数字PID温度控制器设计与实现.doc

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1、毕业综合实践课题名称：数字PID温度控制器设计与实现作者：学号：系别：电气电子工程系专业：电子信息工程技术指导老师：专业技术职务：实验师2016年3月浙江温州59课题摘要温度是重要的物理量，温度的测量和控制在工业生产和科研工作中都非常要。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。采用单片机进行温度控制，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显示意义。本文介绍了一种以MST430单片机为检测控制中心的数字式水温自动控制系统。温度测量部分采用，使系统简单可靠且易于操作。温

2、度设置部分采用四个独立按键组成，显示部分采用四位共阳数码管显示使系统变得简便而高效。温度控制采用PID数字控制算法通过计算偏差值来控制光耦合和可控硅的通断，从而控制加热器的加热程度。实际调试表明采用PID算法能使温度稳定在设定值附近。关键词:PID算法单片机温度控制光耦合可控硅59目录1引言42系统设计方案与选择52.1单片机的选择52.2系统控制方式62.3系统控制方式72.4显示驱动电路72.5数字温度传感器72.6显示部分82.7电源电路82.8按键电路92.9最终方案确定93硬件设计93.1硬件设计的基本原则103.2系统硬件的基本组成部分103.3主要单元的电

3、路设计113.3.1单片机控制电路设计113.3.2系统时钟电路113.3.3显示电路设计113.3.4按键电路123.3.5滤波电路设计133.3.6过零检测电路设计133.3.7数据转换电路143.3.8输出控制电路143.3.9电源电路154主要单元的PCB设计165系统软件的设计与实现175.1软件设计的基本原则17595.2系统软件功能设计175.3软件总体设计185.4主要模块软件设计185.4.1初始化模块的软件设计185.4.2显示模块的软件设计205.4.3定时中断模块的软件设计305.4.4PID算法模块的软件设计315.4.5过零检测输出控制中断模块的软件设计

4、33结论33致谢34参考文献35附录一主机原理图36附录二部分时数字PID温度控制器PCB图37附录三程序清单38591引言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。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制,随着科技进步和生产的发展,这类设备对温度的控制要求越来越高,除控温精度外,对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求,显而易见常规控制难于满是这些工艺要求。随者微电子技术的发展,采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热已成为现实。采用单片机来对温度进行控制不仅具有控制方便、简単灵活性等优点,而且可以大幅度提高被

5、控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量,比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好的多.微机控制系统的快速计算、灵活多样的逻辑判断和高效的信息加工能力使自动控制进入了更高一级的领域,提高了生产过程的自动化程度,减少了人工干预,并不断地完善和满足工农业生产和国防科技日益增长的需要。微机控制系统由于具有成本低、体积小、功耗小、可靠性高和使用灵活等特点,因而广泛的应用工农业生产、交通运输、国防建设和空间技术等各个领域。其控制对象己从单一的工厂流程扩展到企业生产过程的管理和控制.随着微机和单片机的推广使用,实現信息自动化与过程控制相结合的分级分布式计算机控制,使计算机控

6、制技术的水平发展到一个崭新的阶段。现在,许多常规的控制仪表和调节器已经为计算机所取代。计算机不断地监视整个生产过程,对生产中的各个参数进行采样,迅速进行复杂的数据处理,打印和显示工艺过程的统计数字和参数,并发出各种控制命令。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价値的。系统总体设计思路为当系统上电后数码管会显示当前的温度,然后等待按键输入设定值,设定完毕后系统开始温度自动控制过程,如果当前温度高于设定温度系统会断开光耦器件及可控硅使水温冷却.如果当前温度低于设定温度,若低于2度以上系

7、统会采取全加热的方式.如果温差小于2度则采用PID算法进行控制加热。定时器0每半秒钟会进行一次温度采样然后与设定值进行比较比较出来的值将会决定定时器59控制的可控硅器件的通断时间长短,从而实现对温度的精确控制。1系统设计方案与选择1.1单片机的选择随着集成电路技术的发展,单片微型计算机(单片机)的功能也不断增强,许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点,成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件,在工业生产中成为必不