單片機(jī)溫度控制及PID控制程序的設(shè)計(jì)

1、河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)溫度控制及pid控制程序的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：系（部）：電子信息工程系專(zhuān) 業(yè)：電氣自動(dòng)化指導(dǎo)教師：2008年 5 月16 日河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文）摘要隨著生產(chǎn)的發(fā)展，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，熱電設(shè)備對(duì)溫度的控制要求也越來(lái)越高。隨著 人們生活水平的提高，對(duì)日常用品的自動(dòng)化也提出了更高的要求，單片機(jī)的不斷更新?lián)Q代， 既要滿(mǎn)足了上述的要求，又要達(dá)到提高自動(dòng)化品質(zhì)的目的。因此設(shè)計(jì)出此溫度控制系統(tǒng)。本 溫度控制系統(tǒng)的對(duì)象是一熱水電磁爐的水溫，深入日常生活，要求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有軟硬件 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高（即不易出錯(cuò)）等特點(diǎn)。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) pid a/d反饋 并行

2、i/o 口3abstractwith the development of the production, in industry, the equipment to control temperature rising demand, as peoples living standards improve, the automation of daily necessities also a higher demand, the continuous upgrading of scm, meet the above requirements, to achieve the purpose o

3、f quality control. the temperature control system is the object of a hot water resistance furnace, for daily life, requested by the design of hardware and software systems with simple, low-cost, high reliability (that is, less error-prone), and other characteristics. the design of the system while t

4、hese characteristics for the purpose of the design.keyword:mcu pid a / d feedback lpt i / o port目 錄第一章緒論1第一節(jié) 引言1第二節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的宗旨1第二章系統(tǒng)概述2第一節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2第二節(jié)系統(tǒng)主要硬件簡(jiǎn)介3一、mcs-51系列8051單片微機(jī)簡(jiǎn) 介3二、zlg7289a（串行接口 8位led數(shù)碼管及64鍵鍵盤(pán)智能控制芯片） 3第三章測(cè)溫及控制執(zhí)行電路的設(shè)計(jì)5第一節(jié)測(cè)量電路5第二節(jié)控制執(zhí)行電路6一、moc304工作原理6二、執(zhí)行電路7第四章采用pid控制算法的原因8第一節(jié)pid控制器的應(yīng)用 8第二節(jié)

5、pid調(diào)節(jié)溫度的分析 9一、溫度控制的基本方法9二、pid參數(shù)的確定11第三節(jié) 抗干擾的設(shè)計(jì) 11一、產(chǎn)生干擾的原因以及結(jié)果 11二、抗干擾的措施12第五章分析與結(jié)論15參考文獻(xiàn)16致 謝17附錄1 18河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文）第一章緒論第一節(jié)引言隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)的功能也不斷增強(qiáng)，許多高性能的新型機(jī) 種不斷涌現(xiàn)出來(lái)。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)， 稱(chēng)為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱(chēng)為必不可少的器件，尤其 是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。pid控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性能好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于可建立精確數(shù)

6、 學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。在控制理論和技術(shù)飛速發(fā)展的今天，工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域仍有近 90%的回路在應(yīng)用pid控制策略。pid控制中一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題便是 pid參數(shù)的整定。但是 在實(shí)際的應(yīng)用中，許多被控過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，具有高度非線(xiàn)性、時(shí)變不確定性和純滯后等特 點(diǎn)。在噪聲、負(fù)載擾動(dòng)等因素的影響下，過(guò)程參數(shù)甚至模型結(jié)構(gòu)均會(huì)隨時(shí)間和工作環(huán)境的 變化而變化。這就要求在pid控制中，不僅pid參數(shù)的整定不依賴(lài)于對(duì)象數(shù)學(xué)模型，并且 pid參數(shù)能夠在線(xiàn)調(diào)整，以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求。智能控制是一門(mén)新興的理論和技術(shù)，它 是傳統(tǒng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，主要用來(lái)解決那些傳統(tǒng)方法難以解決的控制對(duì)象參數(shù)在大范 圍變化的問(wèn)題，其思想是

7、解決 pid參數(shù)在線(xiàn)調(diào)整問(wèn)題的有效途徑。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)更是起到了不可替代的核心作用。本溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的對(duì)象是一熱水電磁爐，用單片機(jī)控制對(duì)電磁爐水溫的調(diào)節(jié)，達(dá) 到想要的溫度，要求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有軟硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高（即不易出 錯(cuò)）等特點(diǎn)。第二節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的宗旨1 .用于電磁爐的溫度控制結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)2 .盡量降低成本3 .可靠性高（抗干擾性能好）本文將分析應(yīng)用單片機(jī)中的pid調(diào)節(jié)程序?qū)﹄姶艩t的控制，以及其測(cè)控電路第二章系統(tǒng)概述第一節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)介本系統(tǒng)是通過(guò)pid方法來(lái)調(diào)節(jié)電磁爐的溫度，pid算法通過(guò)在mcs5仲編程來(lái)實(shí) 現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)的框圖如下：鍵盤(pán)輸入和顯示驅(qū)動(dòng)電路14idp 溫度

