基于單片機的PID溫度控制器研究【開題報告】

畢業(yè)設(shè)計開題報告電氣工程與自動化基于單片機的PID溫度控制器研究一、選題的背景與意義在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的被控參數(shù)。其中，溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中普遍而且重要的物理參數(shù)。在很多領(lǐng)域都要涉及到溫度，如化工生產(chǎn)、冶金工業(yè)、機械制造、電加熱爐及家用電器等，均需要用加熱器來加熱，并對溫度進行測量和控制。采用單片機對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量。本課題是結(jié)合生產(chǎn)實際的科研工作，以單片機為核心，運用PID算法對溫度進行控制，以達到較好的控制效果。其中PID控制是較早發(fā)展起來的控制方法之一，具有算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點，因此被廣泛運用與工業(yè)控制中。當(dāng)用計算機實現(xiàn)后，數(shù)字PID控制更是有參數(shù)調(diào)整靈活、算法變化多樣、簡單方便的優(yōu)點。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對控制的要求會越來越高，隨之發(fā)展出許多以計算機為基礎(chǔ)的新型控制算法，如自適應(yīng)PID控制、模糊PID控制、智能PID控制等等。二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：本次設(shè)計主要任務(wù)是基于單片機的PID溫度控制器研究。采用單片機AT89C51為核心處理器，用溫度傳感器AD590采集溫度變化信號，A/D采樣芯片ADC0804將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并通過單片機處理后去控制溫度，使其達到穩(wěn)定。使用單片機具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)具有控制精度高的特點。擬解決的主要問題有：系統(tǒng)設(shè)計方案的擬定，系統(tǒng)硬件的選擇，各控制部分的電路設(shè)計，PID參數(shù)的調(diào)節(jié)。三、研究的方法與技術(shù)路線：該溫度控制系統(tǒng)主要由AT89C51單片機控制系統(tǒng)、前向通道（溫度采樣轉(zhuǎn)換電路）、后向通道（溫度控制電路）、鍵盤顯示和報警電路四部分組成，其總體設(shè)計框圖如下圖所示。圖1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖本次設(shè)計主要由四部分：主機控制部分（AT89C51）、溫度采樣和轉(zhuǎn)換電路部分、溫度控制電路部分、鍵盤顯示和報警外圍電路部分。溫度采樣和轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)的信號采樣和轉(zhuǎn)換電路主要由溫度傳感器AD590、基準電壓7812、運算放大器OP-07及A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0804四部分組成。設(shè)計電路圖如圖：溫度控制電路此部分電路主要由光電耦合器MOC3041和雙向可控硅BTA12組成。采用脈寬調(diào)制輸出控制電爐與電源的接通和斷開比例，以通斷控制調(diào)壓法控制電爐的輸入功率。MOC3041光電耦合器的耐壓值為400v，它的輸出級由過零觸發(fā)的雙向可控硅構(gòu)成，它控制著主電路雙向可控硅的導(dǎo)通和關(guān)閉。100Ω電阻與0.01uF電容組成雙向可控硅保護電路。3．單片機控制部分此部分是電路的核心部分，采用AT89C51單片機。AT89C51單片機內(nèi)部有8KB單元的程序存儲器及256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器。因此系統(tǒng)不必擴展外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器這樣大大的減少了系統(tǒng)硬件部分。鍵盤顯示及報警部分在設(shè)計上述電路時，我使用單片機作為電路控制的核心以實現(xiàn)系統(tǒng)的上述功能。四、研究的總體安排與進度：2010年12月：查閱資料，了解課題相關(guān)理論，熟悉課題的實現(xiàn)方法。掌握PID控制算法、傳感器的數(shù)據(jù)采集、單片機的原理與接口技術(shù)及模擬電子與數(shù)字電子技術(shù)。2010年12月：完成開題報告和文獻綜述，準備開題答辯。2011年2月：完成相關(guān)外文文獻翻譯。2011年3月：設(shè)計并制作單片機最小系統(tǒng)，完成系統(tǒng)電路的搭建，下載程序并調(diào)試，實現(xiàn)對水溫的PID調(diào)節(jié)并實現(xiàn)溫度顯示功能。2011年4月：進一步完善應(yīng)用程序，寫論文，準備畢業(yè)答辯。五、主要參考文獻：[1]胡壽松.自動控制原理[M].科學(xué)出版社，2006[2]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].機型工業(yè)出版社，2001[3]馬忠梅等.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007[4]常健生.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].機型工業(yè)出版社，2009[5]趙麗娟，邵欣.基于單片機的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[M].機型工業(yè)出版社，2006[6]王幸之鐘愛琴.AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2004[7]孟華.工業(yè)過程檢測與控制[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2002[8]程安宇，孫士民，徐洋.基于DS18B20的單片機溫度測量控制系統(tǒng)[D].兵工自動化，2007年第26卷第2期[9]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006[10]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006[11]Mzhang,DPAtherton.AutomatictuningofoptimumPIDcontrollers[J].IEEEprocD,1993,140(3):216-244[12]WuZhiQiao,Masaharu