数字PID温度控制器设计与实现.doc

毕业综合实践 课题名称： 数字PID温度控制器设计与实现 专 业： 电子信息工程技术 指导老师： 专业技术职务： 实验师 2016年 3月 浙江温州 课 题 摘 要 温度是重要的物理量，温度的测量和控制在工业生产和科研工作中都非常要。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行温度控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等具有重要的显示意义。 本文介绍了一种以MST430单片机为检测控制中心的数字式水温自动控制系统。温度测量部分采用，使系统简单可靠且易于操作。温度设置部分采用四个独立按键组成，显示部分采用四位共阳数码管显示使系统变得简便而高效。温度控制采用PID数字控制算法通过计算偏差值来控制光耦合和可控硅的通断，从而控制加热器的加热程度。实际调试表明采用PID算法能使温度稳定在设定值附近。 关键词: PID算法单片机温度控制光耦合可控硅 目 录 1 引言 4 2 系统设计方案与选择 5 2.1 单片机的选择 5 2.2 系统控制方式 6 2.3 系统控制方式 7 2.4 显示驱动电路 7 2.5 数字温度传感器 7 2.6 显示部分 8 2.7 电源电路 8 2.8 按键电路 9 2.9 最终方案确定 9 3 硬件设计 9 3.1 硬件设计的基本原则 10 3.2 系统硬件的基本组成部分 10 3.3 主要单元的电路设计 11 3.3.1 单片机控制电路设计 11 3.3.2 系统时钟电路 11 3.3.3 显示电路设计 11 3.3.4 按键电路 12 3.3.5 滤波电路设计 13 3.3.6 过零检测电路设计 13 3.3.7 数据转换电路 14 3.3.8 输出控制电路 14 3.3.9 电源电路 15 4 主要单元的PCB设计 16 5 系统软件的设计与实现 17 5.1 软件设计的基本原则 17 5.2 系统软件功能设计 17 5.3 软件总体设计 18 5.4 主要模块软件设计 18 5.4.1 初始化模块的软件设计 18 5.4.2 显示模块的软件设计 20 5.4.3 定时中断模块的软件设计 30 5.4.4 PID算法模块的软件设计 31 5.4.5 过零检测输出控制中断模块的软件设计 33 结论 33 致 谢 34 参 考 文 献 35 附录一 主机原理图 36 附录二 部分时数字PID温度控制器PCB图 37 附录三 程序清单 38 引言 现代工业生产过程中,用于热处理的加热炉,需要消耗大量的电能,而且温度控制是纯滞后的一阶大惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制,随着科技进步和生产的发展,这类设备对温度的控制要求越来越高,除控温精度外,对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求, 显而易见常规控制难于满是这些工艺要求。 随者微电子技术的发展,采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热已成为现实。 采用单片机来对温度进行控制不仅具有控制方便、简単灵活性等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量,比过去单纯采用电子线路进行 PID调节的控制效果要好的多. 微机控制系统的快速计算、灵活多样的逻辑判断和高效的信息加工能力使自动控制进入了更高一级的领域,提高了生产过程的自动化程度,减少了人工干预,并不断地完善和满足工农业生产和国防科技日益增长的需要。微机控制系统由于具有成本低、体积小、功耗小、可靠性高和使用灵活等特点,因而广泛的应用工农业生产、交通运输、国防建设和空间技术等各个领域。其控制对象己从单一的工厂流程扩展到企业生产过程的管理和控制.随着微机和单片机的推广使用,实現信息自动化与过程控制相结合的分级分布式计算机控制, 使计算机控制技术的水平发展到一个崭新的阶段。 现在,许多常规的控制仪表和调节器已经为计算机所取代。计算机不断地监视整个生产过程,对生产中的各个参数进行采样,迅速进行复杂的数据处理,打印和显示工艺过程的统计数字和参数,并发出各种控制命令。 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制, 有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量, 因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价値的。 系统总体设计思路为当系统上电后数码管会显示当前的温度,然后等待按键输入设定值,设定完毕后系统开始温度自动控制过程,如果当前温度高于设定温度系统会断开光耦器件及可控硅使水温冷却.如果当前温度低于设定温度,若低于2度以上系统会采取