8、控制mcs51a/d執(zhí)行電路測(cè)溫電路圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)鍵盤(pán)輸入需要穩(wěn)定的溫度，同時(shí)控制程 序也啟動(dòng)：測(cè)溫電路將電磁爐的當(dāng)前溫度通過(guò) a/d反饋到單片機(jī)中，即控制程序 中，控制程序?qū)?dāng)前的溫度和設(shè)定值比較輸出控制信號(hào)， 到執(zhí)行電路，以達(dá)到控 制電磁爐溫度的目的。其中測(cè)量電路通過(guò)pt100熱電阻來(lái)傳遞溫度，通過(guò)測(cè)量電路將其轉(zhuǎn)換成電壓 信號(hào)，在通過(guò)a/d將信號(hào)輸送到mcs5憚片機(jī)內(nèi)部，以備控制程序的使用。而執(zhí)行電路采用可控硅調(diào)節(jié)方式。雙向可控硅在 50hz交流電源和加熱絲電 路中，只要在給定周期里改變可控硅的接通時(shí)間，就能達(dá)到改變加熱功率的目的， 從而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。

9、主程序電路圖見(jiàn)附錄1第二節(jié)系統(tǒng)主要硬件簡(jiǎn)介一、mcs-51系列8051單片微機(jī)簡(jiǎn)介8051單片微機(jī)封裝形式為雙排直列式結(jié)構(gòu)（dip）,引腳共40個(gè)。mcs- 51單片機(jī)的典型芯片是8051,其內(nèi)部基本組成為：一個(gè)8位的中央處理器（cpu, 256byte片內(nèi)ram 單元，4kbyte掩膜式rom 2個(gè)16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，四個(gè)8位的并行i/o 口（p0, p1, p2, p3）, 一個(gè)全雙工用行口 5個(gè)中斷源，一個(gè) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生電路。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決 定了單片機(jī)具有體積小、成本低、可靠性高、 應(yīng)用靈活、開(kāi)發(fā)效率高、易于被產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)， 使其具有很強(qiáng)的面向控制的能力，在工業(yè)自動(dòng) 化控制

10、、家用電器、智能化儀表、機(jī)器人、軍g) pl 0(t2 ex) pi 1 pi 2 pi 3 pl * p1 5 pi e pl 7 ret(rxo) p3 0 匚ctxd) p3 1 匚 (into) p3.2 匚 (ffjti) p3.3 c：ra)p3j (t1) p3 5 匚(wr) f3手匚 (f?d) pj.7 rxtal2 uxtal1 rgnd匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚 vcc po q p0 1 d po 2 v po. i p p0.4 口 pa.5 ia po.g w j po. 7 wvpf ale/p1 zp5emt 6 p2 4 相 pz.3 (fl3 p2 2 p2.1

11、zl p2 0 3圖2-2 mcs-51引腳圖事裝置等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。二、zlg7289a（串行接口 8位led數(shù)碼管及64鍵鍵盤(pán)智能控制芯片）zlg7289a是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管或64只獨(dú)立led的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片該芯片同時(shí)還可連接多達(dá) 64鍵的鍵盤(pán)矩陣單片即可完成led顯示、鍵盤(pán)接口的全部功能zlg7289a內(nèi)部含有譯碼器可直接接受bcd碼或16進(jìn)制碼并同時(shí)具有2種譯 碼方式參看后文此外還具有多種控制指令如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址 等。zlg7289a具有片選信號(hào)可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤(pán)接口.a/d轉(zhuǎn)換器選用a/d574。典型應(yīng)用：

12、儀器儀表、工業(yè)控制器、條形顯示器、控制面板三、moc304的介紹光隔離/光耦合過(guò)零觸發(fā)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器 moc3041列具有體積小、壽命長(zhǎng)、功耗小、無(wú)觸點(diǎn)、價(jià)格低廉、無(wú)噪聲、觸發(fā)電路簡(jiǎn)單可靠、抗干擾能力強(qiáng)、 輸入輸出完全隔離，能承受7.5kv的高壓而保持良好的絕緣性能，使其工作溫度 在40+100c等優(yōu)點(diǎn)，用于控制固態(tài)繼電器，工業(yè)控制器，電機(jī)，螺管線(xiàn)卷 等，具有較大的輸出能力，所以在微機(jī)控制的接口系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。moc304系歹的主要性能指標(biāo)：典型值最大值a a 100 a a1.5v1 .輸入led(1)反向漏電流0.05(2)正向壓降1.3v(if=30ma)2 .輸出檢測(cè)器(1)

