一種基于數(shù)字pid 和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)文）文獻(xiàn)綜述題目：一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程1前言前言70年代以來(lái)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，隨著電子技術(shù)領(lǐng)域飛速發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法不斷成熟的背景推動(dòng)下，溫度控制系統(tǒng)正在逐漸趨于成熟化發(fā)展，且在智能化方面也取得了一定的成果。在此領(lǐng)域中日本，美國(guó)等國(guó)家的技術(shù)處于領(lǐng)先位置，他們已經(jīng)率先生產(chǎn)出了一些商品化的溫度控制產(chǎn)品，已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用到了人們的日常生活中了。新型的溫度控制

2、系統(tǒng)的誕生，為現(xiàn)代工業(yè)注入了新鮮的血液。一般的物理變化和化學(xué)變化過(guò)程都與溫度有著密切的關(guān)系，在變化過(guò)程中，對(duì)于能否控制溫度將直接影響變化的結(jié)果，所以能否精確的控制好溫度變化為生產(chǎn)過(guò)程中的重要步驟。在當(dāng)今社會(huì)中無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中還是在日常生活中對(duì)溫度的檢測(cè)及控制都是必不可少的。在現(xiàn)實(shí)情況中，由于環(huán)境中溫度值的滯后現(xiàn)象嚴(yán)重慣性很大且存在很多不確定的因素所以很難建立精確的數(shù)學(xué)模型因此常常導(dǎo)致控制系統(tǒng)的性能不佳有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)控制不穩(wěn)定和失控現(xiàn)象

3、。本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元運(yùn)用PID控制算法，仿真實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)，可以避免一些不確定的影響因素。傳統(tǒng)的繼電器溫控電路雖然運(yùn)用起來(lái)比較簡(jiǎn)單但由于繼電器運(yùn)作頻繁可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作?，F(xiàn)今在控制領(lǐng)域，一般使用PID算法進(jìn)行溫度控制不過(guò)PID控制對(duì)象的數(shù)學(xué)參數(shù)也是難以建立的并且當(dāng)擾動(dòng)因素不確定時(shí)參數(shù)調(diào)整會(huì)比較麻煩，這依然是普遍存在的技術(shù)難題。本設(shè)計(jì)中的溫度采集是用數(shù)字溫度傳感器DS

4、18B20，在其內(nèi)部已經(jīng)集成了AD轉(zhuǎn)換器，可使電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，從而使測(cè)量溫度更為精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳，即可與單片機(jī)進(jìn)行連接了，這樣大大的減少了設(shè)計(jì)中接線麻煩的問(wèn)題，使得單片機(jī)可以節(jié)約許多端口。DS18B20芯片的體積又比較小，且還是單線與主控芯片連接，于是在實(shí)際運(yùn)用中，常常把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成小型的測(cè)量溫度的探頭，即使是一些狹小的位置也能很方便的檢測(cè)到，使溫控系統(tǒng)

5、發(fā)揮最大的作用。隨著單片微型計(jì)算機(jī)的功能在不斷的增強(qiáng)，為新型的控制算法提供了載體，許多高性能的新型機(jī)種隨之應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)憑其功能性強(qiáng)、體積簡(jiǎn)小、可靠性能高、造價(jià)低廉和開發(fā)運(yùn)作周期短的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為了控制領(lǐng)域中普遍應(yīng)用的必備器件，在工業(yè)生產(chǎn)中也成為了必不可少的器件。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)起到的更是不可替代的核心作用。像用于熱處理中的加熱爐、用于融化金屬中的坩鍋電阻爐等，類似工業(yè)用加熱爐中都可以被廣泛的應(yīng)用，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在工業(yè)中，一

6、些設(shè)備對(duì)溫度的控制要求會(huì)越來(lái)越高。本此設(shè)計(jì)就是以單片機(jī)為核心、PID算法為控制方式而設(shè)計(jì)的恒溫控系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常見(jiàn)的變量參數(shù)之一，對(duì)溫度控制的精確度，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。及時(shí)準(zhǔn)確地獲得溫度信息并對(duì)其進(jìn)行精確的控制。不同產(chǎn)品和不同工藝要求下的溫度控制，所采用的控制方式和加熱方式都是不一樣的。現(xiàn)今基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上已經(jīng)被廣泛的使用，此系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在控制過(guò)程中，系統(tǒng)采用的是數(shù)字

7、PID控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的。傳統(tǒng)PID控制電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜（不適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求），對(duì)溫度進(jìn)行控制時(shí)需要配合可控硅控制電路才能實(shí)現(xiàn)，此系統(tǒng)不僅器件煩多，生產(chǎn)成本高，而且電路調(diào)試還很復(fù)雜。在新型的溫度控制系統(tǒng)中，運(yùn)用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算，這樣可以充分發(fā)揮其軟件系統(tǒng)的靈活性，可以使得工業(yè)生產(chǎn)中控制方便，簡(jiǎn)單和靈活性大等等優(yōu)點(diǎn)。而系統(tǒng)中的單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。本設(shè)計(jì)用的是MCS51單片機(jī)，MCS是Inter公司生產(chǎn)的單片機(jī)

8、的系列符號(hào)。51單片機(jī)已經(jīng)成為溫度控制系統(tǒng)的主打核心。在實(shí)際的運(yùn)用中，應(yīng)用最為普遍的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例，積分，微分控制，簡(jiǎn)單稱為PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器出現(xiàn)至今已有近70年歷史了，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，可靠性高，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一了。當(dāng)被控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能確定時(shí)，當(dāng)?shù)貌坏骄_的數(shù)學(xué)模型時(shí)，當(dāng)控制理論的其它技術(shù)信息也難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)就得依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，從而產(chǎn)生了很大的局限

9、性，這時(shí)如若應(yīng)用PID控制技術(shù)可變的相當(dāng)?shù)姆奖?。即?dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和控制對(duì)象時(shí)，或者不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得參數(shù)時(shí)，最適合運(yùn)用PID控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。PID控制，也就是PI和PD的控制。PID控制器是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，再利用比例，積分，微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。以加熱爐為例，現(xiàn)在加熱爐的溫度控制系統(tǒng)是最為常見(jiàn)和典型的過(guò)程控制系統(tǒng)，溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的靈魂，因?yàn)樵S多實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)中，對(duì)溫度的影響往往是多方面的，從而使得溫度的控制變的