基于PID的恒温箱温度控制系统设计
基于pld恒温温度控制课程设计
基于pld恒温温度控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLD（可编程逻辑器件）的基本原理及其在恒温温度控制中的应用。
2. 学生能够掌握温度传感器的工作原理及其与PLD的接口技术。
3. 学生能够描述恒温控制系统的工作流程，并解释相关的物理概念，如反馈、调节等。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识设计简单的PLD恒温温度控制程序。
2. 学生能够通过实验操作，验证PLD恒温控制系统的有效性。
3. 学生能够使用相关的软件工具，如仿真软件，进行PLD程序的编写和调试。
情感态度价值观目标：1. 学生通过实践操作，培养对工程技术的兴趣，增强解决问题的自信心。
2. 学生在学习过程中发展团队合作精神，认识到合作对于解决问题的重要性。
3. 学生通过了解恒温温度控制在现实生活中的应用，认识到科技对社会发展的贡献，激发其社会责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合理论与实验操作，旨在提高学生的动手能力和实际应用能力。
学生特点：学生应为具有一定电子信息技术基础知识的初中或高中年级学生，对电子设备和编程有一定的好奇心和探索欲。
教学要求：教学内容应联系实际，注重理论与实践的结合，强调学生的主体参与和实际操作，确保学生能够将所学知识应用于实际问题的解决中。
通过具体的学习成果的分解，使学生在完成课程后能够达到预定的知识、技能和情感态度价值观目标。
二、教学内容1. PLD基础知识介绍：包括PLD的定义、分类、基本结构和工作原理，重点讲解其在温度控制中的应用。
教材章节：第一章 PLD基本原理2. 温度传感器原理及其与PLD的接口技术：介绍温度传感器的类型、工作原理以及与PLD的连接方法。
教材章节：第二章 温度传感器及其接口技术3. 恒温控制系统设计：讲解恒温控制系统的组成、工作原理，分析反馈调节在恒温控制中的应用。
教材章节：第三章 恒温控制系统设计与实现4. PLD程序设计与调试：学习如何使用仿真软件进行PLD程序设计，掌握程序的编写、下载和调试方法。
基于PID算法的恒温控制系统设计
课程设计说明书题目：基于PID算法的恒温控制系统设计学号：姓名:指导教师:日期：目录一、设计题目 (1)二、设计要求 (1)三、设计思路 (1)四、实验设备 (1)五、硬件介绍 (1)六、硬件接线图 (2)七、软件流程图、 (4)八、PID参数确定 (5)九、实验总结 (6)附件：实验程序 (7)一、设计题目基于PID算法的恒温控制系统设计二、设计要求1.利用DS18B20采集温度并显示;2.利用单片机I/O管角输出PWM控制功率电阻发热;3.基于PID算法实现恒温控制。
三、设计思路本设计要求实时采集温度并实现恒温控制，根据设计要求,本次设计拟采用AT89C52单片机作为控制芯片，采集部分使用DS18B20温度传感器，显示部分采用数码管显示实时温度，功率电阻作为控制对象。
在PID算法的基础上完成恒温控制系统的设计。
四、实验设备单片机开发试验仪1台AT89C52单片机芯片1个DS18B20温度传感器1个C9013三极管1个1W功率二极管1个五、硬件介绍DS18B20：DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小,硬件开销低，抗干扰能力强,精度高的特点.DS18B20的主要特征：全数字温度转换及输出。
先进的单总线数据通信。
最高12位分辨率,精度可达土0。
5摄氏度。
12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
可选择寄生工作方式。
检测温度范围为–55°C ~+125°C （–67°F ~+257°F）内置EEPROM，限温报警功能。
64位光刻ROM，内置产品序列号,方便多机挂接。
多样封装形式，适应不同硬件系统.DS18B20数据采集过程⑴GND 地信号⑵DQ 数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。
⑶VDD 可选择的VDD引脚.当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
论文基于数字PID的温度自动控制系统设计毕业论文
论文基于数字PID的温度自动控制系统设计毕业论文论文基于数字PID的温度自动控制系统设计毕业论文目录引言 (1)1 绪论 (2)1.1 本课题的设计要求 (2)1.2 本文的主要内容 (2)1.3系统原理及设计 (3)2 系统硬件设计 (5)2.1 温度检测 (5)2.1.1 传感器选择 (5)2.1.2 热电偶冷端温度补偿 (6)2.1.2 测量放大电路 (7)2.2 A/D转换器的选择 (7)2.3 CPU选择 (9)2.4 声光报警和报警处理 (12)2.5 温度显示 (12)2.6可控硅调功控温 (14)2.6.1 调功电路设计 (14)2.7电源设计 (15)2.8主回路设计 (16)3 控制算法研究 (17)3.1 PID的控制概述 (17)3.2 PID控制 (17)3.2.1 位置式PID控制算法 (18)3.2.2增量式PID控制算法 (19)3.2.3积分分离PID算法 (19)4 系统软件设计 (21)4.1 系统主程序流程图设计 (21)4.2 积分分离PID控制流程设计 (21)4.3 A/D转换流程图设计 (21)5 结论 (25)致谢 ......................................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献.. (26)附录A 译文 (27)附录B 原文 (36)附录C程序 (50)附图D 电路图 (61)辽宁工程技术大学毕业设计（论文）引言在科学实验中广泛应用恒温箱，尤其在老化试验中对高温恒温箱应用的更多，所以对恒温箱的研究越发重要[1]。
本课题设计一个高温恒温箱，采用数字PID算法对采集进来的信号进行处理，在调节功率部分，特色采用零点检测技术，运用可控硅调节功率，这样可以做到实时调功，安全稳定，而且工作效率比较高，节电环保。
孙作斌：基于数字PID的温度自动控制系统设计1 绪论1.1 本课题的设计要求本设计是基于数字PID的温度自动控制系统，要求设计一个恒温箱，保温范围为800到850摄氏度，当温度超过850摄氏度时候，启动风扇进行散热。
基于单片机的恒温箱温度控制系统毕业论文带pid控制
第1章绪论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。
本文采用单片机STC89C52设计了温度实时测量及控制系统。
单片机STC89C52能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度在LCD1602液晶屏上实时显示，通过PID控制从而把温度控制在设定的范围之内。
通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。
1.2国内外发展状况温度控制采用单片机设计的全数字仪表，是常规仪表的升级产品。
温度控制的发展引入单片机之后，有可能降低对某些硬件电路的要求，但这绝不是说可以忽略测试电路本身的重要性，尤其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给予充分的重视，有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路，尤其是传感器的改进。
现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。
恒温系统的传递函数事先难以精确获得，因而很难判断哪一种控制方法能够满足系统对控制品质的要求。
但从对控制方法的分析来看，PID控制方法最适合本例采用。
另一方面，由于可以采用单片机实现控制过程，无论采用上述哪一种控制方法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件作相应改变即可实现不同的控制方案。
