PID智能化温度调节器

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1、智能化温度调节器的设计智能化温度调节器的设计周丽霞（岳阳长炼机电工程技术有限公司云溪分公司）[摘要]温度在工业控制中是个很重要的参数，特别在冶金、机械、食品、化工等工业中，对工件的处理温度都要求严格控制，对于温度的精确度和稳定性均有较高的要求。数字PID控制能够较好地解决控制精度的问题，并且计算机能够用程序既简单又方便地实现数字PID控制规律，对精度调整起来也很方便。因此，本文设计了一种基于数字PID算法的温度控制系统，用PIC16F877作为控制内核，并采用了数字PID算法对温度进行控制，具有精度高、稳定性好的特点。关键字：单片机PID控制温度控制系统A/D转换1绪论随着新技术的不断研发

2、与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度调节方式已不能满足高精度，高速度的调节要求，近几年来快速发展了多种先进的温度调节方式，如：PID调节，模糊调节，神经网络及遗传算法调节等。这些调节技术大大的提高了调节精度，不但使调节变得简便，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。本课题的任务是利用PIC单片机设计一台智能化温度控制器。单片机温度控制系统是以PIC单片机为控制核心，辅以A/D转换、光隔电路、PWM输出对电炉炉温进行控制的微机控制系统。要求如下：

3、1、对传感器进行选型并设计温度测量方法；2、设计合理的信号调理电路；3、以单片机为基础设计一个PID控制单元，进行PID控制；4、进行电路总体设计；5、要具有LCD显示和输入设备（可进行功能设置）。2方案介绍系统的组成：系统硬件电路由温度检测及变送、A/D转换器、单片机、键盘、显示、声光报警、手动自动控制及PWM输出模块组成。系统结构图如下图2-1：PWM输出传感及变送A/D转换PIC16F877单片机手动自动控制声光报警键盘显示图2-1单片机温度控制系统结构图原理：加热炉的温度变化范围为0~100℃，检测元件选用镍铬-镍硅热电偶，输出为mV级信号，将信号输入到智能传感器AD6938智能化

4、温度调节器的设计经冷端补偿、运算放大、零点迁移及量程调节后其输出直流电压范围为0~2V。将此电压送入12位A/DICL7109双积分转换器后，单片机PIC16F877通过数据端口（RB口）获得相应的表征炉温的数字量，该数字量经过数字滤波，通过单片机处理后，一方面送到LCD显示出测量得到的温度值，同时将测得的温度值与设定温度进行比较：当e＞DB（e为偏差，DB为误差带）时，系统进行对动态性能指标的检测，这里我们并不是对所有的动态性能指标进行检测，而是对该控制系统影响比较大的动态性能指标进行检测，如衰减率（或衰减比）、最大动态偏差、调节时间（又称回复时间）或振荡周期。当动态性能指标达不到我们的

5、要求时，说明系统已发生变化，以前的控制参数已经不适用于该系统了，系统自动转入整定状态，重新选择最佳控制参数对系统进行控制，当动态性能指标在我们的要求范围内时，说明系统状态良好，以前的动态性能指标还适用于该系统，系统自动转入PID状态；当e≤DB时，直接对系统进行PID运算控制。根据运算结果,控制器输出一表征控制量的数字量，通过PWM输出模块输出4~20mA的直流电流，改变调节阀的开度，从而达到对调节阀的控制，也就达到了对炉温的控制。当e大于报警限幅值即用户设置的最大偏差EB时，控制系统通知报警装置工作，发出声音报警，提醒工作人员注意，采取手动控制。本系统采用PID加自整定控制算法进行系统分

6、析和研究，系统框图如下图2-2所示，其中虚线框图为本课题研究范围。图2-2PID控制算法系统框图3温度控制系统硬件电路设计3.1系统控制系统控制部分包括控制器、键盘及显示、报警装置、PWM输出、手动自动时高低电平的检测、数据采集及滤波（包括A/D转换、数字滤波、限幅）等。可以说这一部分犹如人体的大脑，微型计算机的CPU一样重要，在该系统中，它负责各个部分的工作。3.1.1单片机系统的工作过程PIC16F877单片机是该系统的核心部件,因此,连接的部件较多,有ADCICL7109、键盘、LCD液晶显示、指示灯显示和报警装置、手动自动切换电平检测、时钟电路、复位电路、光隔电路等。下面将分别讲解

7、各部分的工作情况。3.1.1.1PIC16F877与ICL7109的连接及工作情况8智能化温度调节器的设计PIC16F877的RA0、RA1、RA2和RA3分别连接ICL7109的STATUS、HBEN、LBEN和RUN/HOLD，这是对ICL7109的控制部分。RA0通过查询方式检查STATUS的高低电平状态，为“1”时表示正在转换，为“0”时表示转换完毕，当16F877检测到为低电平时，就将ICL7109转换出的数