毕业论文-基于at89c51单片机的pid温度控制系统设计

集美大学诚毅学院控制系统综合设计专业班级姓名学号姓名学号指导教师日期一、引言进入21世纪后，自动控制正朝着高精度、多功能、标准化、高可靠性及安全性发展。温度控制也正朝着开发虚拟温度控制器和网络温度控制器、研制单片测温控温系统等高科技的方向迅速发展。温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，在科学研究和生产实践的诸多领域中,温度控制占有着极为重要的地位,温度控制技术是一种比较重要的工业技术，不仅在化工，航天，航空，医疗等高科技领域，在食品、机械、冶金、化工、建材、石油等工业领域,占据着具有举足轻重的作用。在我们日常的生活中，我们也是经常应用到的。随着工业技术的不断发展，传统的控制方式已经不能满足高精度、高速度的控制要求。如接触器温度控制仪表，其主要缺点是温度波动范围大，由于它主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模糊控制（FUZZY），专家控制EXPERTCONTROL，鲁棒控制（ROBUSTCONTROL），推理控制等，PID控制，神经网络及遗传算法控制等1。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。仿真技术的优良特性和巨大效益，可能将成为今后人们特别重视和大力发展的综合技术。仿真系统将应用于人类生产实践的全过程，这样可以避免决策失误，可以预测可能发生的问题，达到避免故障、安全控制的目的。有关专家预言，在2L世纪，仿真技术的发展必将对经济、社会以及人们的观念产生巨大影响。MATLAB具有以下几个特点1功能强大的数值运算功能2强大的图形处理能力3高级但简单的程序环境4是一种丰富的工具箱。单片微型计算机的功能不断的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种应运而生。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化领域和其他测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件。在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。像用于热处理的加热炉、用于融化金属的坩锅电阻炉等类似工业用加热炉中都可以广泛应用，随着生产的发展，在工业中，一些设备对温度的控制要求越来越高。在温度控制技术在温度控制当中，PID控制技术应用相对来说比较广泛，PID控制器算法简单，计算量小，恒温效果稳定。本文则以单片机（C51）为核心、PID算法为控制方式、MATLAB仿真、串口通讯而设计的温度控制系统。二、本控制系统的综述此次课程设计的温度控制系统，以单片机AT89C51为控制核心。主要内容是通过PT100温度传感器，将水壶的温度值转化成电阻值。再通过自设计的温度变送器进行放大输出电压量，由AD模块（ADC0809芯片）将电压信号采集进单片机。与我们系统的给定值RK进行比较得到误差量EK，采用PID控制算法得到控制量。将控制量经DA模块（DAC0832芯片）产生电压信号驱动功率模块实现对水壶的温度控制。此次课程设计采用的控制算法采用的是BANGBANGPID算法，当温度低于设定范围以下，可以使温度较低时能够快速的升温。水壶的温度控制也可采用模糊控制算法等智能控制算法，并且温度系统存在较大的滞后，也可以增加SMITH预估算法。本次课程设计的目的在于，在对水壶温度控制系统的设计中，了解温度控制系统基本的控制方案。将理论应用与实际，对过程控制技术、自动控制技术的应用得到一定的提升。三、温度控制系统硬件设计41、温度变送器模块PT100的电阻受温度的变化而变化，其计算公式RTR01AT1001000392T，其中T为温度，RT的单位为欧姆，RT与温度呈有一个零点的线性关系。在变送器模块设计中为了将温度的变化转化成电压的变化，需设计一个恒流电路，使电阻的变化转化成电压的变化。根据公式VTRTIS100IS0392TIS，故需要设计一个恒压抬高电路，抵消100IS，使温度与电压呈线性关系。最后，由于PT100的电路产生的电压变化比较小，所以还需要设计放大电路。图2温度变送器原理图由图2可知（1）系统前级电路由三极管、二极管和稳压管组成的电路产生恒定的电流IS，使VI随温度的变化而变化；（2）VI为铂电阻的转换电压，U1和U2组成二级放大器，VI1为一级放大电压，V11抬高电压，VO为最终输出电压010V,VO1输出05V；（3）U3是射极跟随器，产生稳定的抬高电压V11。图3温度变送器实物图温度变送器设计完成后，对各电位器进行调节，使得传感器输入为0100，输出为05V。对水壶的水温进行测量，将得到的温度及对应的电压值用EXCEL进行绘图并拟合。温度（）122030405060708090100电压（V）109174223283342383426475514538表1温度与采集电压数据表图表标题Y00488X077460123456020406080100120电压线性电压图4温度与采集电压曲线图拟合公式为Y00488X077461其中Y表示水温，X表示输出电压。经过调试后，基本上能够满足线性要求。