因此本系统可以采用PID的控制方式，以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。
现在国内外一般采用经典的温度控制系统。
采用模拟温度传感器对加热杯的温度进行采样,通过放大电路变换为 0～5V 的电压信号,经过A/D 转换,保存在采样值单元;利用键盘输入设定温度,经温度标度转换转化成二进制数,保存在片内设定值单元;然后调显示子程序,多次显示设定温度和采样温度,再把采样值与设定值进行 PID 运算得出控制量,用其去调节可控硅触发端的通断,实现对电阻丝加热时间的控制, 以此来调节温度使其基本保持恒定。
基于PID的温度控制系统设计
（2014届）毕业设计题目：基于PID的温度控制系统设计学院： ********专业：电气工程及其自动化班级：电气***学号： **********姓名：某某某指导教师：某某某教务处制年月日诚信声明我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得＿＿＿＿＿＿或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。
论文作者签名：签名日期：年月日授权声明学校有权保留送论文交的原件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文，学校必须严格按照授权对论文进行处理，不得超越授权对论文进行任意处置。
论文作者签名：签名日期：年月日基于PID的温度控制系统设计摘要温度是工业上最基本的参数，与人们的生活紧密相关，实时测量温度在工业生产中越来越受到重视，离不开温度测量所带来的好处，因此研究控制和测量温度具有及其重要的意义。
本设计介绍了以AT89C52单片机为主控器件，基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。
由DS18B20收集温度信号，并以数字信号的方式送给单片机进行处理，从而达到温度控制的目标。
主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。
硬件电路由主控器件、温测电路、温控电路和显示电路等组成。
软件设计部分包括：显示电路、温度信号处理，超温警报、继电器控制、按键处理等程序。
关键词：温度检测，温度控制，PID算法Design of Temperature Control System Based on PIDAbstractTemperature is the most basic parameters of industrial and closely related with people's lives, real-time measurement of temperature in industrial production and more attention, which is inseparable from the benefits of the temperature measurement, temperature control and measurement study therefore has its significance.This design introduces the basic principles to AT89C52 microcontroller-based controller pieces temperature control system design and design. Collected by the DS18B20 temperature signal, and digital signal sent by way of the microcontroller for processing, so as to achieve the target temperature control. Including the design of hardware circuit design and system programs. Hardware circuit includes a master device, the temperature measuring circuit, temperature control circuit and display circuit. Software design, including: display electrical, temperature, signal processing, over-temperature alarm, relay control, key handling procedures.Keywords: temperature detection, temperature control, PID algorithm摘要 (II)Abstract (III)1绪论 01.1课题的来源 01.2课题的意义 01.3课题研究的主要内容 02硬件设计 (2)2.1单片机控制模块的设计 (2)2.1.1 AT89C52单片机简介 (2)2.1.2 单片机的引脚功能 (3)2.1.3 单片机控制模块的电路设计 (4)2.1.4 电源设计 (5)2.2温度采集模块的设计 (6)2.2.1 DS18B20芯片的简介 (6)2.2.2 DS18B20的内部结构 (7)2.2.3 DS18B20的供电方式 (9)2.2.4 DS18B20的引脚功能 (9)2.3温度控制模块的设计 (10)2.4按键及显示模块的设计 (12)2.4.1 LCD1602的参数和引脚功能 (13)2.4.2 LCD1602的特点 (14)2.4.3 按键电路的设计 (14)2.5报警模块的设计 (15)3软件设计 (17)3.1主程序的设计 (17)3.2DS18B20读温度程序的设计 (17)3.3键盘扫描程序的设计 (18)3.4报警处理程序的设计 (19)3.5PID控制算法 (19)4系统仿真 (23)参考文献 (28)致谢 (29)附录 (30)1.1课题的来源在食品加工、化工、冶炼等工业控制和生产中，在工业生产和日常生活中经常要用到温度检测和控制。
(完整word版)基于PID的恒温箱温度控制系统设计
基于PID的恒温箱温度控制系统设计2008届）2008年6月摘要本设计是恒温箱温度控制系统设计。
可供各类实验室、医疗机构、食品加工、生产部门等使用。
在周围温度不断变化条件下，使用恒温箱，可以使一定范围的温度恒定在特定温度下，从而适应生活和工作。
控制的温度范围为50—1200C。
恒温箱可以在线设定温度，并对温度进行实时数码显示。
设计内容包括硬件和软件两个部分。
硬件主要由AT89S52单片机、DS18B20 数字温度传感器、8155 片外存储器、继电器，LED 数码管和报警器等组成。
电原理图包括数据采集、温度显示、键盘设定、温度控制和复位电路等几个模块。
软件部分主要对PID 算法进行了数学建模和编程。
本设计由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行PID 计算，输出控制信号给加温控制电路，实现加温和停止。
当实际温度比设定温度大2 摄氏度以上时，则清P1.3 输出口，从而停止对电阻丝的加热。
当实际温度比设定温度小2 摄氏度以上时，取PID 的最大值，实现全功率输出。
在它们之间时，实现PID 算法控制，控制可控硅的接触时间，调节电阻丝功率。
显示电路实现现场温度的实时监控。
软件部分，采用PID 控制和时间最优控制相结合的控制方案，实现了控制速度快、超调小、线性控制精度高和实现成本低等的优点。
硬件部分采用单片机来实现温度控制，不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度的提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量。
