摘 要

温度控制在工业生产中起着巨大的作用，传统的控制方案有超调大、控制精度低、调节时间长等缺点。用单片机进行控制，具有电路较为简单、测量精度高、控制精度高且效果好等优点，能极大地提高生产效率。在实际运用中，PID控制算法是最常见的控制算法。本设计介绍了基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。本设计由硬件电路的设计和软件的设计组成。硬件电路由主控器件、温度采集电路、温控电路、按键输入电路、显示电路以及过温报警电路等组成。软件设计部分包括：主程序、DS18B20读温、报警处理、控制算法、按键处理等部分。

关键词：单片机；温度控制；PID控制算法

Abstract

Temperature control plays a great role in industrial production. Traditional control schemes have the weaknesses of overshoot, low control precision and long adjustment time. Single chip microcomputer control has the strong points of simple circuit, high measure precision, high control precision and good capability. Using it can greatly improve the production efficiency. In practical application, the PID algorithm is the most common control algorithm. This design introduces the design scheme and the basic principle of the temperature control system based on PID . The design is composed of hardware circuit design and software design. The hardware circuit is composed of a main control device, a temperature acquisition circuit, a temperature control circuit, a key input circuit, a display circuit and an over temperature alarm circuit. The software design includes: main program, DS18B20 reading temperature, alarm processing, control algorithm, key processing and so on.

Key words: single chip microcomputer; temperature control; PID algorithm

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状和发展趋势 1

1.3 本文主要工作及结构安排 2

1.4 本章小结 2

第2章 系统硬件设计 4

2.1 系统硬件总体结构 4

2.2 单片机控制模块的设计 4

2.2.1 单片机的选用 5

2.2.2 AT89C52介绍 6

2.2.3 单片机控制模块的电路设计 6

2.2.4 电源设计 7

2.3 温度采集模块设计 8

2.3.1 DS18B20介绍 8

2.3.2 DS18B20内部结构 8

2.3.3 DS18B20供电方式 10

2.3.4 DS18B20引脚功能 10

2.4 温度控制模块设计 11

2.5 显示模块设计 13

2.6 按键电路的设计 15

2.7 报警模块的设计 15

2.8 本章小结 16

第3章 系统软件设计 17

3.1 主程序设计 17

3.2 DS18B20读温度程序的设计 17

3.3 键盘扫描程序的设计 18

3.4 报警处理程序的设计 20

3.5 PID控制算法 21

3.6本章小结 27

第4章 系统仿真与实物制作 28

4.1软件仿真 28

4.2 实物制作 30

4.3 本章小结 31

第5章 结论 32

参考文献 33

附录A 34

附录B 35

致谢 42

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

无论是在生活中，还是在各种产业上，温度都有着举足轻重的地位。我们总在处理与之相关的问题。自工业革命以来，温度在工业生产中的各个领域中甚至直接决定了产品的质量，因而关于温度检测和温度控制的话题一直备受关注。

近年来，温度检测理论发展日渐成熟，但如何对控制目标进行精确的控制，检测到的信号传输无误，这些在实际测量和控制过程中仍然是急需解决的问题。工业生产中很多工艺流程对温度有着严格的要求，在不同的场所，由于控制温度范围不同亦或者系统的温度反应的延时不同，亦或控制精度诸多因素不同，故而需要多种多样的温度控制的方案。因而设计出能普遍且实用的温度控制系统有着不小的意义，在各种行业上皆是如此。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

在PID控制算法等复杂控制还没发展起来之前，定值开关控温法被广泛使用着。所谓定值开关控温法，即时当温度传感器感知被控目标地温度达到了设定温度的时候即控制加热装置断开加热。由于断开加热后，加热装置温度并不会马上降下来，还是会给被控目标进行一段时间地加热，这样，即便加热装置被断开了，被控目标的温度还是会超过设定温度，这即温度变化滞后性的体现。这种方法显然不能够精准控温，不能适应现在的高精度要求，已经被逐渐淘汰了。

从上世纪50年代起，由于定值开关控温法不能满足控制精度的要求，温度控制领域逐渐发展起来别的控制方法，比如串级控制、前馈控制、史米斯预测控制、比例控制、选择性控制、多变量解耦控制等多种控制方式，这些控制方式被统称为复杂控制。它们以经典控制理论为基础，在结构与应用上各有所长，很大程度地满足了复杂工艺中的一些特殊的控制要求。目前复杂控制仍在不断发展中。

工业过程通常以时变，非线性和不确定性为特征。如果没有有效的控制方法，很难克服这些特征给过程带来的不便，从而影响到生产质量。上个世纪80年代，更进步的过程控制发展起来，包含推理控制、预测控制、自适应控制、模糊控制和神经网络控制等[1]。近来，具有智能化特点的先进控制法逐渐发展起来。在温度控制方面，模糊控温法被频繁运用。先进的控制方案能够有效地解决传统仪器表现不尽人意乃至无法控制的工艺流程中十分复杂的问题。由于先进控制方案有着更好的控制效果以及更大的经济效益，它的应用前景十分广。

当前的主流温度控制技术都用到了反馈这一理念，所谓反馈，它由三个部分组成：比较和执行。测量将目标变量与期望值作比较，用误差信号纠正调节系统的响应。如何才能更好地纠正系统是我们控制过程中需要关注的，同时这也是反馈理论的关键。PID控制器已有很长的历史，已经成为工业中最常使用的控制算法。