辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）辽 宁 工 业 大 学计算机控制课程设计（论文）题目： 基于PID算法的烤箱温度控制系统设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 自动化 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间：2013.12.30-2014.01.10课程设计（论文）报告的内容及其文本格式1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、起止时间等）设计(论文)任务及评语中文摘要 （黑体小二，居中，不少于200字）目录正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）参考文献2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。3、封面格式4、设计（论文）任务及评语格式5、目录格式标题“目录”（ 小二号、黑体、居中）章标题（四号字、黑体、居左）节标题（小四号字、宋体）页码（小四号字、宋体、居右）6、正文格式页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级标题，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；行距：20磅行距；页码：底部居中，五号、黑体；7、参考文献格式标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。示例：（五号宋体）期刊类：序号作者1,作者2,作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.图书类：序号作者1,作者2,作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 学 号 学生姓名专业班级 课程设计（论文）题目基于PID算法的烤箱温度控制系统设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能采用单片机作为控制器，由pt100测量温度，与设定温度进行比较，经过PID运算后调整温度控制信号的占空比，将温度控制在规定范围内，并要求实时显示当前温度值，用三位LED显示。被控对象为 ，仿真研究时用 近似。设计任务及要求 1、确定系统设计方案，包括单片机的选择，输入输出通道，键盘显示电路和报警电路； 2、建立被控对象的数学模型； 3、推导控制算法，设计算法的程序流程图或程序清单； 4、仿真研究，验证设计结果； 5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数 1、温度设定范围：室温+20260 2、误差小于：5%进度计划 1、布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天） 2、被控对象建模（1天） 3、算法推导，程序设计（3天） 4、仿真研究（2天） 5、撰写、打印设计说明书（2天） 6、答辩。（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本设计采用单片机AT89S52来实现烤箱的自动控制过程，在控制过程中主要应用ADC0808、LED显示器，以单片机为核心控制部件，由pt100测量温度采集环境温度，与设定温度进行比较，经过PID运算后调整温度控制信号的占空比，将温度控制在规定范围内，并要求实时显示当前温度值，并通过3位LED数码管显示实时温度。其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、以及按键电路和显示电路。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了，使硬件在软件的控制下协调运作。关键词：单片机AT89S52；ADC0808；pt100测量温度；按键电路目 录第1章 绪论1第2章 课程设计的方案22.1 概述22.2 设计的要求22.3 系统控制方案的分析2第3章 硬件设计43.1 单片机最小系统4 3.1.1 单片机的选择4 3.1.2 单片机最小系统53.2 温度传感器53.3 按键电路设计63.4 显示电路设计73.5 输入输出通道设计83.5.1 烤箱的功率调节方式83.5.2 固态继电器及应用93.6 报警电路设计11第4章 软件设计124.1 PID烤箱温度控制系统流程图124.2 推导控制算法13第5章 PID算法仿真155.1 PID算法的响应曲线155.2 PID算法的仿真16第6章 课程设计总结17参考文献1820第1章 绪论在现代工农业生产反科学实验中常常需要对温度进行控制和调节。在控制精度要求不高的情况下，人们往往采用开环控制，这种控制方式结构简单，易于实现。但是在控制精度要求较高时，单纯地采用开环控制往往达不到满意的控制效果，所以此时必须采用闭环控制方式，常规采用模拟量的ND调节方式。尽管这种方法已经被人们广泛采用，但是由于控制对象的复杂及多样性，在有些情况下未能获得满意的控制精度。微型计算机，特别是单片微助计算机的应用，使各种工业控制都发生了巨大的变化，由于单片机成本低、功能强、抗干扰性能好，从而使计算机控制应用于工业生产及各种领域成为可能，单片机在温度控制中的应用更具有其他控制手段无法比拟的优越性。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。根据温度变化慢，并且控制精度不易掌握的特点，本文设计了以AT89S52单片机为检测控制中心的烤箱自动控制系统。温度控制采用改进的PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。所设计的控制系统有以下功能：(1)温度控制设定范围为+20260，最小区分度为0.05，标定温差0.6，静态误差0.4；（2）实现控制可以升温也可以降温；（3）实时显示当前温度值；（4）按键控制：设置复位键、功能转换键、加一键、减一键；（4）越限报警。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。第2章 课程设计的方案2.1 概述二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器，烤箱等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂，成本较高。2.2 设计的要求采用单片机作为控制器，由pt100测量温度，与设定温度进行比较，经过PID运算后调整温度控制信号的占空比，将温度控制在规定范围内，并要求实时显示当前温度值，用三位LED灯显示。温度控制范围：室温+20260，误差小于：5%。2.3 系统控制方案的分析本文所要设计的课题是基于单片机控制的烤箱温度控制系统的设计，主要是介绍了对烤箱温度的显示、控制及报警，实现了温度的实时显示及控制。温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。温度是一个非线性的对象，具有大惯性的特点，在低温段惯性较大，在高温段惯性较小。对于这种温控对象，一般认为其具有以下的传递函数形式：本系统是一个典型的闭环控制系统。从技术指标可以看出，系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温的控制。采用AT89S52单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统可以用数码管来显示烤箱温度的实际值，能用键盘输入设定值。总体结构框图如图2.1所示： 图2.1 总体结构框图烤箱温度控制实现过程是：首先温度传感器将烤箱的温度传回单片机，然后单片机将给定的温度值和反馈回来的温度值进行比较并且经过运算处理后，传给温度控制系统，判断加热器材输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热。第3章 硬件设计在温度控制中，经常采用是硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分，对这两部分调节仪表进行调节，但都存在着许多缺点，用单片机进行温度控制使构成的系统灵活，可靠性高，并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理，可大大提高控制质量和自动化水平；总的来说本系统由四大模块组成，它们是输入模块、单片机系统模块、显示与控制模块和输出控制模块。输入模块主要完成对温度信号的采集和转换工作，由温度传感器及其与单片机的接口部分组成。输出模块由可控硅和可控硅驱动器组成。MOC304X芯片是一种集成的带有光耦合的双向可控硅驱动电路。它内部集成了发光二极管、双向可控和过零触发电路等器件。3.1 单片机最小系统3.1.1 单片机的选择随着社会发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便的特点在社会生活中达到广泛应用。根据温度控制特