計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、基于 PID 控制算法的電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：溫度控制是人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常遇到的問(wèn)題，傳統(tǒng)的控制方法都存在控制慢，精度低等問(wèn)題，而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠利用微型處理器加上科學(xué)的控制算法使溫度控制實(shí)現(xiàn)控制快而且精度高。在本設(shè)計(jì)中，控制對(duì)象為電阻加熱爐，通過(guò)控制加在電阻絲兩端電壓的工作時(shí)間，從而可控制輸入電阻加熱爐的功率，繼而達(dá)到控制其溫度的目的。此系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用固態(tài)繼電器為執(zhí)行電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐的自動(dòng)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(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)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(qiáng)等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：電加熱爐；單片機(jī)；溫度控制；PID 算法1、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介 、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用。在冶金、化工、建材、機(jī)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(yīng)爐等，因此，溫度是工業(yè)對(duì)象中一個(gè)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(cè)溫原件和測(cè)溫方法也不同；產(chǎn)品工業(yè)不同，控制溫度的精度也不同，因而對(duì)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(cè)試水杯恒溫，誤差為 ，超調(diào)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(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 STC89C52RC

4、單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動(dòng)芯片，固態(tài)繼電器對(duì)電爐進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)定值（即輸入控制量）和溫度反饋值同時(shí)送入控制電路部分，然后經(jīng)過(guò)單片機(jī)運(yùn)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(diào)節(jié) PWM 占空比使電爐達(dá)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(jī)具體信息如下：1. 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘/機(jī)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(jī)）/3.8V～2.0V（3V 單片機(jī)）；3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz4. 用戶應(yīng)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(gè)），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0 口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)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(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)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(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART；12. 工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）；13. PDIP 封裝。STC89C52 芯片實(shí)物圖如下圖所示：3 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 測(cè)溫電路采用 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器。DS18B20 是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)