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论文基于数字PID的温度自动控制系统设计毕业论文 目 录 引言 1 1 绪论 2 1.1 本课题的设计要求 2 1.2 本文的主要内容 2 1.3系统原理及设计 3 2 系统硬件设计 5 2.1 温度检测 5 2.1.1 传感器选择 5 2.1.2 热电偶冷端温度补偿 6 2.1.2 测量放大电路 7 2.2 A/D转换器的选择 7 2.3 CPU选择 9 2.4 声光报警和报警处理 12 2.5 温度显示 12 2.6可控硅调功控温 14 2.6.1 调功电路设计 14 2.7电源设计 15 2.8主回路设计 16 3 控制算法研究 18 3.1 PID的控制概述 18 3.2 PID控制 18 3.2.1 位置式PID控制算法 19 3.2.2增量式PID控制算法 20 3.2.3积分分离PID算法 20 4 系统软件设计 22 4.1 系统主程序流程图设计 22 4.2 积分分离PID控制流程设计 22 4.3 A/D转换流程图设计 22 5 结论 26 致谢 27 参考文献 28 附录A 译文 29 附录B 原文 38 附录C程序 52 附图D 电路图 63 引言 在科学实验中广泛应用恒温箱，尤其在老化试验中对高温恒温箱应用的更多，所以对恒温箱的研究越发重要[1]。本课题设计一个高温恒温箱，采用数字PID算法对采集进来的信号进行处理，在调节功率部分，特色采用零点检测技术，运用可控硅调节功率，这样可以做到实时调功，安全稳定，而且工作效率比较高，节电环保。 1 绪论 1.1 本课题的设计要求 1.3系统原理及设计 本系统是由AT89S51单片机，温度检测处理电路，A/D转换器、显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象构成一个闭环控制系统本系统利用单片机系统实现恒定控制，其总体结构图如图Figure 1-1 the constant temperature box temperature control system structure diagram 所示。系统主要有AT89S51单片机，温度检测处理电路，A/D转换器、显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象恒温箱构成一个闭环控制系统[3]。 温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与设定的目标温度，按照已经编程固化的控制算法计算出实时控制量，而此控制算法在传统的PID基础上有了改进，改进的PID算法-积分分离PID。其主要用途是当被控制量与系统设定值偏差较大时,能取消积分作用,避免由于积分作用使系统稳定性下降,超调量增加;当被控量接近设定值时,引入积分控制,以消除系统静差,提高系统控制精度[4]。以此控制量控制可控硅的触发角度，决定加热电路的工作状态。在温度到达设定的目标温度后，其温度下降大的时候，单片机通过采样回的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制，可以相应减小控制可控硅的触发角度，增大加热功率，已保证恒温箱温度在800℃-850℃。当温度下降小的时候，相应增大触发角度，降低加热功率，保持恒温箱工作在要求温度范围内。当恒温箱内的温度超过850℃时候，单片机发出指令使声光报警启动，并且开启风扇进行散热，当温度达到要求范围内风扇关闭，声光报警停止。当恒温箱内温度低于800℃时候，加热功率达到最大，并且声光报警，到温度达到要求后，声光报警停止。系统运行过程中的温度数值由数码管实时显示。2 系统硬件设计 2.1 温度检测 为了实现对恒温箱进行温度采集处理，我们设计此部分，温度检测调制主要任务是选择符合课题要求的传感器，这里选用了K型热电偶，并且运用AD590进行了冷端温度补偿，为了与A/D转换器电压匹配，对热电偶输出信号进行放大处理。 温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器[5]。 热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如Pt100、Pt1000等，热电阻传感器一般检测在-200到800摄氏度温度范围。 热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。热电偶一般可以检测