基于PID控制算法的恒温控制系统

基于PID控制算法的恒温控制系统

摘 要

在工业生产中，温度控制通常具有单向性、滞后性、大惯性和时变性的特点，所以实现温度控制的快速性和准确性，对于提高产品质量和生产效率有很重要的现实意义。

本课题针对温度控制的特点及实现快速、准确温度控制在现实工业生产中的意义，设计了一个基于仿人智能PID控制算法的恒温控制系统。设计内容包括硬件和软件两个部分：硬件设计部分以AT89S52单片机作为微处理器，并分别设计了为单片机供电的电源电路、温度信号采样电路、键盘及显示电路和加温控制电路的电路模块；软件设计部分主要对传统的PID控制算法进行了改进，将传统的PID控制算法与仿人智能控制原理相结合，提出了新的算法原理，即仿人智能PID控制原理，弥补了传统PID控制算法在现实应用中的不足。

系统通过键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，由单片机根据输入与反馈信号的偏差进行运算，输出控制信号给加温控制电路，实现加温和停止，并由显示电路实现现场温度的实时监控。

关键词：单片机；自动控制；仿人智能控制；PID控制算法

目 录

第1章 绪 论 1

1.1 本课题研究的意义 1

1.2 单片机的应用地位 1

第2章 方案论证 3

2.1 器件选择 4

2.1.1 单片机的选择 4

2.1.2 温度采集器件的选择 6

2.1.3 DS18B20的内部结构 7

2.1.4 DS18B20测温原理 10

第3章 仿人智能PID控制算法原理 12

3.1 传统PID控制算法原理 12

3.2 PID运算法则 13

3.2.1 数字PID位置型控制算法 14

3.2.2 数字PID增量型控制算法 14

3.3 传统数字PID控制算法在实际生产应用中的不足 15

3.4 仿人智能控制原理 16

3.5 仿人智能PID控制原理 17

第4章 硬件设计 19

4.1 单片机最小系统设计 19

4.1.1 时钟电路 19

4.1.2 复位电路 19

4.1.3 电源电路 20

4.2 键盘电路 21

4.3 显示电路 22

4.4 加热控制电路 22

第5章 软件设计 24

5.1 控制算法的确立 25

5.2 数字PID参数的整定 26

5.2.1 采样周期选择的原则 27

5.2.2 归一整定法 27

5.3 程序设计 28

5.3.1 控制系统主程序 28

5.3.2 温度检测程序 29

5.3.3 键盘处理子程序： 30

5.3.4 LED显示子程序： 31

5.3.5 控制算法子程序 33

第6章 结 论 34

参考文献 35

致 谢 37

附 录I 38

附 录II 39