基于单片机的温度控制系统论文..pdf

基于单片机的温度控制系统设计

基于单片机的温度控制系统设计

摘要：现今，单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用。与此同时,温度是一

个系统经常需要测量、控制和保持的量，而温度是一个模拟量，不能直接与单片

机交换信息，因此需要采用适当的技术将模拟的温度量转化为数字量，在原理上

虽然不困难但成本却较高，还会遇到其它方面的问题。因此对单片机温度控制系

统的研究有重要目的和意义。Thedesignofthetemperaturecontrolsystembasedon

singlechipAbstract:Nowadays,thesinglechiphasaextensiveapplicationinthedetect

andcontrolsystem.Meanwhile,thetemperatureisavariableparameterwhichneedto

test,controlandmaintaininthesystem,however,thetemperatureisaanalogquantityso

thatwecannotexchangemessagewiththesinglechipdirectly.Incasethatweshould

takeappropriatetechnologytoturnthetemperatureoftheanalogintothedigital

quantity.Eventhoughthetheoryisnotdifficuilt,thecostissharplyhigh.whatis

more,wewouldencounterothersproblems,too.Therefore,theresearchofthe

temperaturecontrolsystembasedonsinglechipisofhighsignificance.

一、系统参数要求：

1.1温度参数：

要求温度控制为（学号+50）℃，在本方案中标准温度为63℃；

1.2外设口地址：

以（学号+30）H为起始地址，本方案中以63H为起始地址，同时每增加一个外

设，口地址+1。

二、系统方案设计：

2.1方案一：基于A/D转换的温度控制系统设计方案：

2.1.1控制系统连接图：

基于单片机的温度控制系统设计

2.1.2控制系统硬件结构图：

2.2方案二:基于DS18B20的温度控制系统设计方案:

2.1.1控制系统连接图：

2.1.2控制系统硬件结构图：

三、控制算法：

3.1Bang-Bang算法：

Bang-Bang算法又称为时间最优控制。

在本设计中Bang-Bang算法是指通过控制晶闸管关断的占空比为100%，即就是

通过全功率加热来用最短的时间使水的温度升高到接近所需标准值，一般为低于

标准值15℃左右。Bang-Bang算法的优点除了可以节约控制时间，提高控制系统

的效率，同时也可以使控制系统的性能指标更加良好。

基于单片机的温度控制系统设计

3.2纯比例算法：

在经过Bang-Bang算法使水温快速升高到50℃左右后，就不能再继续用Bang-

Bang算法了，这是为了防止因温度过快超过标准温度，要想实现温度恒定所需要

的各种时间就会增多，同时也浪费能源，提高成本。

为了能够更好的控制温度的变化，我们在48℃~53℃这个温度范围内采取纯比例

算法，即直接将实际温度和标准温度的差值比例放大后来改变晶闸管的占空比，

占空比的大小依据加热装置和外界环境条件而定，需要实际测取数据来进行计

算，最后通过改变加热装置的平均加热功率来控制温度升高的速率。

3.3PID算法：

在温度在53℃~63℃范围内时，我们应采用PID算法。

PID算法为比例，积分，微分同时作用，原因是因为适应性强，鲁棒性强，抗干

扰能力强。具体来说，比例的作用是为了快速响应，积分的作用是为了减少稳态

误差，微分的作用是为了克服被控对象的滞后，消除高频干扰。

本次设计PID控制为增量式PID控制公式：

Datau(k)=Kc*[e(k)-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd*[e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)]，其中e(k),e(k-

1),e(k-2)分别为偏差，Datau(k)为控制电压。

PID参数的确定，需要根据实际系统不同的元素来决定，具体方法是先整定P