式。
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四、控制器和PC之间的数据通信
单回路控制器RS-232简易数据通信命令格式
命令 启动通信 停止通信 改设定值
字节数 2 2 4
字节1 0xaa 0xaa 0xaa
字节2 0x01 0x02 0x03
字节3
字节4
传送方向 PC → 控制 器 PC → 控制 器
dataL
dataH
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三、 PID控制算法的实现
位置式PID算法计算公式
Pout(t)=Kp*e(t)+Ki×Sum_e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1))
基本偏差为 e(t) ，表示当前测量值与设定目标值之间 的差值，结果可以是正或负，设定目标作为被减数的话，正 数表示还没有达到设定值，负数表示已经超过了设定值。 累 计 偏 差 Sum_e(t)=e(t)+e(t-1)+e(t-2)+ … +e(1) 是 每次偏差值的代数和。 相对偏差 e(t)-e(t-1) 是用本次的基本偏差减去上一次 的基本偏差，以考察当前被控量的变化趋势，有利于快速反 应。
移相控制方式
周波控制方式
周波控制的 输出电路
单片机的 I/0 脚输出低电平时，控制 SSR 使加热元件接通 220V 交流电源，加热元件获得电能，温度升高； I/0 脚输出 高电平时，SSR开路，加热元件两端无电压，停止加热，对象 的温度开始下降。
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控制的具体方法
模式6：设置和显示PID算法中的积分系数（0.00～50.00）；
模式7：设置和显示PID算法中的微分系数（0.00～50.00）； 模式8：设置和显示手动输出值（0～100）
模式9：手动/自动切换（1：手动；0：自动）
模式10：标定和显示实时温度的零点
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二、温度测控电路设计
温度检 测电路
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10种工作模式
模式 0 ：温度设定值和温度实时值显示（前 4 位数码管显示温 度设定值，后4位显示实时温度值）； 模式1：设置和显示温度上限报警值（0～1200）； 模式2：设置和显示温度下限报警值（0～1200）； 模式3：设置和显示温度设定值（0～1200）； 模式4：设置实时温度采集放大电路的放大倍数； 模式5：设置和显示PID算法中的比例系数（0.00～50.00）；
简易单回路温度控制器设计
一、功能需求和总体思路
1)设定温度显示、实时温度显示； 2)温度上、下限报警；
功能需求
3)温度上、下限报警值设定；
4)目标温度值设定； 5)放大电路放大倍数设定； 6)P、I、D控制参数的设定；
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一、功能需求和总体思路
7)手动加热设定值； 8)手动/自动设定；
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本系统采用镍铬-镍硅（K分度）热电偶作为 温度传感器。冷端处于室温，热端为加热炉温度， 单片机的A/D通道可以直接采集热电偶信号，经 冷端温度补偿后，再查表K分度则可以得到热端 温度值。 室温的测量可以通过AD590将室温变化为电 压信号，经放大后直接送给单片机的A/D通道， 单片机程序自动完成热电偶信号的采集和冷端信 号的采集，计算出实际的温度测量值。
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主控制模 块流程
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五、输出通道的自检
间接参数判断法 指根据模拟量输入通道 的采样值的变化情况来判断 模拟量输出通道或开关量输 出通道是否正常。
例如
一个输出数字量控制泵的启停，管路已安装流量 检测，在流量检测回路没有故障情况下(上述直接参数 判断法自检可以保障)，不仅可依据流量有无变化情况 来判断该开关、驱动电路、继电器、交流接触器、热 继电器、电机、泵以及现场连线是否正常，而且可以 根据泵的流量特性在线判断泵的性能优劣。
①设定一个标准的加温周期 T，以T为周期对温度进行采样，获 得温度测量值； ②根据设定值和测量值的偏差，进行PID运算； ③将 PID 的输出转换为 SSR 的通断时间。 PID 的输出为 0 ％，则 SSR 接通时间为 0 ，即本周期无输出；如果 PID 输出为 100% ，则 SSR 接通时间为 T ，即本周期为全输出；如果 PID 的输出为 MV （百分数表示），则SSR的接通时间为 T×MV/100，断开时间为 T－T×MV/100。 例如：T=120秒，PID计算结果为1分30秒，则本次2分钟内 就应加温90秒，停30秒；又如T=120秒，PID的计算结果为1 分25秒，则本周期就应加温85秒，停35秒。
PC → 控制 器 PC ← 控制 器
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5、温度控制器软件流程及参考程序
控制器的软件由主控制模块、显示按键处理 模块和头文件三大模块组成。 主控制模块主要包括PID计算、控制以及温 度采集等部分。 显示按键处理模块主要包括按键扫描、按 键处理、显示刷新等部分 头文件模块主要用于全局变量声明，在其他模 块可以直接调用此模块内声明的变量。
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温度采集 程序流程
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操作模式
本系统可用3个按键实现模式切换和参数修 改操作，这3个键分别定义为模式键、数值增加 键和数值减少键。
用8个数码管显示模式和对应的参数，左边 4个数码管显示模式值，右边4个数码管显示相应 模式对应的参数值。
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温度控制电路
控制方式
对于加热炉的温度控制可以采用移相 控制或周波控制方式。 通过改变可控硅的导通角来控制输出电 压，从控制加热对象的温度，控制电路 相对复杂，但控制精度比较高。 通过调节一定时间周期内的供电时间比例 （即交流周波数）来控制加热对象在本周期 内获得的电能，从而控制其温度。由于控制 加温的时间比例实现起来相对简单，因此周 波控制方式在温度控制系统获得了比较广泛 的应用，本系统确定采用周波控制方式。
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四、控制器和PC之间的数据通信
单回路控制器RS-232简易数据通信命令格式
命令 启动通信 停止通信 改设定值
字节数 2 2 4
字节1 0xaa 0xaa 0xaa
字节2 0x01 0x02 0x03
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字节4
传送方向 PC → 控制 器 PC → 控制 器
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三、 PID控制算法的实现
位置式PID算法计算公式
Pout(t)=Kp*e(t)+Ki×Sum_e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1))
基本偏差为 e(t) ，表示当前测量值与设定目标值之间 的差值，结果可以是正或负，设定目标作为被减数的话，正 数表示还没有达到设定值，负数表示已经超过了设定值。 累 计 偏 差 Sum_e(t)=e(t)+e(t-1)+e(t-2)+ … +e(1) 是 每次偏差值的代数和。 相对偏差 e(t)-e(t-1) 是用本次的基本偏差减去上一次 的基本偏差，以考察当前被控量的变化趋势，有利于快速反 应。