基于单片机的PID温度控制器研究【开题报告】.doc

毕业设计开题报告 电气工程与自动化 基于单片机的PID温度控制器研究 一、选题的背景与意义 在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的被控参数。其中，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数。在很多领域都要涉及到温度，如化工生产、冶金工业、机械制造、电加热炉及家用电器等，均需要用加热器来加热，并对温度进行测量和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量。 本课题是结合生产实际的科研工作，以单片机为核心，运用PID算法对温度进行控制，以达到较好的控制效果。其中PID控制是较早发展起来的控制方法之一，具有算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，因此被广泛运用与工业控制中。当用计算机实现后，数字PID控制更是有参数调整灵活、算法变化多样、简单方便的优点。随着生产的发展，对控制的要求会越来越高，随之发展出许多以计算机为基础的新型控制算法，如自适应PID控制、模糊PID控制、智能PID控制等等。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 本次设计主要任务是基于单片机的PID温度控制器研究。采用单片机AT89C51 为核心处理器，用温度传感器AD590 采集温度变化信号，A/D 采样芯片ADC0804 将其转换成数字信号并通过单片机处理后去控制温度，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统具有控制精度高的特点。 拟解决的主要问题有：系统设计方案的拟定，系统硬件的选择，各控制部分的电路设计，PID参数的调节。 三、研究的方法与技术路线： 该温度控制系统主要由AT89C51 单片机控制系统、前向通道（温度采样转换电路）、后向通道（温度控制电路）、键盘显示和报警电路四部分组成，其总体设计框图如下图所示。 图1 系统总体设计框图 本次设计主要由四部分：主机控制部分（AT89C51）、温度采样和转换电路部分、温度控制电路部分、键盘显示和报警外围电路部分。 温度采样和转换电路 系统的信号采样和转换电路主要由温度传感器AD590、基准电压7812、运算放大器OP-07 及A/D 转换电路ADC0804 四部分组成。设计电路图如图： 温度控制电路 此部分电路主要由光电耦合器MOC3041 和双向可控硅BTA12 组成。采用脉宽调制输出控制电炉与电源的接通和断开比例，以通断控制调压法控制电炉的输入功率。MOC3041光电耦合器的耐压值为400v，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。100Ω 电阻与0.01uF 电容组成双向可控硅保护电路。 3．单片机控制部分 此部分是电路的核心部分，采用AT89C51单片机。AT89C51单片机内部有8KB 单元的程序存储器及256 字节的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。 键盘显示及报警部分 在设计上述电路时，我使用单片机作为电路控制的核心以实现系统的上述功能。 四、研究的总体安排与进度： 2010年12月：查阅资料，了解课题相关理论，熟悉课题的实现方法。掌握PID控制算法、传感器的数据采集、单片机的原理与接口技术及模拟电子与数字电子技术。 2010年12月：完成开题报告和文献综述，准备开题答辩。 2011年2月：完成相关外文文献翻译。 2011年3月：设计并制作单片机最小系统，完成系统电路的搭建，下载程序并调试，实现对水温的PID调节并实现温度显示功能。 2011年4月：进一步完善应用程序，写论文，准备毕业答辩。 五、主要参考文献： [1] 胡寿松.自动控制原理[M].科学出版社，2006 [2] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].机型工业出版社，2001 [3] 马忠梅等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社，2007 [4] 常健生.检测与转换技术[M].机型工业出版社，2009 [5] 赵丽娟，邵欣.基于单片机的温度监控系统的设计与实现[M].机型工业出版社，2006 [6] 王幸之钟爱琴.AT89系列单片机原理与接口技术[M]. 北京航空航天大学出版社，2004 [7] 孟华.工业过程检测与控制[M].北京航空航天大学出版社，2002 [8] 程安宇，孙士民，徐洋.基于DS18B20的单片机温度测量控制系统[D].兵工自动化，2007年第26卷第2期 [9] 阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社，2006 [10]童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2006 [11]M zhang,DP Atherton.Automatic tuning of optimum PID c