基于PID算法的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計報告

基于 PID 算法的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計報告12020 年 4 月 19 日文檔僅供參考基于 PID的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計摘要本次設(shè)計采用 proteus 仿真軟件，以AT89C51 單片機做為主控單元，運用 PID 控制算法，仿真實現(xiàn)了一個恒溫控制系統(tǒng)。設(shè)計中使用溫度傳感器 DS18B20采集實時溫度，不需要復(fù)雜的信號調(diào)理電路和A/D 轉(zhuǎn)換電路，能直接與單片機完成數(shù)據(jù)的采集和處理，使用PID 算法控制加熱爐仿真模型進行溫度控制，總體實現(xiàn)了一個恒溫控制仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計中包含硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，硬件設(shè)計包含顯示模塊、按鍵模塊、溫度采集模塊、溫度加熱模塊。軟件設(shè)計的部分，采用分層模塊化設(shè)計，主要有：鍵盤掃描、按鍵處理程序、液晶顯示程序、繼電器控制程序、溫度信號處理程序。另外以AT89C51 單片機為控制核心，利用 PID 控制算法提高了水溫的控制精度，使用PID控制算法實施自動控制系統(tǒng)，具有控制參數(shù)精度高、反映速度快和穩(wěn)定性好的特點。關(guān)鍵詞： proteus仿真， PID，AT89C51，DS18B20溫度控制22020 年 4 月 19 日文檔僅供參考目錄1系統(tǒng)總體設(shè)計方案論證 .11.1設(shè)計要求 .11.2總體設(shè)計方案 .22系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .32.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成概述 .32.2各單元總體說明 .42.3按鍵單元 .52.4 LCD 液晶顯示單元 .62.5溫度測試單元 .72.6溫度控制器件單元 .83恒溫控制算法研究（ PID） .錯誤 !未定義書簽。3.1PID控制器的設(shè)計 .123.2PID算法的流程實現(xiàn)方法與具體程序. .154系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .204.1統(tǒng)軟件設(shè)計概述 .2032020 年 4 月 19 日文檔僅供參考4.2系統(tǒng)軟件程序流程及程序流程圖214.3溫度數(shù)據(jù)顯示模塊分析224.4測試分析275 模擬仿真結(jié)果錯誤 !未定義書簽。1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案論證1.1設(shè)計要求一種基于數(shù)字PID 和單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計。要求如下：1、超調(diào)量 10%2、溫度可調(diào)，范圍；K1=50 度 K2=60 度 K3=70 度 K4=80 度3、人機對話方便4、溫度誤差11.2總體設(shè)計方案在仿 真設(shè)計 中，先經(jīng) 過 按鍵設(shè)置 溫 度，然后 經(jīng) 過溫度傳 感器42020 年 4 月 19 日文檔僅供參考DS18B20，從環(huán)境中采集溫度，由單片機獲取采集的溫度值，經(jīng)過處理后，可得到當前環(huán)境溫度中一個比較穩(wěn)定的溫度值，而且經(jīng)過LCD液晶顯示。再去根據(jù)當前設(shè)定的溫度值進行比較，溫度未達到預(yù)定的下限溫度時，單片機將經(jīng)過P2.6 口連接的RELAY輸出高電平控制信號來驅(qū)動RL1，使得加熱棒工作，為系統(tǒng)提供熱量，來升高溫度。溫度上升到預(yù)定上限溫度時，單片機將經(jīng)過P2.6 口連接的RELAY輸出低電平控制信號來驅(qū)動 RL1，使得加熱棒停止加熱，讓溫度慢慢回落3 。工作原理圖如圖 1.1 所示：在設(shè)計中使用溫度傳感器 DS18B20采集實時溫度，使用 PID 算法控制加熱爐仿真模型進行溫度控制。 DS18B20是 DALLAS公司生產(chǎn)的經(jīng)典的數(shù)字溫度傳感器，具有低功耗、高性能、抗干擾能力、微型化、強易配處理器等等優(yōu)點，它特別適合用于多點溫度測控的系統(tǒng)，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，交給單片機處理，而且在同一總線上可掛接多個傳52020 年 4 月 19 日