关键词：恒温控制，单片机，数字PID 算法ABSTRACTThe system of this design is the temperature controller of a constant temperature box.Can be provided as each kind of laboratory, medical treatment organization, food processing and produce the section etc. usage.Under the condition that the surroundings temperature continuously change, the usage constant temperature box, can make the temperature maintaining of the certain scope settle under the particular temperature, thus adapt the life and works.The temperature scope of the control is 50-120, The constant temperature box can with on-line enactment temperature, and carry on the solid hour to the temperature figures manifestation.When be placed in to set the appearance, figures tubemanifestation enactment temperature, circulate, manifestation actual temperature.Design content including hardware and software two parts. The hardware mainly by at89S52 monolithic integrated circuit, the DS18B20 digit temperature sensor, 8155 piece of external memory, the relay, the LEDnixietube and the alarm apparatus and so on is composed. Electricity schematic diagram including data acquisition, temperature demonstration, keyboard hypothesis, temperature control and reset circuit and so on several modules. The software part mainly hascarried on mathematics modelling and the programming to the PID algorithm.The circuit design of the keyboard input from the set temperature signal to the microcontroller, Temperature Signal Acquisition Circuit collect temperature signal to the microcontroller, According to SCMinput and feedback signal, the error for PID, the outputcontrol signals to the heating control circuit, Heating and achieve stop. Showcircuit scene of the real-time monitoring of temperature. Whenactualtemperature compares to set temperature big more than 2 degrees , then the pureexportation, thus stop to electric resistance silk of heating.When the actual temperature compares to set smaller than 2 degrees , taking the PID biggest value, carrying out the whole power exportation.among the two , carry out the PID calculate way control, control contact time that controvablesilicon , regulate the electric resistance silk power.software part, the adoption PID control and the control project time superior control combine together, carried out to control the quick,super adjust small, line control the accuracy is high and carry out thecost advantage of low etc..The hardware part adopts a machine to carry out the temperature control, not only have the control convenience, simple, vivid etc. advantage, and can is control with the significant exaltation the technique index sign the quantity of the product thus andconsumedly.Keywords:Temperature ，control ，microcontroller ， 目录绪论还是在日常生活中， 都已 经变得非常适用和广泛了。
基于PID的温度控制系统设计
（2014 届）毕业设计指导教师： _________________ 某某某 _________________教务处制年 月曰 题 目: 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 姓 名: 基于PID 的温度控制系统设计 ******** 电气工程及其自动化 电气 ********** 某某某诚信声明我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得_______________________________ 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。
论文作者签名: 签名日期：年月曰授权声明学校有权保留送论文交的原件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文，学校必须严格按照授权对论文进行处理，不得超越授权对论文进行任意处置。
论文作者签名：签名日期：年月曰基于PID的温度控制系统设计摘要温度是工业上最基本的参数，与人们的生活紧密相关，实时测量温度在工业生产中越来越受到重视，离不开温度测量所带来的好处，因此研究控制和测量温度具有及其重要的意义。
本设计介绍了以AT89C52单片机为主控器件，基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。
由DS18B20收集温度信号，并以数字信号的方式送给单片机进行处理，从而达到温度控制的目标。
主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。
硬件电路由主控器件、温测电路、温控电路和显示电路等组成。
软件设计部分包括：显示电路、温度信号处理，超温警报、继电器控制、按键处理等程序。
