基于pid的电热炉控制系统设计.doc

德州学院 物理系 2009 电子信息工程专业 计算机控制技术课程设计 计算机控制技术课程考查报告 题 目 基于PID的电热炉控制系统设计 授课教师 学生姓名 学 号 专 业 电子信息工程 教学单位 物理系 完成时间 PAGE 18 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 绪论 1 2 总体方案设计 2 3 控制系统的建模和数字控制器设计 2 3.1 PID 控制器结构: 2 3.2 PID控制算法 3 4 方案论证与选择 5 4.1单片机型号的选择 6 4.2温度传感器的选择 6 4.3电热炉控制模块 6 5 系统硬件电路设计 7 5.1硬件系统设计 7 5.2单元电路设计 7 6 软件系统设计 13 6.1系统软件设计说明 13 6.2软件的有关算法 13 6.3各模块软件的流程图及软件系统总流程图 15 结论 17 参考文献 17 附录A WZP型铂热电阻（Pt100）分度特性表 20 附录B 总体电路图 21 基于PID的电热炉控制系统设计 庞德淼 （德州学院物理系，山东德州253023） 摘 要 设计由STC12C5A60S2单片机、铂电阻PT100、LM324放大器、DS1302时钟芯片、12864液晶等组成。系统以STC12C5A60S2为微处理器，PID算法为核心算法。以铂电阻(PT100)作为温度传感器，采用三线制铂电阻恒流测温的方法，减小了测量电路及PT100自身的误差，使温控精度在0℃～100℃范围内达到±0.1℃。用LM324放大器、A/D转换器对温度采集信号进行处理，通过单片机PID算法进行控制。另外，还设计了时钟电路模块，能实现对温度的实时测量。编写了相应的软件程序,使其实现温度的实时控制和显示。该系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量范围大。 关键词 STC12C5A60S2 DS1302时钟芯片 PID 算法 PT100 LM324放大器 1 绪论 随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合温度传感器技术而开发设计了这一温度测量系统。文中将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现热电转换的原理过程。 本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度测量显示系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、生产温度监控系统等等。本课题主要任务是完成环境温度检测并显示温度和实时的时间。设计后的系统具有操作方便，控制灵活移植性强等优点。 本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，A/D转换模块，时钟模块，数据处理与控制模块，温度、时间显示模块六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是PID算法进行温度测量、控制与显示，完成了课题所有要求。 2总体方案设计 电加热炉控制系统主要包括：微处理器模块、温度采样模块、AD转换模块、控制模块、按键、时钟模块、显示模块、电源模块。微处理器模块选择以八位单片机STC12C5A60S2微处理器为系统的核心，在温度采样模块为WZP-231铂热电阻（Pt100），采用三线制接法，采样电路为桥式测量电路，其采样为50-350°C，经测量电路采样后输出0-5V电压，经STC12C5A60S2自带的10位AD功能进行转换，变为数字量后送入单片机STC12C5A60S2进