基于PID算法的水温控制系统设计报告.doc

基于PID算法的水温控制系统设计报告【实用文档】doc
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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
ＨYＰERLIＮK\l＂_Tｏc４６59＂２系统的硬件设计3
HYPＥRLINK\l＂＿Toc110１＂2。1系统硬件构成概述３
HＹＰERＬINK\l"＿Ｔoc２0３14"２。２各单元总体说明4
HYPEＲLINK\l”＿Tｏc3１８92”2.３按键单元5
ＨYPＥＲLＩＮK\l”＿Toｃ12911”２。4ＬＣD液晶显示单元6
HYＰＥRＬIＮK\l"＿Ｔｏｃ8468”2。５温度测试单元7
2。6温度控制器件单元８
HYＰＥRLＩＮＫ\l”_Toc25４82"３恒温控制算法研究(PIＤ)PAＧEＲEF_Toc2548211
3．1PIＤ控制器的设计PAGEＲＥF＿Ｔｏc263３６1１
ＨYPERＬＩNK\l＂_Toc1６29＂3。2PID算法的流程实现方法与具体程序PAGEREF_Tｏc162912
HYPＥRLINK\l"_Tｏc5０81”4系统的软件设计PＡＧＥRＥF_Ｔoc５081１6
ＨYPEＲLＩNK\l”_Toc11839”4。1统软件设计概述PAGＥRＥF_Toc1183916
ＨYＰERＬINK\l＂＿Tｏｃ17０0６＂4.２系统软件程序流程及程序流程图ＰＡＧＥREF＿Ｔoｃ１7006１７
HＹＰＥRＬINK\l＂_Toc６124"4.3温度数据显示模块分析PAGEREF_Toc61241８
HＹPERLINK\l"＿Toc2783９”4。4测试分析PAGＥRＥF_Toc２7８39２0
ＨYPERLＩＮＫ\l"＿Toc309２”5模拟仿真结果PＡGEREF_Ｔoｃ３0９2２2

1系统总体设计方案论证
１。1设计要求
一种基于数字PID和单片机的温度控制系统设计。要求如下：
1、超调量≤1０％
2、温度可调，范围；K1=5０度Ｋ２＝60度K3＝7０度K4＝８0度
3、人—机对话方便
4、温度误差≤±1℃
1.２总体设计方案
在仿真设计中，先通过按键设置温度,然后通过温度传感器DS18B２０，从环境中采集温度,由单片机获取采集的温度值，经过处理后，可得到当前环境温度中一个比较稳定的温度值,并且通过LＣD液晶显示。再去根据当前设定的温度值进行比较,温度未达到预定的下限温度时,单片机将通过Ｐ２.6口连接的RELAＹ输出高电平控制信号来驱动ＲL1，使得加热棒工作,为系统提供热量，来升高温度。温度上升到预定上限温度时，单片机将通过P２。6口连接的REＬAY输出低电平控制信号来驱动RL1，使得加热棒停止加热,让温度慢慢回落［３］.
工作原理图如图1.1所示：

在设计中使用温度传感器DS18B20采集实时温度，使用PID算法控制加热炉仿真模型进行温度控制。ＤS1８B20是DALLAS公司生产的经典的数字温度传感器,具有低功耗、高性能、抗干扰能力、微型化、强易配处理器等等优点，它特别适合用于多点温度测控的系统,它可直接将温度转化成数字信号,交给单片机处理，并且在同一总线上可挂接多个传感器芯片,进行范围性的温度检测。在其内部集成了A／D转换器，可使电路结构更简单，且减少了温度测量转换时的精度损失.数字温度传感DS1８Ｂ２0只用一个引脚，即可与单片机进行连接了，这样大大的减少了设计中接线麻烦的问题，使得单片机可以节约许多端口。DS18B2０芯片的体积又比较小,且还是单线与主控芯片连接，于是在实际运用中,常常把数字温度传感器DS１8B20做成小型的测量温度的探头,即