关键词：温度检测，温度控制，PID算法Design of Temperature Control System Based on PIDAbstractTemperature is the most basic parameters of in dustrial and closely related with people's lives, real-time measureme nt of temperature in in dustrial product ion and more atte nti on, which is in separable from the ben efits of the temperature measurement, temperature control and measurement study therefore has its sig nifica nee.This desig n in troduces the basic prin ciples to AT89C52 microc on troller-based controller pieces temperature control system design and design. Collected by the DS18B20 temperature signal, and digital signal sent by way of the microcontroller for process ing, so as to achieve the target temperature con trol. In cludi ng the desig n of hardware circuit design and system programs. Hardware circuit includes a master device, the temperature measuring circuit, temperature control circuit and display circuit. Software desig n, in clud ing: display electrical, temperature, sig nal process ing, over-temperature alarm, relay con trol, key han dli ng procedures.Keywords: temperature detect ion, temperature con trol, PID algorithm目录摘要 (II)Abstract ............................................................................................................... 111. 1绪论................................................................. 0..1.1课题的来源...................................................... 0.1.2课题的意义...................................................... 0.1.3课题研究的主要内容 02硬件设计............................................................. 2..2.1单片机控制模块的设计 (2)2.1.1 AT89C52单片机简介 (2)2.1.2单片机的引脚功能 (3)2.1.3单片机控制模块的电路设计 (4)2.1.4电源设计.................................................. 5.2.2温度采集模块的设计 (6)2.2.1 DS18B20芯片的简介 (6)2.2.2 DS18B20的内部结构 (7)2.2.3 DS18B20的供电方式 (9)2.2.4 DS18B20的引脚功能 (9)2.3温度控制模块的设计 (10)2.4按键及显示模块的设计 (12)2.4.1 LCD1602的参数和引脚功能 (13)2.4.2 LCD1602 的特点 (14)2.4.3按键电路的设计 (14)2.5报警模块的设计 (15)3软件设计............................................................. .173.1主程序的设计 (17)3.2 DS18B20读温度程序的设计...................................... 1.73.3键盘扫描程序的设计 (18)3.4报警处理程序的设计 (19)3.5PID控制算法 (19)4系统仿真 (23)参考文献 (28)致谢 (29)附录 (30)。
基于PID算法的温度控制系统的设计
2.2 加热控制电路 控制电路如图 3。用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，被 控对象为电炉丝，采用对加在电炉丝两端的电压进行通断的方法进行 控制，以实现对控制系统加热功率的调整，从而达到对恒温温控制的目 的。对电炉丝通断的控制采用 SSR- 40DA 固态继电器，使用非常简单， 只要在控制端 TTL 电平，即可实现对继电器的开关，使用时接 NPN 型 三极管构成射极输出器电路，以提高驱动电流。三极管的基极连接单片 机的 P1.3，当单片机的 P1.3 为高点平时，三极管驱动固态继电器工作 接通加热器工作，当单片机的 P1.3 为低电平时固态继电器关断，加热 器不工作。
图 1 系统原理框图 2.主要模块硬件电路设计 2.1 温度测量电路 温度测量转换部分是整个系统的数据来源，直接影响系统的可靠 性。传统的温度测量方法是：温度传感器例如 AD590，将测量的温度转 换成模拟电信号，再经过 A/D 转换器把模拟信号转换成数字信号，单片 机再对采集的数字信号进行处理，实现起来比较复杂，滤波消噪难度 大，系统稳定性不高，设计采用数字式温度传感器 DS18B20。DS18B20 为单总线接口，测量温度的范围为 - 55℃～+125℃。温度采集电路如图 2 所示 DQ 为数字信号输入 / 输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电 电源输入端。 DS18B20 的 DQ 引脚接 AT89S52 的 P1.4 口线，用于将采集到的温 度送入单片机中处理，2 脚和 3 脚之间接一个 4.7K 上拉电阻。DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温 度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。以 12 位转化为例，用 16 位符号 扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625℃/LSB 形式表达，其中 S 为 符号位。数据转换如下表 1。12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8BYTE 的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果 测得的温度大于 0，这 5 位为 0，将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实 际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。
基于PID算法的恒温控制系统设计
基于PID算法的恒温控制系统设计一、引言恒温控制系统是指通过对温度进行实时监测和反馈调节，使得系统内的温度能够稳定在设定的目标温度上。
PID控制是一种常用的控制策略，它将比例控制、积分控制和微分控制三种控制方式相结合，能够快速、精确地调节系统的动态响应和稳定性。
本文将介绍基于PID算法的恒温控制系统的设计流程和关键技术。
二、系统设计1.系统结构PID控制系统由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器负责实时监测系统内的温度值，并将监测结果反馈给控制器。
控制器根据温度的反馈值与设定的目标温度之间的差异，通过比例、积分和微分三个环节，计算出控制信号，并将控制信号发送给执行器。
执行器根据控制信号的大小，调节加热或制冷设备的功率，以使系统的温度稳定在设定的目标温度上。
