一種基于數(shù)字pid 和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【開(kāi)題報(bào)告】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)文）開(kāi)題報(bào)題報(bào)告題目：一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)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(yùn)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(jiàn)的變量。而其中，溫度是一個(gè)最重要的過(guò)程變量，可以說(shuō)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(jī)械工業(yè)、電力工業(yè)、食品工業(yè)等等領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐的溫度進(jìn)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(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的

2、高性能需求。人們開(kāi)始運(yùn)用單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制簡(jiǎn)單、方便、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，且可以大幅度提高被測(cè)量溫度的要求指標(biāo)，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(shí)代所淘汰。因而，運(yùn)用單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到的技術(shù)問(wèn)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(wèn)題。想要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，就必須對(duì)與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的一些重要過(guò)

3、程變量，進(jìn)行嚴(yán)格的控制管理。溫度的控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常見(jiàn)的變量參數(shù)之一，對(duì)溫度控制的精確度，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。及時(shí)準(zhǔn)確地獲得溫度信息并對(duì)其進(jìn)行精確的控制，在工業(yè)場(chǎng)合中都是最重要的一個(gè)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(jī)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(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在控制過(guò)程中，系統(tǒng)采用的是數(shù)字PID控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的。

4、傳統(tǒng)PID控制電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜（不適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求），對(duì)溫度進(jìn)行控制時(shí)需要配合可控硅控制電路才能實(shí)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(fù)雜。在設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)時(shí)，要是運(yùn)用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)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(jiǎn)單和靈活性大等等優(yōu)點(diǎn)。70年代以來(lái)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，隨著電子技術(shù)領(lǐng)域飛速發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法不斷成熟的背景推動(dòng)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(guó)等國(guó)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(yùn)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(yùn)用硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)完成溫控，該系統(tǒng)主要是反應(yīng)速度快，但可靠性卻比較低，能夠控制的精度肯定也不高，實(shí)際使用的靈活性不大，線(xiàn)路連接會(huì)很復(fù)雜，系統(tǒng)調(diào)試和安裝也都不是很方便，一般難以在實(shí)際中運(yùn)用起來(lái)。2.FPGACPLD或采用帶有

6、IP內(nèi)核的FPGACPLD方式。即用FPGACPLD來(lái)全套完成溫度采集、溫度信號(hào)儲(chǔ)蓄、溫度顯示及AD等的功能，測(cè)量和控制由IP內(nèi)核來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)是操作會(huì)比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是調(diào)試過(guò)程相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，且成本會(huì)很高，不適合被普及的使用，市場(chǎng)的潛力不大。3.運(yùn)用高精度的溫度傳感器（本設(shè)計(jì)中用DS18B20）采集溫度，然后傳送給單片機(jī)。即用單片機(jī)來(lái)完成信息接受、人機(jī)交互、信息處理、系統(tǒng)控制，由數(shù)字溫度傳感器DS18B20來(lái)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(diǎn)。本次基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想是：本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元運(yùn)用PID控制算法，仿真實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，使用PID算法控制加熱爐仿真模型進(jìn)行溫度控制，總體實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制仿真系統(tǒng)。在仿真設(shè)計(jì)中，先通過(guò)按鍵設(shè)置溫度，然后通過(guò)溫度傳感器DS18B20，從環(huán)境中采集溫度，由單片機(jī)獲取采集的溫度值，經(jīng)過(guò)處理

8、后，可得到當(dāng)前環(huán)境溫度中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，并且通過(guò)LED數(shù)碼管顯示。再去根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度值的上下限，溫度未達(dá)到預(yù)定的下限溫度時(shí)，單片機(jī)蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)輸出高電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)加熱爐工作，為系統(tǒng)提供熱量，來(lái)升高溫度。溫度上升到預(yù)定上限溫度時(shí)，單片機(jī)向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)輸出低電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)加熱爐停止加熱，讓溫度慢慢回落。當(dāng)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(shí)，或者因溫度傳感頭

9、出現(xiàn)故障，導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到溫度限內(nèi)的時(shí)，單片機(jī)向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)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(xiàn)的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，使其控制系統(tǒng)體積會(huì)很大，耗電會(huì)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(shì)必將會(huì)被淘汰，也不可能在我們的日常生活中被廣泛的應(yīng)用。從70年代以來(lái)，由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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