一種基于數(shù)字pid 和單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計【開題報告】

1、畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）開文）開題報題報告題目：一種基于數(shù)字PID和單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)：電子信息工程一、選題的背景、意義現(xiàn)代工業(yè)高速運轉(zhuǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中：壓力、溫度、流量和液位是四種最常見的變量。而其中，溫度是一個最重要的過程變量，可以說是工業(yè)生產(chǎn)的命脈所在。如：在化工工業(yè)、冶金工業(yè)、機械工業(yè)、電力工業(yè)、食品工業(yè)等等領(lǐng)域，都需要對各種加熱爐的溫度進行精確的控制。可是，用尋常的溫度控制的方法，受潛力所限，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的

2、高性能需求。人們開始運用單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制簡單、方便、靈活性大等優(yōu)點，且可以大幅度提高被測量溫度的要求指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，使得企業(yè)不被高速發(fā)展的工業(yè)時代所淘汰。因而，運用單片機來對溫度進行控制，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常會遇到的技術(shù)問題。所有工業(yè)生產(chǎn)的最終目的都是為了獲得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，從而取得盈利。于是產(chǎn)品質(zhì)量的控制就成為了工業(yè)生產(chǎn)的核心問題。想要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，就必須對與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的一些重要過

3、程變量，進行嚴格的控制管理。溫度的控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中最常見的變量參數(shù)之一，對溫度控制的精確度，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。及時準確地獲得溫度信息并對其進行精確的控制，在工業(yè)場合中都是最重要的一個技術(shù)環(huán)節(jié)。不同產(chǎn)品和不同工藝要求下的溫度控制，所采用的控制方式和加熱方式都是不一樣的?，F(xiàn)今基于數(shù)字PID和單片機的溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上已經(jīng)被廣泛的使用，此系統(tǒng)的任務(wù)是對溫度進行實時監(jiān)控。在控制過程中，系統(tǒng)采用的是數(shù)字PID控制算法來實現(xiàn)其功能的。

4、傳統(tǒng)PID控制電路結(jié)構(gòu)相當?shù)膹碗s（不適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求），對溫度進行控制時需要配合可控硅控制電路才能實現(xiàn)，此系統(tǒng)不僅器件煩多，生產(chǎn)成本高，而且電路調(diào)試還很復雜。在設(shè)計溫度控制系統(tǒng)時，要是運用單片機來進行數(shù)字PID運算，這樣可以充分發(fā)揮其軟件系統(tǒng)的靈活性，可以使得工業(yè)生產(chǎn)中控制方便，簡單和靈活性大等等優(yōu)點。70年代以來，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，隨著電子技術(shù)領(lǐng)域飛速發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計方法不斷成熟的背景推動下，溫度控制系統(tǒng)正在逐漸趨于

5、成熟化發(fā)展，且在智能化方面也取得了一定的成果。在此領(lǐng)域中日本，美國等國家的技術(shù)處于領(lǐng)先位置，他們已經(jīng)率先生產(chǎn)出了一些商品化的溫度控制產(chǎn)品，已經(jīng)被廣泛的運用到了人們的日常生活中了。新型的溫度控制系統(tǒng)的誕生，為現(xiàn)1.運用硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)來完成溫控，該系統(tǒng)主要是反應速度快，但可靠性卻比較低，能夠控制的精度肯定也不高，實際使用的靈活性不大，線路連接會很復雜，系統(tǒng)調(diào)試和安裝也都不是很方便，一般難以在實際中運用起來。2.FPGACPLD或采用帶有

6、IP內(nèi)核的FPGACPLD方式。即用FPGACPLD來全套完成溫度采集、溫度信號儲蓄、溫度顯示及AD等的功能，測量和控制由IP內(nèi)核來實現(xiàn)。優(yōu)點是操作會比較簡單，缺點是調(diào)試過程相當?shù)膹碗s，且成本會很高，不適合被普及的使用，市場的潛力不大。3.運用高精度的溫度傳感器（本設(shè)計中用DS18B20）采集溫度，然后傳送給單片機。即用單片機來完成信息接受、人機交互、信息處理、系統(tǒng)控制，由數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集和轉(zhuǎn)換溫度。此種方案克服了方案

7、一和方案二的缺點。本次基于數(shù)字PID和單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的基本思想是：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，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)。在仿真設(shè)計中，先通過按鍵設(shè)置溫度，然后通過溫度傳感器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

8、后，可得到當前環(huán)境溫度中一個比較穩(wěn)定的溫度值，并且通過LED數(shù)碼管顯示。再去根據(jù)當前設(shè)定的溫度值的上下限，溫度未達到預定的下限溫度時，單片機蜂鳴器發(fā)送高電平信號使其發(fā)出警報生，同時輸出高電平控制信號來驅(qū)動加熱爐工作，為系統(tǒng)提供熱量，來升高溫度。溫度上升到預定上限溫度時，單片機向蜂鳴器發(fā)送高電平信號使其發(fā)出警報生，同時輸出低電平控制信號來驅(qū)動加熱爐停止加熱，讓溫度慢慢回落。當因環(huán)境溫度變化劇烈或因加熱、降溫設(shè)備出現(xiàn)故障時，或者因溫度傳感頭

9、出現(xiàn)故障，導致在一段時間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到溫度限內(nèi)的時，單片機向蜂鳴器發(fā)送高電平信號使其發(fā)出警報生。傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，采用的控制技術(shù)是繼電控制，其采用的是固定接線的硬件實現(xiàn)邏輯控制，使其控制系統(tǒng)體積會很大，耗電會很多，效率又不高，且很容易出現(xiàn)故障，維修又不方便，保證不了正常高效的工業(yè)生產(chǎn)，勢必將會被淘汰，也不可能在我們的日常生活中被廣泛的應用。從70年代以來，由于工業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)控制的需要，特別是在電子技術(shù)領(lǐng)域飛速發(fā)展，以及自