13、 led截止時(shí)漏電流2na 100 na(2) led導(dǎo)通時(shí)峰值電壓 1.8v 3v(3)破壞電壓400v3 .耦合特性：(1) led觸發(fā)電流15ma(2)隔離電壓7500v第三章測(cè)溫及控制執(zhí)行電路的設(shè)計(jì)第一節(jié)測(cè)量電路在我們的測(cè)溫度的電路中，通過(guò)pt100把所測(cè)的數(shù)據(jù)的通過(guò)電壓的形式輸入 到單片機(jī)里面作為我們所要處理的信號(hào)，通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，顯示出來(lái)便于控制。這個(gè)就是我們這個(gè)試驗(yàn)所用到的測(cè)量溫度的電路。圖3-1中ic1為高穩(wěn)定度基準(zhǔn)源mc1403其輸入電壓范圍為4.515v;輸出電壓為2.42.6v;溫度系數(shù)為10x10-6/c.ic2,ic3可選用低輸入失調(diào)電壓，低溫標(biāo)運(yùn)算放

14、大器icl7650等。這個(gè)電路中，根據(jù)運(yùn)算放大器的特點(diǎn)及電路理論，可以得到如下的關(guān)系:ua - un u 0 - unr0rtupr31un = ua uar3r22(1)令rt = r0 +ar,其中ar正比于溫度的變化。解上式可得:uau 0r2r0(2)所以5uau0 二一10u 0 = rr0(3)以t=0 c時(shí)作為參考點(diǎn),溫度變化 0c以上時(shí)， r0時(shí)；溫度變化0 c以下時(shí)， rgt _r u -3 -w =,. uai叱學(xué) hfeimbhj: -|i 5.s-ll 1ruji j，于人卜人中+1-htrrl&hm kkb【司1too a-ir w. ii l-tilir 1crzi

15、q i qo 曰 ihhhfebbht &lsbhbhhmfl一曰lcccclcl-f* !卜丹 5 d i|c ri r ehi i lllll，門(mén)- -直一|苣1|;工衛(wèi)et-ji闔|a i ; r rnlmli k副口尸k1rm*t7k_ r - -of r- t t-js|1 十 r -.= iiiikl zrtjfts- 1 i- :；，：二一：；：;, ：b-；u- :, ,：. :.：,!.! - j r：?jiǎn)?；l：it工 土工 w - u h . 1 arr ra hu* 缶2口口 痙is吉一二口舌 t醞-if附表一畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) （指導(dǎo)教師填）題目名稱(chēng)單片機(jī)溫度控制及

16、pid控制程序的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名王保樂(lè)所學(xué)專(zhuān)業(yè)電氣自動(dòng)化班級(jí)05電氣自動(dòng)化技術(shù)班指導(dǎo)教師姓名梅楊所學(xué)專(zhuān)業(yè)職稱(chēng)一、設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容及進(jìn)度二、主要技術(shù)指標(biāo)（或研究目標(biāo)）三、進(jìn)度計(jì)劃四、重要參考文獻(xiàn)1何立民：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用文集，北京航空航天大學(xué)出版社，19942涂時(shí)亮，張友德：?jiǎn)纹C(jī)控制技術(shù)，復(fù)旦大學(xué)出版社，19943翁思義，楊平：自動(dòng)控制原理，中國(guó)電力出版社，2001教研室主任簽字:年 月 日附表二畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 （學(xué)生填）題目名稱(chēng)單片機(jī)溫度控制及 pid控制程序的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名王保樂(lè)專(zhuān)業(yè)電氣自動(dòng)化班級(jí)05電氣自動(dòng)化技術(shù)班、選題的依據(jù)和意義、國(guó)內(nèi)外研究綜述三、設(shè)計(jì)（或研究）的內(nèi)容河南工程學(xué)院

17、畢業(yè)設(shè)計(jì)年 月 日24四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的方法五、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況六、指導(dǎo)教師審批意見(jiàn)河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)附表三河南工程學(xué)院畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文中期進(jìn)展情況檢查表系部：檢查日期：學(xué)生姓名王保樂(lè)專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣自動(dòng)化指導(dǎo)教師梅楊（設(shè)計(jì)）論文題目單片機(jī)溫度控制及pid控制程序的設(shè)計(jì)目 、之， 刖 已兀 成 任 務(wù)是否符合任務(wù)書(shū)要求進(jìn)度尚 須兀 成 的 任 務(wù)能否按期完成任務(wù)存在的問(wèn)題和解決辦法存在的問(wèn)題擬采取的辦法指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生勞動(dòng)紀(jì)律、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展等方面的評(píng)語(yǔ)系部負(fù)責(zé)人簽字 1附表四河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查匯總表（系部）系部： 填表日期： 年 月日 第 頁(yè)專(zhuān)業(yè) 班級(jí)學(xué)生 姓名檢查 日期檢查 地點(diǎn)檢查 內(nèi)容備注系部負(fù)責(zé)人簽字：附表五畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)價(jià)意見(jiàn)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：分?jǐn)?shù)：簽名：年月日評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)：