2.PID算法PID控制算法使用控制器计算出的控制信号uc，其计算公式如下所示：uc = Kp * e + Ki * ∫e + Kd * △e/dt其中，uc为控制信号，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分环节的增益系数，e为设定目标温度与反馈温度的差值，∫e为差值的积分值，△e/dt为差值的微分值。
通过调节这三个环节的增益系数，可以实现对温度控制系统的动态响应和稳定性的调节。
3.系统实现系统实现的关键技术包括传感器的选择与接口设计、控制器的算法实现、执行器的选择和驱动电路设计等。
传感器应具有高精度、快速响应和稳定性好的特性，能够实时监测温度值并将监测结果传递给控制器。
控制器应具有高计算性能和稳定性，能够准确计算出控制信号。
执行器应根据控制信号的大小调节加热或制冷设备的功率，以使系统温度稳定在目标温度上。
三、系统优化为进一步提高恒温控制系统的性能，可以通过以下几个方面进行优化。
1.增益系数的选择根据实际系统的特性，通过试验和调整，优化比例、积分和微分环节的增益系数。
比例增益系数的增加可以提高系统的响应速度，但也容易引起系统的振荡；积分增益系数的增加可以减小系统的稳态误差，但也会增加系统的超调量和调节时间；微分增益系数的增加可以改善系统的过渡过程，但也容易引起系统的噪声干扰。
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摘要本设计是一种温度控制系统，温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等具有重要的现实意义。
PID控制法最为常见，控制输出采用PWM波触发可控硅来控制加热通断。
使系统具有较高的测量精度和控制精度。
单片机控制部分采用AT89S51单片机为核心，采用Keil 软件进行编程，同时采用分块的模式，对整个系统的硬件设计进行分析，分别给出了系统的总体框图、温度检测调理电路、A/D转换接口电路，按键输入电路以及显示电路，并对相应电路进行相关的阐述软件采用PID算法进行了建模和编程，在Proteus环境中进行了仿真。
关键词：PID;单片机；温度控制；Keil；ProteusAbstractThis design is a kind of temperature control system,The temperature control in industrial production and scientific research is of great significance.Belongs to pure first-order lag link, the control system has the characteristics of big inertia, pure lag and nonlinear, the traditional control overshoot and adjustment time is long, low control precision.By single chip microcomputer temperature control, has simple circuit design, high accuracy and good control effect, to improve the production efficiency, promote the progress of science and technology has important practical significance.PID control is the most common, the control output PWM wave triggering thyristor is used to control the heating on and off.Make the system has high accuracy of measurement and control precision.Single-chip microcomputer control part adopts single chip microcomputer AT89S51 as the core,Using Keil software programming,Using block pattern at the same time, analyzes the hardware design of the whole system, respectively, of the overall system block diagram is given, the temperature detection circuit, A/D conversion interface circuit, key input circuit and display circuit, and the corresponding circuit are related in this paper, the software, the PID algorithm is used for modeling and programming in the Proteus simulation environment.Key words:PID；Single chip microcomputer；The temperature control；Keil；Proteus目录1绪论 (1)2设计方案 (2)3系统硬件仿真电路 (3)3.1 温度测量调理电路 (3)3.2 A/D转换电路 (4)3.3 按键输入电路 (5)3.4 数码管显示电路 (6)3.5 温度控制电路 (7)4程序设计 (9)4.1 程序整体设计 (9)4.2 子程序设计 (1212)4.3源程序设计 (129)5软件调试与运行结果 (41)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)1绪论现代工业生产过程中，用于热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶大惯性环节。
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：在工农业生产和日常生活中，对温度的检测与控制始终有着非常重要的实际意义和广泛的实际应用。
为了加深计算机控制理论的理解，故设计一个温度控制系统，该系统主要由温度信号采集与转换模块（传感器DS18B20）、主机控制模块（单片机STC89C52）、温度控制模块（双向晶闸管BTA06）、液晶显示模块（液晶LM1602）等四部分组成，控制算法为PID算法。
系统可实现稳态误差小于1℃，最大超调小于1℃，并且调节时间较短，恒定效果好。
关键词：传感器DS18B20，单片机STC89C52，PID算法，液晶LM1602，双向晶闸管BTA061 选题背景在现代工业生产和日常生活当中，对温度的检测、实现自动恒温控制有着非常重要实际意义和广泛的应用，例如大型火力发电站锅炉的温度控制、石油炼油厂油温的控制等。
一般的温度控制系统其主要构成部分有以下几部分：被控对象、温度信号采集与转换模块、显示模块、执行模块、主机控制模块、按键等。
关系如图1.1：图1.1 温度检测装备的组成结构在此，我选择了温度测量及其恒温控制作为计算机控制课程设计课题。
在该控制系统中，控制算法不但结合经典的PID控制算法的优势；还增加了死区控制，平均滤波、限幅消抖、抗积分饱和等措施抑制非正常情况的发生；此外，控制算法还采用了二维PID算法的优点，加快了系统的动态响应速度。
经过实际测试，采取的措施能够很好地抑制非正常情况的发生，系统的响应速度、稳态误差、超调量都取得了较为满意的结果。
2 方案设计及其论证2.1 温度信号的采集及AD转换2.1.1方案一采用模拟类温度传感器，比如LM45、AD590、铂电阻等。
增加适当的放大电路和AD转换电路以后，就可以将温度信号送入单片机。
然而，这种设计需要用到A/D转换电路，且温度传感器的接线较为麻烦，制作成本较高。
2.1.2 方案二采用数字类温度传感器，比如DS18B20。
DS18B20为数字式温度传感器，直接将温度信号转换为数字量，可编程的分辨率为9～12位,采用独特的单总线接口，只需要一条总线就可以实现与单片机通信，简化了硬件电路设计，降低了设计成本。
