計算機控制系統(tǒng)課程設計報告

1、基于 PID 控制算法的電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計摘要：溫度控制是人們日常生活中經常遇到的問題，傳統(tǒng)的控制方法都存在控制慢，精度低等問題，而計算機控制系統(tǒng)能夠利用微型處理器加上科學的控制算法使溫度控制實現(xiàn)控制快而且精度高。在本設計中，控制對象為電阻加熱爐，通過控制加在電阻絲兩端電壓的工作時間，從而可控制輸入電阻加熱爐的功率，繼而達到控制其溫度的目的。此系統(tǒng)以單片機為核心，采用固態(tài)繼電器為執(zhí)行電路，實現(xiàn)對電爐的自動控制。算法采用增量型 P

2、ID控制。另外本文還闡述了 PID 控制器的設計，硬件結構和軟件設計，實現(xiàn)了一套溫度采集和控制的方案。該系統(tǒng)具有硬件成本低，控溫精度較高，可靠性好，抗干擾能力強等特點。 關鍵詞：電加熱爐；單片機；溫度控制；PID 算法1、單片機溫度控制系統(tǒng)方案簡介 、單片機溫度控制系統(tǒng)方案簡介單片機溫度控制系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的一個簡單應用。在冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各類工業(yè)中，廣泛使用著加熱爐、熱處理爐、反應爐等，因此，溫度是工業(yè)對象中一個主要

3、的被控參數(shù)。由于爐子的種類不同，因而所使用的燃料和加熱方法也不同，例如煤氣、天然氣、油、電等；由于工業(yè)不同，所需要的溫度高低不同，因而所采用的測溫原件和測溫方法也不同；產品工業(yè)不同，控制溫度的精度也不同，因而對數(shù)據(jù)采集的精度和所采用的控制算法也不同。本系統(tǒng)所使用的加熱爐為電加熱路，爐絲功率為 2kw，系統(tǒng)要求測試水杯恒溫，誤差為 ，超調量盡可能小，溫度上升較快且有良好的穩(wěn)定 C 1o ?性。單片機溫度控制系統(tǒng)是以 STC89C52RC

4、單片機為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅動芯片，固態(tài)繼電器對電爐進行控制的微機控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結構框圖可表示為：系統(tǒng)采用單閉環(huán)形式，其基本控制原理為：將溫度設定值（即輸入控制量）和溫度反饋值同時送入控制電路部分，然后經過單片機運算得到輸出控制量，輸出控制量控制 I/O 得到一定占空比的 PWM 波控制固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器接通 220V 市電給電爐，調節(jié) PWM 占空比使電爐達到一定的溫度。其控制系統(tǒng)框圖如圖 1-1 所示。STC89C5

5、2 單片機具體信息如下：1. 增強型 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051；2. 工作電壓：5.5V～3.3V（5V 單片機）/3.8V～2.0V（3V 單片機）；3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通 8051 的 0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz4. 用戶應用程序空間為 8K 字節(jié)；5. 片上集成 512 字節(jié) RAM；6. 通用 I/O 口（32

6、 個），復位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉，P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片；8. 具有 EEPROM 功能；9. 共 3 個 16 位定時器/計數(shù)器，即定時器 T0、T1、T2；10.外部

7、中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；11. 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART；12. 工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）；13. PDIP 封裝。STC89C52 芯片實物圖如下圖所示：3 硬件電路設計 硬件電路設計3.1 測溫電路采用 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器。DS18B20 是美國 DALLAS 半導