pid控制可调恒温系统设计毕业设计（论文）

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1、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

2、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-4-3.1AT89S52单片机-4-3.1.1AT89S52单片机功能简介-4-3.1.2AT89S52单片机信号引脚介绍-5-3.1.3AT89S52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-9-3.3.3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-12-4.1PID调节器控制原理-12-4.2数字PI

3、D参数整定-13-4.3PID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。控制器的输出经过输出接口、执行机构加在被控系统上，控制系统的被控量经过传感器、变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器和执行机构都不一样。比如压力控制系统要采用压力传感器，而温度控制系统要采用温度传感器。PID控制技术在现在最为成熟，控制结构简单，参数容易调整，不必求出被控对象的数学模型就可以调节，所以在恒温控制系统中通常采用PID算法。PI

4、D是比例（proportional）、积分（intergal）和微分(derivative)三者的缩写。PID调节器的三个基本参数kp(比例系数)、ki（积分系数）、kd(微分系数)的选择非常重要，它将直接影响一个控制系统的准确性。传统的PID控制电路结构复杂，需配合相应的可控硅控制电路来完成功率的调控。针对它具有器件多、生产成本高、电路调试复杂的缺点，本恒温自动控制系统的设计中应用AT89S52的单片机进行数字PID运算，能充分发挥软件系统的灵活性，在必要时针对PID算法进行修正，使其更加完善，固态继电器的功率调节

5、电路，极大地简化了执行电路，与单片机的接口也变得十分的方便。同时，只需要更换不同输出功率的固态继电器，就可满足不同功率加热系统的需要。由于设计的系统对温度动、静态指标要求要求不高，且允许有一定的温度偏差和允许调节的时间较长时，最流行控制方法还是继电接触器控制系统。因此本设计采用继电接触器控制系统。整个设计系统电路简单、调试方便、实际应用可达到理想的精度。第-20-页2总体方案的选择2.1方案一：利用数字PID实现恒温控制系统利用单片机系统实现温度恒定的控制，其总体结构图如图2.1所示。系统主要包括现场温度采集、实时温

6、度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、与报警装置和系统核心AT89S52单片机作为微处理器。图2.1方案一的系统总体结构框图温度采集电路以数字量的形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的PID控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使温度逐步稳定于用户设定的目标值。在温度到达设定的目标温度后，由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样得到的温度与设置的目标温度比较，做出相应的控制，开启加热器。当用户需要比实时温度低的温度

7、时，此电路可以利用风扇降温。2.2方案二：利用模拟PID调节实现恒温控制系统基于模拟PID调节的恒温控制系统由数字电路部分和模拟电路两部分组成，其控制系统的机构框图如图2.2所示。由按键设定某一温度，单片机对设定温度值进行查表计算后转换为对应的电压数字值，通过16位的数模转换器得到与之精确对应的电压信号，此电压值于热敏电阻实际测量的电压值进行比较产生一个误差信号，经过PID电路后，获得一个控制量给制冷元件构成实时闭环系统，同时实际测量的电压值并显示在液晶屏上。第-20-页图2.2方案二的系统结构框图通过方案一与方案二

8、的比较，我们可以看出，方案一具有以下几个优点：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，