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）。
基于PID的温度控制系统的设计
基于PID的温度控制系统的设计【摘要】本文详细阐述了基于单片机的温度控制系统的硬件组成、软件设计及相关的接口电路设计。
并且充分考虑了系统的可靠性，采取了相应的措施予以保证。
针对控制对象的特点，在系统辨识的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究，并在单片机系统中实现了控制算法。
最后针对温控系统进行了实验，通过对实验数据的分析表明本文所述的基于单片机的温度控制系统的设计的合理性和有效性。
【关键词】单片机AT89S51；温度控制；数字PID控制温度控制技术不仅在工业生产有着非常重要的作用，而且在日常生活中也起着至关重要的作用。
本文对系统进行硬件和软件的设计，在建立温度控制系统数学模型的基础之上，通过对PID控制的分析设计了系统控制器，完成了系统的软、硬件调试工作。
算法简单、可靠性高、鲁棒性好，而且PID控制器参数直接影响控制效果[1]。
1.系统概述1.1 系统总体结构该系统利用AT89S51丰富的外设模块搭建硬件平台。
系统的硬件电路包括：模拟部分和数字部分，基本电路由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块及控制执行模块等组成[2]。
1.2 系统工作流程系统开始工作时，首先由单片机控制软件发出温度读取指令，通过数字温度传感器采集被控对象的当前温度值并送显示屏实时显示。
然后，将该温度测量值与设定值T比较，其差值送PID控制器。
PID控制器处理后输出一定数值的控制量，经D/A转换为模拟电压量，控制被控对象进行加热。
1.3 系统软件设计方法整个系统软件设计包括管理程序和控制程序两部分，管理程序包括LED显示的动态刷新、控制指示灯、处理键盘的扫描和响应。
控制程序包括A/D转换、中值滤波、越限报警处理、PID计算等[4]。
2.系统硬件结构2.1 电源电路的设计系统所用直流电源由三端集成稳压器组成的串联型直流稳压电源提供。
设计中选用了LM7805 LM7815和LM7915三个三端集成稳压器，提供+5V直流电压，输出电流均为1A。
基于PID的STM32恒温控制系统设计
成绩评定基于PID的STM32恒温控制系统设计摘要研究基于STM32单片机和温湿度传感器的恒温智能控制系统。
温度具有时变性、非线性和多变量耦合的特点。
在温度控制过程中，温度的检测往往滞后于温度的调控，从而会引起温度控制系统的温度出现超调、温度振荡的现象。
在设计中提出了基于增量式PID算法控制温度的模型，系统采用低功耗的STM32作为主控芯片、DHT11数字式温度传感器和半导体温度调节器。
实验结果表明，该系统能够有效地维持系统地恒温状态。
通过将数字PID算法和STM32单片机结合使用，整个控制系统的溫度控制精度也提高了，不仅仅满足了对温度控制的要求，而且还可以应用到对其他变量的控制过程中。
所以，在该温度控制系统的设计中，运用单片机STM32进行数字PID运算能充分发挥软件系统的灵活性，具有控制方便、简单和灵活性大等优点。
关键词：STM32，PID算法，恒温控制，DHT111绪论温度控制系统具有滞后性，时变性和非线性的特点。
无法建立精准的数学模型，因此使用常规的线性控制理论无法达到满意的控制效果。
在嵌入式温度控制系统中的关键是温度的测量、温度的控制和温度的保持，温度是工业控制对象中主要的被控参数之一。
因此，嵌入式要对温度的测量则是对温度进行有效及准确的测量，并且能够在工业生产中得广泛的应用，尤其在机械制造、电力工程化工生产、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。
在日常工作和生活中，也被广泛应用于空调器、电加热器等各种室温测量及工业设备的温度测量。
但温度是一个模拟量，需要采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数字量，才生使用计算机进行相应的处理。
2 设计方案为了对于交流负载做到温度精确,升温采用控制双向可控硅导通角度进行升温控制。
降温采用PWM电压控制，因为当前降温采用制冷片，风扇等降温手段，采用直流电压供电方式，选用PWM控制使降温更加精确。
温度采集选用温度传感器DHT11，好处为可做到高精度，整体框图如图1所示。
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 (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。
PID控制可调恒温系统设计毕业设计(论文)
课程设计说明书课程设计名称：专业综合课程设计题目：PID控制可调恒温系统设计学生姓名：专业：学号：指导教师：日期：2009年 6 月22 日PID控制可调恒温系统设计摘要：针对温度控制的特点以及实现准确温度控制的意义，设计了一种基于PID 的恒温检测控制系统。
硬件部分以AT89S52单片机作为微处理器，基础电路包括电源电路，温度检测采样电路，键盘及显示电路，加温控制电路等四大模块；软件部分主要对PID算法进行了数学建模和编程。
关键词：温度检测恒温控制单片机PID算法目录1 前言............................................................................................................................................. - 1 -2 总体方案的选择 ......................................................................................................................... - 2 -2.1 方案一：利用数字PID实现恒温控制系统.................................................................. - 2 -2.2 方案二：利用模拟PID调节实现恒温控制系统.......................................................... - 2 -3 硬件电路设计 ............................................................................................................................. -4 -3.1 AT89S52单片机 ............................................................................................................... - 4 -3.1.1 A T89S52单片机功能简介 ................................................................................. - 4 -3.1.2 A T89S52单片机信号引脚介绍 ......................................................................... - 5 -3.1.3 A T89S52单片机时钟和复位电路 ..................................................................... - 6 -3.2 温度传感器 ...................................................................................................................... - 7 -3.3 电源电路 .......................................................................................................................... - 