42、功率可调模块功率可调模块选用EUV10A，该模块采用单片机设计，可实现软启动、软停车功能，广泛应用于交直流电机调速，单相220VAC、380VAC变压器初级原边调压、电磁铁振动、调光、焊机、电镀等功率调节场合。技术参数工作电压220VAC、380VAC有效值电流10A偏置电压VB12VDC偏置电流30MADCMAX输入控制信号15VDC或420MA或10K电位器输出电压变化范围0220VDC、0380VAC引出端与底板间、输入与输出电路间介质耐压2500VACMIN/50HZ功率调控模块EUV10A的接线方式如下图2所示。左图为触发电路的接线图，右图为交流电的输入和输出的连接图。红蓝绿黄棕VB12VDC计算机D/A输出05V05V调节时的接法420MA调节时的接法图5功率模块的接法43、被控对象本设计使用电热水壶为被控对象，该对象具有大滞后、非线性、时变性等特点，通过单闭环控制方式，实现对水壶温度的恒温控制。若想使系统控制更加完善可加入SMITH预估等控制算法，在此不作介绍。44、单片机实验系统单片机系统采用STARES598PIC实验箱以及星研集成开发软件。包括A/D、D/A、串口通信等一系列模块。连接图图6系统连接实物图四、控制器设计51、PID控制器的设计PID控制器广泛的应用于各种工业控制。其主要的优点在于原理简单，使用方便；适应性强；鲁棒性好；对模型依赖少。它是将给定值与实际输入值进行偏差计算得到ET,然后进行比例、积分、微分计算，通过线性组合构成控制器，实现对被控对象的控制。对于增量型的PID控制规律为UKKPEKKIEKKDEKEK12UK为PID控制的输出信号52、PID控制器流程图对PID的三个比例系数赋初始值，然后将采集的信号与给定值进行比较，得到偏差量，代入控制规律（2）式，求得控制信号。图8BANGBANGPID算法流程图算法流程详解EK、EK1、EI初始值都为0，当A/D转化的数值与给定的80的偏差大于10时，UK255，控制电压为5V,即最大电压进行加热。当温度介于70和80之间时，进入BANGBANGPID控制。由于算法计算出来的控制量可能大于D/A转化的范围，所以当UK255时，令其输出为255；UKDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARUCHARXDATAADUCHARDATAADTABUCHARJ0MAINAD0X0F000WHILE1AD0FORJ0J100JADTABADP1ADTABRETURN0结论5V时候LED灯全亮，0V的时候LED灯全灭（2）发送机程序（3）接收机程序GANEMPLOYMENTTRIBUNALCLAIMEMPLOYMENTTRIBUNALSSORTOUTDISAGREEMENTSBETWEENEMPLOYERSANDEMPLOYEESYOUMAYNEEDTOMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALIFYOUDONTAGREEWITHTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUYOUREMPLOYERDISMISSESYOUANDYOUTHINKTHATYOUHAVEBEENDISMISSEDUNFAIRLYFORMOREINFORMATIONABOUTDISMISSALANDUNFAIRDISMISSAL,SEEDISMISSALYOUCANMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,EVENIFYOUHAVENTAPPEALEDAGAINSTTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUHOWEVER,IFYOUWINYOURCASE,THETRIBUNALMAYREDUCEANYCOMPENSATIONAWARDEDTOYOUASARESULTOFYOURFAILURETOAPPEALREMEMBERTHATINMOSTCASESYOUMUSTMAKEANAPPLICATIONTOANEMPLOYMENTTRIBUNALWITHINTHREEMONTHSOFTHEDATEWHENTHEEVENTYOUARECOMPLAININGABOUTHAPPENEDIFYOURAPPLICATIONISRECEIVEDAFTERTHISTIMELIMIT,THETRIBUNALWILLNOTUSUALLYACCEPTITIFYOUAREWORRIEDABOUTHOWTHETIMELIMITSAPPLYTOYOU,TAKEADVICEFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERFURTHERHELPEMPLOYMENTTRIBUNALSARELESSFORMALTHANSOMEOTHERCOURTS,BUTITISSTILLALEGALPROCESSANDYOUWILLNEEDTOGIVEEVIDENCEUNDERANOATHORAFFIRMATIONMOSTPEOPLEFINDMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALCHALLENGINGIFYOUARETHINKINGABOUTMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,YOUSHOULDGETHELPSTRAIGHTAWAYFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERFURTHERHELPIFYOUAREBEINGREPRESENTEDBYASOLICITORATTHETRIBUNAL,THEYMAYASKYOUTOSIGNANAGREEMENTWHEREYOUPAYTHEIRFEEOUTOFYOURCOMPENSATIONIFYOUWINTHECASETHISISKNOWNASADAMAGESBASEDAGREEMENTINENGLANDANDWALES,YOURSOLICITORCANTCHARGEYOUMORETHAN35OFYOURCOMPENSATIONIFYOUWINTHECASEIFYOUARETHINKINGABOUTSIGNINGUPFORADAMAGESBASEDAGREEMENT,YOUSHOULDMAKESUREYOURECLEARABOUTTHETERMSOFTHEAGREEMENTITMIGHTBEBESTTOGETADVICEFROMANEXPERIENCEDADVISER,FOREXAMPLE,ATACITIZENSADVICEBUREAUTOFINDYOURNEARESTCAB,INCLUDINGTHOSETHATGIVEADVICEBYEMAIL,CLICKONNEARESTCABFORMOREINFORMATIONABOUTMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,SEEEMPLOYMENTTRIBUNALSTHELACKOFAIRUPTHEREWATCHMCAYMANISLANDSBASEDWEBB,THEHEADOFFIFASANTIRACISMTASKFORCE,ISINLONDONFORTHEFOOTBALLASSOCIATIONS150THANNIVERSARYCELEBRATIONSANDWILLATTENDCITYSPREMIERLEAGUEMATCHATCHELSEAONSUNDAY“IAMGOINGTOBEATTHEMATCHTOMORROWANDIHAVEASKEDTOMEETYAYATOURE,“HETOLDBBCSPORT“FORMEITSABOUTHOWHEFELTANDIWOULDLIKETOSPEAKTOHIMFIRSTTOFINDOUTWHATHISEXPERIENCEWAS“UEFAHASOPENEDDISCIPLINARYPROCEEDINGSAGAINSTCSKAFORTHE“RACISTBEHAVIOUROFTHEIRFANS“DURINGCITYS21WINMICHELPLATINI,PRESIDENTOFEUROPEANFOOTBALLSGOVERNINGBODY,HASALSOORDEREDANIMMEDIATEINVESTIGATIONINTOTHEREFEREESACTIONSCSKASAIDTHEYWERE“SURPRISEDANDDISAPPOINTED“BYTOURESCOMPLAINTINASTATEMENTTHERUSSIANSIDEADDED“WEFOUNDNORACISTINSULTSFROMFANSOFCSKA“AGEHASREACHEDTHEENDOFTHEBEGINNINGOFAWORDMAYBEGUILTYINHISSEEMSTOPASSINGALOTOFDIFFERENTLIFEBECAMETHEAPPEARANCEOFTHESAMEDAYMAYBEBACKINTHEPAST,TOONESELFTHEPARANOIDWEIRDBELIEFDISILLUSIONMENT,THESEDAYS,MYMINDHASBEENVERYMESSY,INMYMINDCONSTANTLYALWAYSFEELONESELFSHOULDGOTODOSOMETHING,ORWRITESOMETHINGTWENTYYEARSOFLIFETRAJECTORYDEEPLYSHALLOW,SUDDENLYFEELSOMETHING,DOIT一字开头的年龄已经到了尾声。或许是愧疚于自己似乎把转瞬即逝的很多个不同的日子过成了同一天的样子；或许是追溯过去，对自己那些近乎偏执的怪异信念的醒悟，这些天以来，思绪一直很凌乱，在脑海中不断纠缠。总觉得自己自己似乎应该去做点什么，或者写点什么。二十年的人生轨迹深深浅浅，突然就感觉到有些事情，非做不可了。THEENDOFOURLIFE,ANDCANMEETMANYTHINGSREALLYDO而穷尽我们的一生，又能遇到多少事情是真正地非做不可DURINGMYCHILDHOOD,THINKLUCKYMONEYANDNEWCLOTHESARENECESSARYFORNEWYEAR,BUTASTHEADVANCEOFTHEAGE,WILLBEMOREANDMOREFOUNDTHATTHOSETHINGSAREOPTIONALJUNIORHIGHSCHOOL,THOUGHTTOHAVEACRUSHONJUSTMEANSTHATTHEREALGROWTH,BUTOVERTHEPASTTHREEYEARSLATER,HISWRITINGOFALUMNIINPEACE,SUDDENLYFOUNDTHATISNTREALLYGROWUP,ITSEEMSISNOTSOIMPORTANTTHENINHIGHSCHOOL