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. w+ Z4 C6 }$ B) Z5 V; M9 n$ l4 f基于PID的温度控制系统设计
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/ d, A8 P! h1 N, h. `摘 要) ?+ `. |( g9 m
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。) b# M h& \4 }, }4 D
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。# f4 I2 {4 p2 M* Y4 a- e1 m
关键词：温度检测，温度控制，PID算法! w$ K% Q# J9 g0 i
# F. x( I( A$ u( ^
0 _1 A4 K- [8 r目录! L" Y, e0 ` X$ W8 v
摘 要 III4 S3 w8 {* n' H4 k6 E7 _
Abstract IV
" U6 z# T1 ]. u! ~* i2 |2 i/ {1绪论 1
! j) x8 Y, y- F1.1课题的来源 1
5 X$ [3 y4 y6 t% C# e, u1.2课题的意义 1
$ c# ^0 l; D. K$ D' W9 @; G I1.3课题研究的主要内容 1* `8 o7 i* ~* A8 U
2硬件设计 3) ?( |" K: P- l: c
2.1单片机控制模块的设计 3
; i7 f! Z) t- D& j7 U2.1.1 AT89C52单片机简介 3
2 ]5 J0 G4 y H2.1.2 单片机的引脚功能 49 `$ y5 p/ ?9 |# T! m- V- c. R" z
2.1.3 单片机控制模块的电路设计 5) \# x* ~! H2 i
2.1.4 电源设计 6
# W, r8 k& A( H$ |4 o# ]2.2温度采集模块的设计 7
. G. G/ Y* x( l- Q. G2.2.1 DS18B20芯片的简介 7
# j/ m3 Q5 B! I9 |8 \: X S2.2.2 DS18B20的内部结构 8
W+ ^- i7 ~: E2.2.3 DS18B20的供电方式 10
! `7 T7 y' @. P, w2.2.4 DS18B20的引脚功能 10
/ P2 `8 j* O0 [0 a9 j9 k2.3温度控制模块的设计 11, L, J$ G- F. A8 b F
2.4按键及显示模块的设计 12. d1 U: }# ~7 E) n% Q* C
2.4.1 LCD1602的参数和引脚功能 12, R9 T1 [* [9 u2 M8 W7 h, S+ c9 u
2.4.2 LCD1602的特点 13
: t. Y9 m$ L3 p2 G2.4.3 按键电路的设计 13' H# j& h; I& P! k; n! n
2.5报警模块的设计 14
7 b: v) Q. i, o# S) G2 v5 m3软件设计 16: ?0 X/ o0 M$ H* o I* U' E+ T
3.1主程序的设计 16& T& ^7 c8 j8 S' P" V. _& Y
3.2DS18B20读温度程序的设计 16
0 m5 D5 r/ }1 t4 {$ l4 e3 Q3 F3.3键盘扫描程序的设计 175 K% p. V& g2 `: g3 D
3.4报警处理程序的设计 18
. q$ Z8 M! M6 R% _9 r- N, o# A3.5PID控制算法 18/ q3 `+ ^7 U: N# T0 {* [% c {
4系统仿真 228 a2 T+ o7 g2 `5 t" d
参考文献 27
! B' n/ P9 {$ W9 j1 R3 U2 u9 |7 ~致谢 28
6 T2 u/ `3 J; m1 q附录 29
% K: _/ e: H% ]% n* |# v% u' g6 I7 y B" i l
& d) N$ L8 _ E0 J8 P
1绪论, a- G3 C8 g/ U: u" M& q
1.1课题的来源
7 w( Q" s3 ^) A1 I0 ]. E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。以及各种各样的加热炉、热处理器等，都对温度有着严格的要求。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的通常是电压，再转换成相应的温度值，在硬件方面是个难点，而且从设计和调试的角度来讲都是很复杂的，以及高昂的制作成本。但采用DS18B20作为温测元件，然后用单片机对温度进行控制，可以大幅度提高温度控制的技术指标，而且还具有控制方便、简单、灵活等特点。单片机已经渗透到我们生活的各领域，仪表仪器、家用电器、航空航天、计算机通讯网络和数据的传输，包括工业自动化的实时控制和数据处理等，这些都离不开单片机。用单片机可构成丰富多样的数据采集系统和控制系统。像工厂流水线智能化的管理、电梯智能化的控制、多种报警系统，都可以与计算机联网构成二级控制系统等。
1 S+ I) @ f9 H* ~* v1.2课题的意义
b& r8 n2 Q# c9 U2 J: {温度传感器是测量温度的关键，现在温度传感器正由模拟式向数字式、集成化向智能化、网络化的方向发展。在测量温度的电路中，使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，先进行A/D转换，然后用单片机进行数据的处理，再在显示电路上，将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换电路，因此电路的设计比较复杂。
: v2 H7 V8 j- }$ E继而想到可以采用智能温度传感器来设计数字温度计。本数字温度计的设计采用美国半导体公司DALLAS推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，其温度值可以直接被读出来，通过单片机AT89C52的读写和显示，然后用LCD1602来进行显示。它的测温范围为－55℃～＋125℃，最大分辨率可达0.0625℃。而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
% t$ U0 e T% E5 p7 g1.3课题研究的主要内容
7 k4 n- d5 a- M9 o8 Z1、总体设计的内容# I; z2 |% W& a1 I; K
总体设计的主要内容有：利用单片机作为系统的主控制器，利用DS18B20作为温度传感器，将信号送入单片机进行处理，经过PID算法后，单片机的输出用来控制加热棒的输出功率，从而实现对温度的控制。
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. P, S6 G0 Q: i' t0 `8 V0 T' D5 F6 E, }7 h S1 ]. e
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发表于 2020-1-19 11:30
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