微機(jī)控制課程設(shè)計(jì)告--基于單片機(jī)的溫度pid控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　微機(jī)控制及接口技術(shù)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題目：基于單片機(jī)的溫度PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　序章：聆聽計(jì)算機(jī)的前世今生</p>

2、;<p>　　首章：預(yù)覽課程設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　中章：詳解課程設(shè)計(jì)的基本思想</p><p>　　尾章：探討課程設(shè)計(jì)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴</p><p>　　終章：落款后續(xù)內(nèi)容以及感受</p><p>　　序章：聆聽計(jì)算機(jī)的前世今生</p><p>　　計(jì)算機(jī)技術(shù)的誕生開啟了第三次工業(yè)革命，同時(shí)使人

3、類在人工智能方面有了質(zhì)的飛躍于提高，對(duì)于新時(shí)代下的多種復(fù)雜的控制和工作計(jì)算機(jī)取代了傳統(tǒng)的人類控制和機(jī)械控制，衍生出別具一格的新型控制方式。強(qiáng)大的運(yùn)算機(jī)能在硅本質(zhì)的基礎(chǔ)上不斷嵌入集成，在摩爾定律下，計(jì)算機(jī)芯片及其產(chǎn)品正在實(shí)時(shí)更新，不斷發(fā)展，在人類智慧范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)是被許多人稱為萬能物品。但是實(shí)際上計(jì)算機(jī)是在硅本質(zhì)的結(jié)構(gòu)上的一種簡(jiǎn)單構(gòu)架在復(fù)雜的工程在計(jì)算機(jī)那里都會(huì)轉(zhuǎn)化成為二進(jìn)制的“1、0”運(yùn)算。簡(jiǎn)單實(shí)用，威力強(qiáng)大，不免成為了今天大規(guī)模應(yīng)用的基

4、本產(chǎn)品。</p><p>　　事實(shí)上計(jì)算機(jī)產(chǎn)生于高壓的軍事背景下，在第二次世界大戰(zhàn)后，美國和俄國成為了抗衡的超級(jí)大國，俄國人在40年代初掌握了初步核技術(shù)，正如丘吉爾所說：“斯大林把一個(gè)牛犁上的俄國帶領(lǐng)到可以制造原子彈的超級(jí)大國?！庇谑敲绹矫娌坏貌煌瓿梢豁?xiàng)計(jì)劃，制造出一臺(tái)可以處理大規(guī)模計(jì)算的機(jī)器，于是美國人在1946年2月15日制造了人類歷史上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，命名為ENIAC。其后在圖靈和馮諾依曼的計(jì)算機(jī)基本思想和

5、基本結(jié)構(gòu)下，計(jì)算機(jī)快速發(fā)展立即占據(jù)了人類信息時(shí)代歷史的舞臺(tái)。值得一提的是現(xiàn)在最著名的手機(jī)制造商蘋果公司的標(biāo)志來源于毒死圖靈的蘋果。</p><p>　　在隨后的多年里一代代計(jì)算機(jī)登上了舞臺(tái)，計(jì)算機(jī)開始了它叱咤風(fēng)云的宏圖霸業(yè)，一代代偉大的公司相繼從極盛到倒閉制造了一個(gè)個(gè)不可思議和難以置信，但是始終如一的是，計(jì)算機(jī)技術(shù)從來沒有退步，反而按著越來越好的方面快速前進(jìn)，今天以微軟、蘋果、摩托羅拉、因特爾多家計(jì)算機(jī)巨頭領(lǐng)銜的

6、行業(yè)蒸蒸日盛，百廢俱興，我相信計(jì)算機(jī)的未來也不可限量，所以我們今天探討計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，雖然簡(jiǎn)單但是值得一看。</p><p>　　首章：看看課程設(shè)計(jì)的基本要求（摘自課程設(shè)計(jì)要求）</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作量）</p><p>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容為：用熱電偶來檢測(cè)電熱爐的溫度，將爐溫信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將所檢測(cè)值和爐溫給定值送入

7、單片機(jī)進(jìn)行比較，其差值即為實(shí)際爐溫和給定爐溫的偏差。以單片機(jī)為核心的數(shù)字PID控制器對(duì)偏差按照給定的方法運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)功率放大器放大后送入晶閘管調(diào)壓器，觸發(fā)晶閘管并改變其導(dǎo)通角的大小，從而控制電阻爐的加溫電壓，起到爐溫調(diào)節(jié)的作用。</p><p>　　設(shè)計(jì)要求為：可控硅控制器輸入為0～5伏時(shí)對(duì)應(yīng)電爐溫度0－300℃，溫度傳感器測(cè)量值對(duì)應(yīng)也為0～5伏，對(duì)象的特性為積分加慣性系統(tǒng)，慣性時(shí)間常數(shù)為T1

8、＝40秒。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　1．溫度控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，畫出總體設(shè)計(jì)框圖；</p><p>　　2. 溫度控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，用PROTEL畫出硬件電路圖;</p><p>　　3．編寫PID算法程序；</p><p>　　4．仿真被控對(duì)象，編寫仿真程序；<