,THINKDONTWANTTOGIVEVENTTOOUTYOURINNERVOICECANBEINTHEHIGHSCHOOLCHILDRENOFTHEFEELINGSINAPERIOD,BUTWASEVENTUALLYINFARCTIONWHENGRADUATIONPARTYINTHETHROAT,LATERAGAINSTOODONTHEPITCHHEHASSWEATPROFUSELY,LOOKEDATHISTHROWNABASKETBALLHOOPS,SUDDENLYFOUNDHIMSELFHASALREADYCANTREMEMBERHISAPPEARANCE童年时，觉得压岁钱和新衣服是过年必备，但是随着年龄的推进，会越来越发现，那些东西根本就可有可无；初中时，以为要有一场暗恋才意味着真正的成长，但三年过去后，自己心平气和的写同学录的时候，突然就发现是不是真正的成长了，好像并没有那么重要了；然后到了高中，觉得非要吐露出自己的心声才能为高中生涯里的懵懂情愫划上一个句点，但毕业晚会的时候最终还是被梗塞在了咽喉，后来再次站在他曾经挥汗如雨的球场，看着他投过篮球的球框时，突然间发现自己已经想不起他的容颜。ORIGINALLY,THISWORLD,CANPRODUCEACHEMICALREACTIONTOANEVENT,INADDITIONTORESOLUTELY,HAVETODO,ANDTIME原来，这个世界上，对某个事件能产生化学反应的，除了非做不可的坚决，还有，时间。APERSONSTIME,YOURIDEASAREALWAYSSPECIALTOCLEARWANT,WANT,LINEISCLEAR,ASIFNOTHINGCOULDSHAKEHISALSOONCESEEMEDTOBEDETERMINEDTODOSOMETHING,BUTMOREOFTENISHEBACKEDOUTATLASTDISLIKEHISCOWARDICE,FINALLYFOUNDTHATTHEREAREALOTOFLOVE,THEREAREALOTOFMISS,LIKESHADOWREALLYHAVEBEENDOOMEDTHOSEWHODO,JUSTGREENYEARSONESELFGIVEONESELFANARMINJECTION,ORISASELFRIGHTEOUSSPIRITUAL一个人的时候，自己的想法总是特别地清晰。想要的，不想要的，界限明确，好像没有什么可以撼动自己。也曾经好像已经下定了决心去做某件事，但更多的时候是最后又打起了退堂鼓。嫌恶过自己的怯懦，最终却发现有很多缘分，有很多错过，好像冥冥之中真的已经注定。那些曾经所谓的非做不可，只是青葱年华里自己给自己注射的一支强心剂，或者说，是自以为是的精神寄托罢了。ATTHEMOMENT,THESKYISDARK,THEAIRISFRESHFACTORAFTERJUSTRAINEDSUDDENLYTHOUGHTOFBLUEPLAIDSHIRTTHOSEWEREBROKENINTOVARIOUSSHAPESOFSTATIONERYFROMTHECORNERATTHEBEGINNINGOFDEEPFRIENDSHIPHAVEDECLAREDTHEENDOFTHEENCOUNTERTHATHAVENTSTARTPLANNINGTHOSEYEARS,THOSEDAYSOFDO,FINALLY,LIKEYOUTH,WILLENDINOURLIFE此刻，天空是阴暗的，空气里有着刚下过雨之后的清新因子。突然想到那件蓝格子衬衫；那些被折成各种各样形状的信纸；那段从街角深巷伊始的友谊；还有那场还没有开始就宣告了终结的邂逅计划那些年那些天的非做不可，终于和青春一样，都将在我们的人生中谢幕。BAUMGARTNERTHEDISAPPOINTINGNEWSMISSIONABORTEDRPLAYSANIMPORTANTROLEINTHISMISSIONSTARTINGATTHEGROUND,CONDITIONSHAVETOBEVERYCALMWINDSLESSTHAN2MPH,WITHNOPRECIPITATIONORHUMIDITYANDLIMITEDCLOUDCOVERTHEBALLOON,WITHCAPSULEATTACHED,WILLMOVETHROUGHTHELOWERLEVELOFTHEATMOSPHERETHETROPOSPHEREWHEREOURDAYTODAYWEATHERLIVESITWILLCLIMBHIGHERTHANTHETIPOFMOUNTEVEREST55MILES/885KILOMETERS,DRIFTINGEVENHIGHERTHANTHECRUISINGALTITUDEOFCOMMERCIALAIRLINERS56MILES/917KILOMETERSANDINTOTHESTRATOSPHEREASHECROSSESTHEBOUNDARYLAYERCALLEDTHETROPOPAUSE,ECANEXPECTALOTOFTURBULENCEATHESUPERSONICDESCENTCOULDHAPPENASEARLYASSUNDATHEWEATHETHEBALLOONWILLSLOWLYDRIFTTOTHEEDGEOFSPACEAT120,000FEETTHEN,IWOULDASSUME,HEWILLSLOWLYSTEPOUTONTOSOMETHINGRESEMBLINGANOLYMPICDIVINGPLATFOR