8 -3.3.1 电源变压器 ......................................................................................................... - 8 -3.3.2 整流滤波电路 ..................................................................................................... - 8 -3.3.3 稳压电路 ............................................................................................................. - 9 -3.4 键盘和显示电路 .............................................................................................................. - 9 -3.5 加热控制电路 ................................................................................................................ - 10 - 4控制系统软件设计 .....................................................................................................................- 11 - PID调节器控制原理...........................................................................................................- 11 -4.2 数字PID参数整定........................................................................................................ - 13 -4.3 PID计算程序设计.......................................................................................................... - 14 -5 总结体会................................................................................................................................... - 19 -6 参考文献................................................................................................................................... - 20 -1 前言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。
基于PID算法的恒温控制系统设计.docx
课程设计说明书题目：基于PID算法的恒温控制系统设计学号：姓名：指导教师：日期：目录一、设计题目 (1)二、设计要求 (1)三、设计思路 (1)四、实验设备 (1)五、硬件介绍 (1)六、硬件接线图 (3)七、软件流程图、 (4)八、PID参数确定 (5)九、实验总结 (6)附件：实验程序 (7)一、设计题目基于PID算法的恒温控制系统设计二、设计要求1.利用DS18B20采集温度并显示；2.利用单片机I/O管角输出PWM控制功率电阻发热；3.基于PID算法实现恒温控制。
三、设计思路本设计要求实时采集温度并实现恒温控制，根据设计要求，本次设计拟采用AT89C52单片机作为控制芯片，采集部分使用DS18B20温度传感器，显示部分采用数码管显示实时温度，功率电阻作为控制对象。
在PID算法的基础上完成恒温控制系统的设计。
四、实验设备单片机开发试验仪1台AT89C52单片机芯片1个DS18B20温度传感器1个C9013三极管1个1W功率二极管1个五、硬件介绍DS18B20：DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。
DS18B20的主要特征：全数字温度转换及输出。
先进的单总线数据通信。
最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。
12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
可选择寄生工作方式。
检测温度范围为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F)内置EEPROM，限温报警功能。
64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。
多样封装形式，适应不同硬件系统。
DS18B20数据采集过程⑴GND 地信号⑵DQ 数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
⑶VDD 可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
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基于PID的恒温箱温度控制系统设计（2008届）2008年6月摘要本设计是恒温箱温度控制系统设计。
可供各类实验室、医疗机构、食品加工、生产部门等使用。
在周围温度不断变化条件下，使用恒温箱，可以使一定范围的温度恒定在特定温度下，从而适应生活和工作。
控制的温度范围为50—1200C。
恒温箱可以在线设定温度，并对温度进行实时数码显示。
设计内容包括硬件和软件两个部分。
硬件主要由AT89S52单片机、DS18B20数字温度传感器、8155片外存储器、继电器，LED数码管和报警器等组成。
电原理图包括数据采集、温度显示、键盘设定、温度控制和复位电路等几个模块。
软件部分主要对PID算法进行了数学建模和编程。
本设计由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行PID计算，输出控制信号给加温控制电路，实现加温和停止。
当实际温度比设定温度大2摄氏度以上时，则清P1.3输出口，从而停止对电阻丝的加热。
当实际温度比设定温度小2摄氏度以上时，取PID的最大值，实现全功率输出。
在它们之间时，实现PID 算法控制，控制可控硅的接触时间，调节电阻丝功率。
显示电路实现现场温度的实时监控。
软件部分，采用PID控制和时间最优控制相结合的控制方案，实现了控制速度快、超调小、线性控制精度高和实现成本低等的优点。
硬件部分采用单片机来实现温度控制，不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度的提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量。