9、/p><p>　　5．撰寫設(shè)計(jì)說明書。</p><p>　　二、主要技術(shù)關(guān)鍵的分析、解決思路</p><p>　　1. 用熱電偶來檢測(cè)爐的溫度，將爐溫轉(zhuǎn)變成毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，經(jīng)溫度變送器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。</p><p>　　2. 電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3. 數(shù)字PID控制

10、器方法運(yùn)算。</p><p>　　4. 運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)功率放大器放大后送入晶閘管調(diào)壓器，觸發(fā)晶閘管并改變其導(dǎo)通角的大小，從而控制電阻爐的加溫電壓，起到爐溫調(diào)節(jié)的作用。</p><p><b>　　三、說明</b></p><p>　　1. 課程設(shè)計(jì)文本材料包括設(shè)計(jì)報(bào)告、任務(wù)書、指導(dǎo)書三部分，其中任務(wù)書、指導(dǎo)書由教師完成。按設(shè)計(jì)報(bào)告、

11、任務(wù)書、指導(dǎo)書順序裝訂成冊(cè)。</p><p>　　2. 學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)書、指導(dǎo)書完成課程設(shè)計(jì)工作。</p><p>　　3. 設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容建議主要包括：概述、系統(tǒng)工作原理、系統(tǒng)組成、設(shè)計(jì)內(nèi)容、小結(jié)和參考資料。</p><p>　　中章：詳解課程設(shè)計(jì)的基本思想</p><p>　　首先我們選取所需要的芯片也就是這次實(shí)踐的物理基礎(chǔ)，既

12、然使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)溫度的控制，據(jù)我所學(xué)的知識(shí)我選擇因特爾公司生產(chǎn)的80C51單片機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)需要一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片：把熱電偶的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳給單片機(jī)。使用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。同時(shí)我們需要一個(gè)熱電偶傳感器，一臺(tái)功率放大器，以及一個(gè)可控硅觸發(fā)電路。</p><p>　　故此次設(shè)計(jì)需要以下設(shè)備。</p><p>　　80C51單片機(jī)一片</p><p>

13、;　　ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器一片</p><p>　　MOC3051電路一架</p><p><b>　　熱電偶傳感器一架</b></p><p><b>　　功率放大電路一架</b></p><p>　　溫度模擬控制裝置一臺(tái)</p><p>　　我們使用proteus

14、畫出基本電路圖。</p><p>　　尾章：探討課程設(shè)計(jì)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴</p><p>　　如果前期工作差不多已經(jīng)完成。</p><p>　　緊接著我們需要給出一個(gè)PID程序。</p><p>　　我們通過對(duì)ADC0809的信號(hào)采集后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和PID運(yùn)算緊接著把信號(hào)轉(zhuǎn)換成為控制信息給輸出的芯片MOC3051，這個(gè)芯片可以自己避免可控硅的過零

15、啟動(dòng)問題。</p><p>　　下面我們可以通過一個(gè)流程給出我們所需要的一個(gè)基本編程思想。</p><p>　　C語言實(shí)現(xiàn)PID算法</p><p>　　以下是PID部分的程序。</p><p>　　#include<stdlib.h></p><p>　　#include"global_va

16、rible.h"</p><p>　　void PID_Math(void)</p><p>　　{signed long ee1; //signed long ee2; signed long d_out;if(!Flag_PID_T_OK)return;Flag_PID_T_OK=0;

17、Temp_Set=10000;（聲明一下0-300度選取中間值150度為平衡點(diǎn)）</p><p>　　PID_e0 = Temp_Set-Temp_Now; ee1 = PID_e0-PID_e1; //ee2 = PID_e0-2*PID_e1+PID_e2; if(ee1 > 500)&

18、lt;/p><p>　　ee1 = 500;if(ee1 < -500)ee1 = -500;PID_e_SUM += PID_e0; if(PID_e_SUM > 200)</p><p>　　PID_e_SUM = 200;if(PID_e_SUM < -200)PID_e_SUM = -200; PI

19、D_Out = PID_kp*PID_e0+PID_kd*ee1; if(abs(PID_e0) < 200){if(abs(PID_e0) > 100){ if(PID_e_SUM > 100)PID_e_SUM = 100;if(PID_e_SUM < -100)PID_e_SUM = -100;}d_out =

20、PID_ki*PID_e_SUM;if(PID_e0 < -5){if(PID_e_SUM > 150)PID_e_SUM = 150;if(PID_e_SUM > 0)d_out >>= 1;}PID_Out += d_out; }elsePID_e_SUM=0; PID_

21、Out/=100; </p><p>　　PID_Out=200; if(PID_e0 < -20)PID_Out=0;Hot_T_Run=PID_Out; PID_e2 = PID_e1; PID_e1 = PID_e0;

22、 }</p><p><b>　　程序示意結(jié)束。</b></p><p>　　終章：落款后續(xù)內(nèi)容以及感受</p><p>　　在此次課程設(shè)計(jì)里除了程序是參考了網(wǎng)絡(luò)上的以外，在電子電路繪圖，流程思想和設(shè)計(jì)過程都是一人完成，如有雷同便是抄襲！</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)里保持了一個(gè)人完成的光榮傳統(tǒng)，盡量保持著一手原