关键词：恒温控制，单片机，数字PID算法ABSTRACTThe system of this design is the temperature controller of a constant temperature box.Can be provided as each kind of laboratory, medical treatment organization, food processing and produce the section etc. usage.Under the condition that the surroundings temperature continuously change, the usage constant temperature box, can make the temperature maintaining of the certain scope settle under the particular temperature, thus adapt the life and works.The temperature scope of the control is 50-120, The constant temperature box can with on-line enactment temperature, and carry on the solid hour to the temperature figures manifestation.When be placed in to set the appearance, figures tube manifestation enactment temperature,circulate, manifestation actual temperature.Design content including hardware and software two parts. The hardware mainly by at89S52 monolithic integrated circuit, the DS18B20 digit temperature sensor, 8155 piece of external memory, the relay, the LED nixietube and the alarm apparatus and so on is composed. Electricity schematic diagram including data acquisition, temperature demonstration, keyboard hypothesis, temperature control and reset circuit and so on several modules. The software part mainly has carried on mathematics modelling and the programming to the PID algorithm.The circuit design of the keyboard input from the set temperature signal to the microcontroller, Temperature Signal Acquisition Circuit collect temperature signal to the microcontroller, According to SCM input and feedback signal, the error for PID, the output control signals to the heating control circuit, Heating and achieve stop. Show circuit scene of the real-time monitoring of temperature. When actual temperature compares to set temperature big more than 2 degrees , then the pureexportation, thus stop to electric resistance silk of heating.When the actual temperature compares to set smaller than 2 degrees , taking the PID biggest value, carrying out the whole power exportation.among the two , carry out the PID calculate way control, control contact time that controvable silicon , regulate the electric resistance silk power.software part, the adoption PID control and the control project that time superior control combine together, carried out to control the speed quick, super adjust small, line control the accuracy is high and carry out the cost advantage of low etc..The hardware part adopts a machine to carry out the temperature control, not only have the control convenience, simple, vivid etc. advantage, and can is control with the significant exaltation the technique index sign of the temperature, raise the quantityof the product thus and consumedly.Keywords:Temperature，control，microcontroller，PID，algorithm, MATLAB目录绪论把温度作为被控参数进行研究无论在工业生产，还是在日常生活中，都已经变得非常适用和广泛了。
在工业生产中，例如冶金工业、化工生产、电力工程、食品加工、机械制造、医疗以及科研研究室等，人们对需要对温度进行监测和控制；而日常生活中的家用电器如电烤箱、微波炉、烘干箱、保温箱等等，也是我们不可或缺的。
因此，就恒温箱的研究就有极其重要的现实意义。
本设计系统主要由AT89S52单片机、8155片外存储器、继电器、27128片外存储器和DS18B20数字温度传感器等组成。
电原理图包括数据采集、BCD码转换和温度显示、键盘设定、温度控制和复位电路等几个模块。
通常，采用单片机系统来实现对温度的控制，不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度的提高被控温度的技术指标。
在本设计中，需要达到以下几点技术要求：（1）控制温度范围50-1200C，控制精度为2℃。
（2）温度采集数字量输入。
（3）键盘按键输入，具有设定功能。
（4）显示功能，数码管显示设定值及当前所测温度值。
（5）具有超温报警功能。
本课题应该解决的问题：在设计过程中，对硬件选型时一定要注意控制精度。
所选用的芯片必须达到我们设计任务书中的精度要求。
显然，恒温箱的微机系统的设计是一个闭环控制系统，虽然可以到达一定的精度，但是仍然有极限。
核心设计内容是硬件和软件部分，硬件是基础，在软件设计中，分析清楚各个功功能模块，如主程序，中断服务程序，以及包含在中断程序中的数据采集，PID控制，温度显示子程序。
第一章方案设计分析控制模块的选择，数字比较器与模拟控制器相比较，数字比较器具有以下几个优点：1、模拟调节器调节能力有限，当控制规律较为复杂时，就难以甚至无法实现。
而数字控制器能实现复杂控制规律的控制。
2、计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制。
3、数字控制器具有灵活性。
起控制规律可灵活多样，可用一台计算机对不同的回路实现不同的控制方式，并且修改控制参数或控制方式一般只可改变控制程序即可，使用起来简单方便，可改善调节品质，提高产品的产量和质量。
4、采用计算机除实现PID数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。
综合考虑，本设计控制模块采用数字PID调节器。
本系统是一个恒温箱的温度控制器。
其控温范围是50-120摄氏度。
控制器可以在线设定控制温度，并对温度进行实时数码显示。